一種稀土永磁發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器，尤其涉及一種稀土永磁發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器。
【背景技術(shù)】
[0002] 稀土永磁發(fā)電機(jī)是今年來發(fā)展迅猛的一種新型電機(jī)，相比傳統(tǒng)電勵磁電機(jī)具有節(jié) 能高效、結(jié)構(gòu)簡單、性能出眾等優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電、余熱發(fā)電、移動式電源、備用電 源、車用發(fā)電機(jī)等場合。但是稀土永磁發(fā)電機(jī)由于其磁場難以調(diào)解，其帶載運(yùn)行時，輸出電 壓會出現(xiàn)較大的壓降，導(dǎo)致電壓不穩(wěn)，限制了其應(yīng)用。目前，針對該問題，學(xué)界提出了很多的 解決辦法，但性價比和效果差強(qiáng)人意。例如改變電機(jī)本體的方法來進(jìn)行調(diào)壓，增加了結(jié)構(gòu)的 復(fù)雜性和不穩(wěn)定性，同時對設(shè)計和制造提出很高要求，或者通過電力電子器件進(jìn)行逆變調(diào) 壓，但是這一方式諧波危害較大
[0003] 目前永磁發(fā)電機(jī)的調(diào)壓問題并沒有得到很好的解決，一般而言有兩種方式，一種 改變本體結(jié)構(gòu)，一種機(jī)外附加調(diào)壓裝置，調(diào)壓方法如下：
[0004] 1 ?混合勵磁調(diào)壓
[0005] 混合勵磁指電機(jī)的勵磁源由兩種不同的方式共同提供：永磁體提供氣隙磁場的主 要部分；電機(jī)中附加一套勵磁繞組并通入電流形成輔助磁場，用來進(jìn)行磁場調(diào)節(jié)，這兩種勵 磁源共同形成氣隙磁場，實(shí)現(xiàn)電磁能量轉(zhuǎn)換。
[0006] 混合勵磁電機(jī)由于附加了勵磁繞組，通過精確的控制可以實(shí)現(xiàn)對輸出電壓的平滑 控制，這樣就很好的解決了永磁同步電機(jī)在應(yīng)用上的最大瓶頸。目前該方向的研究很多， 發(fā)展也很迅速，然而這種電機(jī)引入了勵磁繞組，電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同時存在兩種相互耦合的磁 路，電磁參數(shù)的相互關(guān)系也變得復(fù)雜，傳統(tǒng)電機(jī)的分析和設(shè)計方法無法直接應(yīng)用，需要對電 機(jī)進(jìn)行重新建模和分析；在控制上，該電機(jī)也比傳統(tǒng)電機(jī)或者永磁電機(jī)控制系統(tǒng)復(fù)雜的多， 需采用高精度高速度的數(shù)據(jù)采集、處理及控制模塊來處理。因此，這種電機(jī)研發(fā)的投入耗費(fèi) 巨大，可靠性和高效性也比永磁電機(jī)有所降低。
[0007] 2.雙定子和雙轉(zhuǎn)子調(diào)壓
[0008] 雙定子或者雙轉(zhuǎn)子調(diào)壓，其基本原理都是讓兩個電樞繞組產(chǎn)生不同矢量角度的電 壓，通過控制著兩個電壓的矢量角，實(shí)現(xiàn)它們合成電壓即輸出電壓的改變。
[0009] 雙轉(zhuǎn)子調(diào)壓的結(jié)構(gòu)是兩個同軸的永磁發(fā)電機(jī)組合而成，其轉(zhuǎn)子通過相應(yīng)的機(jī)械設(shè) 備連接并控制相對位置，電機(jī)的轉(zhuǎn)子串聯(lián)在一起。通過控制機(jī)械設(shè)備來控制轉(zhuǎn)子相對位置， 使各自的定子繞組輸出電壓矢量之和為常數(shù)。雙轉(zhuǎn)子調(diào)壓結(jié)構(gòu)是電機(jī)包含兩個定子，定子 之間是轉(zhuǎn)子。改變內(nèi)外定子的相對位置，達(dá)到同樣的效果。
[0010] 很顯然，這種調(diào)壓方法難度非常大，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，目前很少采用。
[0011] 3?電力電子技術(shù)調(diào)壓
[0012] 電力電子技術(shù)是近年來永磁同步發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)領(lǐng)域非?；钴S的研究方向之一。 電力電子技術(shù)作為弱電與強(qiáng)電聯(lián)系的紐帶，能為電功率流動的控制及電能形態(tài)改變提供有 力幫助。并網(wǎng)型永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電必須通過換流站才能并入電網(wǎng)，換流站就是大型的電力 電子設(shè)備，車用永磁發(fā)電機(jī)通常也是利用可控硅整流電路實(shí)現(xiàn)電能的穩(wěn)壓輸出。
[0013] 電力電子調(diào)壓技術(shù)存在一些不足，電力電子器件會產(chǎn)生諧波，這對電網(wǎng)或者電機(jī) 等負(fù)載會產(chǎn)生負(fù)面的影響，同時價格成本較高，使用壽命較短。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 本發(fā)明所要解決的主要技術(shù)問題是一種稀土永磁發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器，在永磁發(fā)電 機(jī)的輸出端并聯(lián)混合電抗調(diào)節(jié)器來對電機(jī)的壓差進(jìn)行補(bǔ)償，從而減小了電機(jī)輸出端的壓 降，并且不會給用電器帶來諧波干擾。
[0015] 為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種稀土永磁發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器：包括 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和混合電抗設(shè)備；所述混合電抗設(shè)備包括多組并聯(lián)在電機(jī)輸出端 的電容電感；
[0016] 所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)檢測系統(tǒng)當(dāng)前的電壓、電流、功率因數(shù)，并發(fā)送回控制系統(tǒng)；所 述控制系統(tǒng)根據(jù)接收的數(shù)據(jù)發(fā)出控制信號，控制所述多組電容電感的投切，來改變變壓器 型電抗器一次側(cè)的等效電阻，從而根據(jù)不同的負(fù)載情況吸收感性無功功率或容性無功功 率，使得輸出電壓壓降都落在有功功率部分。
[0017] 在一較佳實(shí)施例中：所述控制系統(tǒng)包括單片機(jī)和晶閘管控制電路；所述單片機(jī)發(fā) 出脈沖信號控制所述晶閘管控制電路中的雙向晶閘管導(dǎo)通，來控制所述多組電容電感的投 切。
[0018] 在一較佳實(shí)施例中：所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括：整流電路、濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換器、霍 爾傳感器、電壓電流互感器和計量芯片。
[0019] 在一較佳實(shí)施例中：所述混合設(shè)備中的電容容值按照二進(jìn)制編碼設(shè)置。
[0020] 在一較佳實(shí)施例中：所述混合設(shè)備中的電容分為容值二進(jìn)制編碼電容和等值電 容。
[0021] 在一較佳實(shí)施例中：所述容置二進(jìn)制編碼電容為小容值電容，所述等值電容為大 容值電容。
[0022] 在一較佳實(shí)施例中：所述的混合電抗設(shè)備還包括過電流檢測電路、觸發(fā)電路和保 護(hù)電路。
[0023] 在一較佳實(shí)施例中：所述晶閘管控制電路包括反向并聯(lián)的兩個晶閘管，和抑制電 感，所述抑制電感限制投切時產(chǎn)生的沖擊電流。
[0024] 相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的技術(shù)方案具備以下有益效果：
【附圖說明】
[0025] 圖1為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中電壓調(diào)節(jié)器的原理結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下文結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0027] 參考圖1，一種稀土永磁發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器：包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和混合 電抗設(shè)備；所述混合電抗設(shè)備包括多組并聯(lián)在電機(jī)輸出端的電容電感；所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 檢測系統(tǒng)當(dāng)前的電壓、電流、功率因數(shù)，并發(fā)送回控制系統(tǒng)；所述控制系統(tǒng)根據(jù)接收的數(shù)據(jù) 發(fā)出控制信號，控制所述多組電容電感的投切，來改變變壓器型電抗器一次側(cè)的等效電阻， 從而根據(jù)不同的負(fù)載情況吸收感性無功功率或容性無功功率，使得輸出電壓壓降都落在有 功功率部分。
[0028] 所述控制系統(tǒng)包括單片機(jī)和晶閘管控制電路；所述晶閘管控制電路包括反向并聯(lián) 的兩個晶閘管，和抑制電感，所述抑制電感限制投切時產(chǎn)生的沖擊電流。所述單片機(jī)發(fā)出脈 沖信號控制所述晶閘管控制電路中的雙向晶閘管導(dǎo)通，來控制所述多組電容電感的投切。
[0029] 所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括：整流電路、濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換器、霍爾傳感器、電壓電流 互感器和計量芯片。
[0030] 所述混合設(shè)備中的電容容值按照二進(jìn)制編碼設(shè)置。二進(jìn)制編碼的組合方式是一種 非常高效的方式，受到廣泛采用。其原理是，電容的容值選擇1，2,4,8. .. 2-1的值，則能實(shí) 現(xiàn)2n-l種不同的容值，且極差為最小的那個電容的值。例如，選擇10uf、20uf、40uf的三個 電容，可以實(shí)現(xiàn)l〇uf、20uf、30uf、40uf、50uf、60uf、70uf七種不同的容值。該方式可以利用 較少的電容產(chǎn)生較多的組合，補(bǔ)償效果好。但是不足之處在于，每個電容的使用頻率和時間 不同，尤其是最小的電容，會被頻繁使用，容易壞掉。為了克服這一劣勢，本實(shí)施例進(jìn)一步采 取了一種新的電容組合策略，即將等值電容與不等值電容混合使用。對前幾級小容量的采 取二進(jìn)制編碼，后面主要的電容采取等值組合。例如一個300uf?的電容組合，要求精度為 l〇uf，貝丨』，可取前3級為二進(jìn)制編碼，10uf，20uf，40uf，后面為等值編碼：80uf，80uf，80uf。
[0031] 所述的混合電抗設(shè)備還包括過電流檢測電路、觸發(fā)電路和保護(hù)電路。
[0032] 為了驗(yàn)證電容補(bǔ)償?shù)碾妷赫{(diào)節(jié)效果，利用實(shí)驗(yàn)室資源對一臺5kW的永磁同步發(fā)電 機(jī)進(jìn)行輸出電壓調(diào)節(jié)的測試實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中電機(jī)輸出電壓選擇120V。
[0033] 當(dāng)永磁發(fā)電機(jī)帶純阻性負(fù)載時，在不同的輸出功率下，其實(shí)驗(yàn)參數(shù)如表1所示，可 以看出，隨著輸出功率的不斷增加，輸出電流的上升，該電機(jī)的輸出電壓逐步下降。
[0034] 表1永磁發(fā)電機(jī)帶純電阻負(fù)載時的外特性
[0035]
[0036]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種稀土永磁發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器，其特征在于：包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和混 合電抗設(shè)備；所述混合電抗設(shè)備包括多組并聯(lián)在電機(jī)輸出端的電容電感； 所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)檢測系統(tǒng)當(dāng)前的電壓、電流、功率因數(shù)，并發(fā)送回控制系統(tǒng)；所述控 制系統(tǒng)根據(jù)接收的數(shù)據(jù)發(fā)出控制信號，控制所述多組電容電感的投切，來改變變壓器型電 抗器一次側(cè)的等效電阻，從而根據(jù)不同的負(fù)載情況吸收感性無功功率或容性無功功率，使 得輸出電壓壓降都落在有功功率部分。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種稀土永磁發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器，其特征在于：所述控制系 統(tǒng)包括單片機(jī)和晶閘管控制電路；所述單片機(jī)發(fā)出脈沖信號控制所述晶閘管控制電路中的 雙向晶閘管導(dǎo)通，來控制所述多組電容電感的投切。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種稀土永磁發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器，其特征在于：所述數(shù)據(jù)采 集系統(tǒng)包括：整流電路、濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換器、霍爾傳感器、電壓電流互感器和計量芯片。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種稀土永磁發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器，其特征在于：所述混合設(shè) 備中的電容容值按照二進(jìn)制編碼設(shè)置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種稀土永磁發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器，其特征在于：所述混合設(shè) 備中的電容分為容值二進(jìn)制編碼電容和等值電容。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種稀土永磁發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器，其特征在于：所述容置二 進(jìn)制編碼電容為小容值電容，所述等值電容為大容值電容。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種稀土永磁發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器，其特征在于：所述的混合 電抗設(shè)備還包括過電流檢測電路、觸發(fā)電路和保護(hù)電路。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種稀土永磁發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器，其特征在于：所述晶閘管 控制電路包括反向并聯(lián)的兩個晶閘管，和抑制電感，所述抑制電感限制投切時產(chǎn)生的沖擊 電流。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種稀土永磁發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器：包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和混合電抗設(shè)備；所述混合電抗設(shè)備包括多組并聯(lián)在電機(jī)輸出端的電容電感；所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)檢測系統(tǒng)當(dāng)前的電壓、電流、功率因數(shù)，并發(fā)送回控制系統(tǒng)；所述控制系統(tǒng)根據(jù)接收的數(shù)據(jù)發(fā)出控制信號，控制所述多組電容電感的投切，來改變變壓器型電抗器一次側(cè)的等效電阻，從而根據(jù)不同的負(fù)載情況吸收感性無功功率或容性無功功率，使得輸出電壓壓降都落在有功功率部分。
【IPC分類】H02P9-00, H02P103-20
【公開號】CN104579059
【申請?zhí)枴緾N201510013895
【發(fā)明人】楊冠魯, 徐晨
【申請人】華僑大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月12日