專利名稱：雙頻變頻無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)電源，尤其是一種雙頻變頻無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)。
本發(fā)明的技術(shù)方案為一種雙頻變頻無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)，工頻50Hz和中頻400Hz發(fā)電機(jī)為雙樞式鐵芯，同轉(zhuǎn)軸裝有一個(gè)雙頻復(fù)合式無(wú)刷勵(lì)磁機(jī)和變頻無(wú)刷投勵(lì)裝置。中頻發(fā)電機(jī)的定子鐵芯槽內(nèi)嵌有二套繞組，一套中頻真分?jǐn)?shù)槽雙迭式的等匝而不等距的正弦繞組1W，一套為單相的中頻諧波繞組1WS作為勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁源，二套繞組之間為正交設(shè)計(jì)，無(wú)電磁干擾結(jié)構(gòu)；中頻發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵芯槽內(nèi)嵌有二種繞組，一種阻尼籠的鼠籠式短路繞組，該繞組由紫銅制作，第二種繞組為中頻凸極隱極化勵(lì)磁繞組WF，其勵(lì)磁電流由同軸的雙頻復(fù)合式無(wú)刷勵(lì)磁機(jī)第一電樞繞組1WJ經(jīng)三相旋轉(zhuǎn)整流模塊1XQ整流供給。工頻發(fā)電機(jī)的定子鐵芯槽內(nèi)嵌有二套繞組，一套工頻正弦繞組2W、一套為單相的諧波繞組2WS作為勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁源，二套繞組之間為正交設(shè)計(jì)，無(wú)電磁干擾結(jié)構(gòu)；工頻發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵芯槽內(nèi)嵌有二種繞組，一種繞組是阻尼繞組，該繞組由紫銅制作，第二種繞組為工頻勵(lì)磁繞組2WF，其勵(lì)磁電流由同軸的雙頻復(fù)合式無(wú)刷勵(lì)磁機(jī)第二電樞繞組2WJ經(jīng)三相旋轉(zhuǎn)整流模塊2XQ整流供給，轉(zhuǎn)子鐵芯為凸極，且有軸向通風(fēng)槽。雙頻復(fù)合式無(wú)刷勵(lì)磁機(jī)包括定子和轉(zhuǎn)子，定子和轉(zhuǎn)子上分別有兩套無(wú)互感繞組1WE、1WJ、2WE、2WJ，兩套無(wú)互感繞組共一個(gè)鐵芯，轉(zhuǎn)子鐵芯兩端面分別安裝變頻無(wú)刷投勵(lì)裝置和三相旋轉(zhuǎn)整流器模塊1XQ、2XQ，雙頻復(fù)合式無(wú)刷勵(lì)磁機(jī)為工頻發(fā)電機(jī)和中頻發(fā)電機(jī)提供勵(lì)磁電源；變頻無(wú)刷投勵(lì)裝置包括三相旋轉(zhuǎn)整流模塊2XQ、旋轉(zhuǎn)可控管KX、分壓電阻R1、R2和限壓電阻10Rf組成以及變頻無(wú)刷投勵(lì)裝置的組成電路，無(wú)刷變頻時(shí)，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)投勵(lì)使工頻發(fā)電機(jī)牽入同步運(yùn)行。
其工作原理雙頻無(wú)刷發(fā)電狀態(tài)時(shí)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后，發(fā)電機(jī)各自諧波繞組WS剩磁電壓經(jīng)種自電壓調(diào)節(jié)器AVR整流，供給各自勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁繞組WE加強(qiáng)各自勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁磁場(chǎng)，各自勵(lì)磁機(jī)電樞繞組WJ感應(yīng)交流電壓，經(jīng)各自三相旋轉(zhuǎn)整流模塊XQ整流，供給各自主磁場(chǎng)繞組(WF)加強(qiáng)主磁場(chǎng)，各自定子主繞組(W)感應(yīng)交流電壓(中頻與工頻)，該電壓不斷升高直到額定電壓穩(wěn)定。調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)器AVR可整定發(fā)電機(jī)各自電壓。變頻無(wú)刷發(fā)電狀態(tài)時(shí)，當(dāng)相序正確的市電輸入工頻電機(jī)，工頻電機(jī)開始異步啟動(dòng)，轉(zhuǎn)速達(dá)到95％同步轉(zhuǎn)速后，同步投勵(lì)裝置立即給同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁，使電動(dòng)機(jī)進(jìn)入同步轉(zhuǎn)速，然后驅(qū)動(dòng)中頻發(fā)電機(jī)發(fā)出中頻電源。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于雙頻變頻無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)能使雙頻發(fā)電和變頻發(fā)電實(shí)現(xiàn)無(wú)刷化，取消了滑環(huán)電刷，無(wú)火花高頻干擾，無(wú)滑環(huán)與炭刷磨損問(wèn)題；發(fā)電時(shí)工頻和中頻電壓互不干擾，電壓波形正弦性好，供電品質(zhì)優(yōu)良；發(fā)電機(jī)可靠性高，維護(hù)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)電站的智能自動(dòng)化控制。如權(quán)利要求書所述的雙頻變無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)特征，還可構(gòu)成50Hz和400Hz輸出，或50Hz和1000Hz輸出，或50Hz和與整數(shù)倍50Hz頻率電輸出的不同功率的雙頻變頻無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)。
雙頻變頻無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)包括中頻(400Hz)發(fā)電機(jī)5、工頻(50Hz)發(fā)電機(jī)6、交流勵(lì)磁機(jī)8、旋轉(zhuǎn)整流器9、無(wú)刷投勵(lì)裝置7、離合器1、風(fēng)扇3、機(jī)座4、前端蓋2、后端蓋12和軸承11。機(jī)座4內(nèi)同轉(zhuǎn)軸10布置帶繞組的中頻定子鐵芯13和工頻定子鐵芯15，轉(zhuǎn)子軸上與定子13、15鐵芯對(duì)應(yīng)布置帶繞組的中頻轉(zhuǎn)子14鐵芯和工頻轉(zhuǎn)子16鐵芯，中頻定子13鐵芯側(cè)的機(jī)座4止口上安裝前端蓋2，前端蓋2與轉(zhuǎn)軸10間通過(guò)軸承11安裝，前端蓋1內(nèi)轉(zhuǎn)軸10上安裝離合器1和風(fēng)扇3，后端蓋12內(nèi)安裝帶繞組的交流勵(lì)磁機(jī)定子17鐵芯，工頻定子16鐵芯側(cè)的機(jī)座4止口上安裝后端蓋12，后端蓋12與轉(zhuǎn)軸10間通過(guò)軸承10安裝，后端蓋12內(nèi)轉(zhuǎn)軸10安裝帶繞組的交流勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子18鐵芯，中頻定子13鐵芯有中頻主繞組和諧波繞組，工頻定子15鐵芯有工頻主繞組和諧波繞組，中頻轉(zhuǎn)子14鐵芯有中頻主勵(lì)磁繞組，工頻轉(zhuǎn)子16鐵芯有工頻主勵(lì)磁繞組，交流勵(lì)磁機(jī)定子17鐵芯有兩套無(wú)互感的中頻和工頻勵(lì)磁繞組，交流勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子18鐵芯有兩套無(wú)互感的中頻和工頻交流繞組，交流勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子18鐵芯的兩側(cè)分別安裝旋轉(zhuǎn)整流器9和無(wú)刷投勵(lì)裝置7。當(dāng)雙頻發(fā)電時(shí)，雙頻復(fù)合式無(wú)刷勵(lì)磁機(jī)8同時(shí)為兩種頻率的主發(fā)電機(jī)提供互不干擾的勵(lì)磁電源，當(dāng)變頻發(fā)電時(shí)，雙頻復(fù)合式無(wú)刷勵(lì)磁機(jī)8為同步電動(dòng)機(jī)提供勵(lì)磁進(jìn)行同步運(yùn)行，也同時(shí)為發(fā)電機(jī)提供勵(lì)磁進(jìn)行發(fā)電。雙頻復(fù)合式無(wú)刷勵(lì)磁機(jī)8由定子17和轉(zhuǎn)子18組成，定子17和轉(zhuǎn)子18上分別有兩套無(wú)互感繞組，兩套無(wú)互套繞組共一個(gè)鐵芯。
當(dāng)變頻發(fā)電時(shí)，即同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，必須進(jìn)行異步啟動(dòng)、同步投勵(lì)、同步運(yùn)行過(guò)程。無(wú)刷變頻運(yùn)行時(shí)，整個(gè)過(guò)程通過(guò)變頻無(wú)刷投勵(lì)裝置7實(shí)現(xiàn)。
在異步啟動(dòng)過(guò)程中，轉(zhuǎn)子磁極繞組會(huì)感應(yīng)出高頻率高電壓交流電，對(duì)磁極繞級(jí)2wf絕緣和已接上的三相旋轉(zhuǎn)整流模塊2XQ產(chǎn)生沖擊而損壞，變頻無(wú)刷技術(shù)首先要解決此問(wèn)題，為此，在磁極繞組上并聯(lián)一個(gè)10倍于磁極繞組的限壓電阻10Rf，限制高頻高電壓，同時(shí)三相旋轉(zhuǎn)整流模塊2XQ會(huì)受感應(yīng)電壓而導(dǎo)通造成短路而損壞，為此在磁極繞組與三相旋轉(zhuǎn)整流模塊2XQ負(fù)電極間串一旋轉(zhuǎn)可控管KX，旋轉(zhuǎn)可控管KX負(fù)極與三相旋轉(zhuǎn)整流模塊2XQ負(fù)電機(jī)相連，旋轉(zhuǎn)可控管KX正極與磁極繞組相連，這樣解決了異步啟動(dòng)過(guò)程中磁極繞組絕緣和三相旋轉(zhuǎn)整流模塊2XQ不受感應(yīng)高頻高電壓沖擊問(wèn)題，使異步啟動(dòng)過(guò)程順利完成。
同步電機(jī)異步啟動(dòng)過(guò)程后，轉(zhuǎn)速達(dá)到95％同步轉(zhuǎn)速，此時(shí)磁極繞組感應(yīng)電壓低頻率也低，是電機(jī)牽入同步轉(zhuǎn)速的最佳狀態(tài)，此時(shí)必須給電機(jī)勵(lì)磁使電機(jī)牽入同步，即同步投勵(lì)過(guò)程。在同步投勵(lì)過(guò)程中，給勵(lì)磁機(jī)定子一定的勵(lì)磁電壓，勵(lì)磁機(jī)電樞感應(yīng)交流電，經(jīng)三相旋轉(zhuǎn)整流模塊2XQ整流，由分壓電阻(R1和R2)分壓給旋轉(zhuǎn)可控管KX控制極，使旋轉(zhuǎn)可控管KX導(dǎo)通，為同步電機(jī)提供勵(lì)磁電源，使同步電機(jī)進(jìn)入同步，完成無(wú)刷自動(dòng)同步投勵(lì)過(guò)程。
同步投勵(lì)過(guò)程后，同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定同步轉(zhuǎn)速，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，發(fā)電機(jī)加上負(fù)載后，如果勵(lì)磁電壓不變，同步電機(jī)就會(huì)失步，轉(zhuǎn)速波動(dòng)，為此設(shè)計(jì)了功率因數(shù)調(diào)節(jié)器，其根據(jù)負(fù)載情況及時(shí)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，使同步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。
權(quán)利要求
1.一種雙頻變頻無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)，工頻50Hz(6)和中頻400Hz(5)發(fā)電機(jī)為雙樞式鐵芯，同轉(zhuǎn)軸(10)裝有一個(gè)雙頻復(fù)合式無(wú)刷勵(lì)磁機(jī)(8)和變頻無(wú)刷投勵(lì)裝置(7)，其特征是中頻發(fā)電機(jī)(5)的定子(13)鐵芯槽內(nèi)嵌有二套繞組，一套中頻真分?jǐn)?shù)槽雙迭式的等匝而不等距的正弦繞組1W，一套為單相的中頻諧波繞組1WS作為勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁源，二套繞組之間為正交設(shè)計(jì)，無(wú)電磁干擾結(jié)構(gòu)，中頻發(fā)電機(jī)(5)的轉(zhuǎn)子(14)鐵芯槽內(nèi)嵌有二種繞組，一種阻尼籠的鼠籠式短路繞組，該繞組由紫銅制作，第二種繞組為中頻凸極隱極化勵(lì)磁繞組WF，其勵(lì)磁電流由同軸的雙頻復(fù)合式無(wú)刷勵(lì)磁機(jī)第一電樞繞組1WJ經(jīng)三相旋轉(zhuǎn)整流模塊1XQ整流供給；工頻發(fā)電機(jī)(6)的定子(15)鐵芯槽內(nèi)嵌有二套繞組，一套工頻正弦繞組2W、一套為單相的諧波繞組2WS作為勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁源，二套繞組之間為正交設(shè)計(jì)，無(wú)電磁干擾結(jié)構(gòu)，工頻發(fā)電機(jī)(6)的轉(zhuǎn)子(16)鐵芯槽內(nèi)嵌有二種繞組，一種繞組是阻尼繞組，該繞組由紫銅制作，第二種繞組為工頻勵(lì)磁繞組2WF，其勵(lì)磁電流由同軸的雙頻復(fù)合式無(wú)刷勵(lì)磁機(jī)第二電樞繞組2WJ經(jīng)三相旋轉(zhuǎn)整流模塊2XQ整流供給，轉(zhuǎn)子(16)鐵芯為凸極，且有軸向通風(fēng)槽(19)；雙頻復(fù)合式無(wú)刷勵(lì)磁機(jī)(8)包括定子(17)和轉(zhuǎn)子(16)，定子(17)和轉(zhuǎn)子(16)上分別有兩套無(wú)互感繞組1WE、1WJ、2WE、2WJ，兩套無(wú)互感繞組共一個(gè)鐵芯，轉(zhuǎn)子(16)鐵芯兩端面分別安裝變頻無(wú)刷投勵(lì)裝置(7)和三相旋轉(zhuǎn)整流器模塊1XQ、2XQ(9)，雙頻復(fù)合式無(wú)刷勵(lì)磁機(jī)(8)為工頻發(fā)電機(jī)(6)和中頻發(fā)電機(jī)(5)提供勵(lì)磁電源；變頻無(wú)刷投勵(lì)裝置(7)包括三相旋轉(zhuǎn)整流模塊2XQ(9)、旋轉(zhuǎn)可控管KX、分壓電阻R1、R2和限壓電阻10Rf組成以及變頻無(wú)刷投勵(lì)裝置的組成電路，無(wú)刷變頻時(shí)，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)投勵(lì)使工頻發(fā)電機(jī)(6)牽入同步運(yùn)行。
全文摘要
本發(fā)明公開一種雙頻變頻無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)，該雙頻變頻無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)由中頻(400Hz)發(fā)電機(jī)、工頻(50Hz)發(fā)電機(jī)、交流勵(lì)磁機(jī)、旋轉(zhuǎn)整流器、無(wú)刷投勵(lì)裝置、離合器、風(fēng)扇、機(jī)座、前端蓋、后端蓋和軸承等組成，變頻無(wú)刷發(fā)電機(jī)則是某種頻率(50Hz)的發(fā)電機(jī)利用外電進(jìn)行異步啟動(dòng)、同步投勵(lì)、同步運(yùn)行，驅(qū)動(dòng)另一種頻率(400Hz)的發(fā)電機(jī)發(fā)電，整個(gè)過(guò)程都是無(wú)刷化。能實(shí)現(xiàn)無(wú)刷雙頻發(fā)電，也能實(shí)現(xiàn)無(wú)刷變頻發(fā)電。雙頻變頻無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)能使雙頻發(fā)電和變頻發(fā)電實(shí)現(xiàn)無(wú)刷化，取消了滑環(huán)電刷，無(wú)火花高頻干擾，無(wú)滑環(huán)與炭刷磨損問(wèn)題；發(fā)電時(shí)工頻和中頻電壓互不干擾，電壓波形正弦性好，供電品質(zhì)優(yōu)良；發(fā)電機(jī)可靠性高，維護(hù)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)電站的智能自動(dòng)化控制。
文檔編號(hào)H02K19/38GK1441536SQ0211557
公開日2003年9月10日 申請(qǐng)日期2002年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月28日
發(fā)明者徐劍萍 申請(qǐng)人:清華泰豪科技股份有限公司