一種雙饋勵(lì)磁機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于勵(lì)磁機(jī)領(lǐng)域，尤其是發(fā)電設(shè)備上的雙饋勵(lì)磁機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)是同步發(fā)電機(jī)的重要組成部分，其性能決定了發(fā)電機(jī)乃至電力系統(tǒng)的運(yùn)行特性，保證發(fā)電機(jī)以及電力系統(tǒng)的穩(wěn)定與安全。
[0003]勵(lì)磁系統(tǒng)的作用有如下幾個(gè)方面:
[0004]1.根據(jù)發(fā)電機(jī)負(fù)荷的變化相應(yīng)的調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，以維持發(fā)電機(jī)端電壓的穩(wěn)定；在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行情況之下，勵(lì)磁系統(tǒng)必須維持發(fā)電機(jī)端電壓在給定范圍之內(nèi)。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷發(fā)生變化的時(shí)候，發(fā)電機(jī)的端電壓必然會(huì)受到影響，勵(lì)磁系統(tǒng)此時(shí)產(chǎn)生作用，自動(dòng)的增減發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，使發(fā)電機(jī)的電壓維持在正常范圍之內(nèi)。
[0005]2.控制并列運(yùn)行各發(fā)電機(jī)間無(wú)功功率的合理分配
[0006]現(xiàn)代電力系統(tǒng)大多是多臺(tái)發(fā)電機(jī)的并列運(yùn)行，系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)的有功功率是由輸入功率決定的，分配無(wú)功的時(shí)候，通常都是由容量大的發(fā)電機(jī)多發(fā)出無(wú)功功率，而小容量的發(fā)電機(jī)則相應(yīng)的少輸出無(wú)功功率。又由于發(fā)電機(jī)輸出的無(wú)功功率是和勵(lì)磁電流大小有關(guān)，并列運(yùn)行的發(fā)電機(jī)的無(wú)功功率大小由發(fā)電機(jī)的調(diào)差系數(shù)決定的，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器可以對(duì)調(diào)差系數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此，勵(lì)磁系統(tǒng)還擔(dān)負(fù)著無(wú)功功率調(diào)節(jié)的重任。
[0007]3.提尚電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和發(fā)電機(jī)并列運(yùn)彳丁的穩(wěn)定性；
[0008]電力系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，必然遭受到各種干擾，在擾動(dòng)過(guò)后，如果系統(tǒng)能夠恢復(fù)到原來(lái)的工作狀態(tài)，或者過(guò)渡到另一種穩(wěn)定狀態(tài)，這個(gè)系統(tǒng)就是穩(wěn)定的。電力系統(tǒng)的穩(wěn)定分為靜態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定兩種穩(wěn)定狀態(tài)，良好的勵(lì)磁系統(tǒng)能夠明顯提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定，增加電力發(fā)電機(jī)功角特性上的穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域。當(dāng)系統(tǒng)遭受到例如短路等大擾動(dòng)之后，由于端電壓的下降，將導(dǎo)致電磁功率的下降，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子將產(chǎn)生很大的搖擺。如果此時(shí)沒(méi)有勵(lì)磁系統(tǒng)將端電壓提高的話，發(fā)電機(jī)將加速失調(diào)。如果此時(shí)發(fā)電機(jī)擁有者良好的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，強(qiáng)行將電壓提高，相應(yīng)的增加了電磁功率，將最終和機(jī)械功率平衡作用，達(dá)到新的穩(wěn)定點(diǎn)。但是，提高電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，需要加快故障的快速切除和有著高勵(lì)磁電壓響應(yīng)比的勵(lì)磁系統(tǒng)。
[0009]4.改善電力系統(tǒng)的運(yùn)行條件
[0010]當(dāng)電力系統(tǒng)短路時(shí)，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)電壓的降低，系統(tǒng)中大型電動(dòng)機(jī)會(huì)處于制動(dòng)狀態(tài)。
[0011]在故障切除之后，電動(dòng)機(jī)會(huì)吸收大量的無(wú)功功率自啟動(dòng)，導(dǎo)致系統(tǒng)電壓恢復(fù)變緩。強(qiáng)行勵(lì)磁會(huì)迅速提高發(fā)電機(jī)的端電壓，改善電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行條件。發(fā)電機(jī)在失磁之后，電力系統(tǒng)如果可以提供足夠的無(wú)功功率的話。發(fā)電機(jī)能夠維持電壓穩(wěn)定同時(shí)保證失磁的發(fā)電機(jī)能夠一定時(shí)間以內(nèi)異步運(yùn)行。在發(fā)電機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)故障時(shí)，進(jìn)行滅磁，以減小故障損失程度；根據(jù)運(yùn)行要求對(duì)發(fā)電機(jī)實(shí)行最大勵(lì)磁限制及最小勵(lì)磁限制。
[0012]總之，隨著電力系統(tǒng)用電量迅速提高，發(fā)電機(jī)大都處于并列運(yùn)行狀態(tài)。為了保證電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定，必須提高發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的性能。
[0013]無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)有著本身不可被代替的優(yōu)點(diǎn)，在危險(xiǎn)工況下能穩(wěn)定的運(yùn)行，是現(xiàn)代中小型電機(jī)和大型無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)的首選勵(lì)磁方式。由于交流勵(lì)磁機(jī)是和主發(fā)電機(jī)同軸的，通過(guò)不可控的旋轉(zhuǎn)整流器向發(fā)電機(jī)提供勵(lì)磁電流。
[0014]但對(duì)于大型水輪發(fā)電機(jī)需要計(jì)算各種參數(shù)，以及通過(guò)調(diào)節(jié)頻率來(lái)調(diào)節(jié)勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁強(qiáng)度，而調(diào)節(jié)頻率需要借助發(fā)電機(jī)的各種參數(shù)，如下列論文所研宄的大型水輪發(fā)電機(jī)定子線棒換位與環(huán)流損耗分析計(jì)算哈爾濱理工大學(xué)楊立超；不同工況下大型水輪發(fā)電機(jī)電磁參數(shù)的計(jì)算華北電力大學(xué)宋宏志；1000麗水輪發(fā)電機(jī)同步電抗計(jì)算及影響因素分析哈爾濱理工大學(xué)梁艷萍；水輪發(fā)電機(jī)端部電磁場(chǎng)分析及電抗參數(shù)計(jì)算哈爾濱理工大學(xué)梁艷萍；基于電磁場(chǎng)與溫度場(chǎng)計(jì)算的貫流式水輪發(fā)電機(jī)阻尼系統(tǒng)損耗發(fā)熱研宄重慶大學(xué)范鎮(zhèn)南；水輪發(fā)電機(jī)阻尼繞組的電流、損耗、電磁力和溫度進(jìn)行了大量的計(jì)算與對(duì)比分析；無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)交流勵(lì)磁機(jī)電磁設(shè)計(jì)軟件開(kāi)發(fā)湖南大學(xué)何東霞；無(wú)刷勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的研宄華南理工大學(xué)侯亞敏；無(wú)刷勵(lì)磁機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算研宄山東大學(xué)薛守棟；無(wú)刷勵(lì)磁交流發(fā)電機(jī)的交流勵(lì)磁機(jī)計(jì)算上海交通大學(xué)陳剛。
[0015]以上現(xiàn)有技術(shù)無(wú)不經(jīng)過(guò)復(fù)雜而精密的計(jì)算，要實(shí)現(xiàn)非常困難，制造成本非常大，即便是經(jīng)過(guò)如此大的計(jì)算，但現(xiàn)實(shí)工作環(huán)境中，各參數(shù)變化復(fù)雜，誤差不可避免，發(fā)電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)無(wú)法快速達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行。
[0016]交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)，因其勵(lì)磁繞組采用交流電勵(lì)磁而得名，其本體的結(jié)構(gòu)與繞線式異步電機(jī)相同，定子具有三相對(duì)稱繞組，轉(zhuǎn)子上采用三相(或兩相)對(duì)稱分布的勵(lì)磁繞組，且勵(lì)磁電壓的頻率、大小、相位、相序都可以控制。
[0017]傳統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)采用集中的勵(lì)磁繞組，其勵(lì)磁電流為直流，因而只能控制勵(lì)磁電壓幅值的大小，來(lái)控制勵(lì)磁電流，且轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相對(duì)轉(zhuǎn)子本體的位置是固定不變的，當(dāng)進(jìn)行有功、無(wú)功調(diào)節(jié)時(shí)必然伴隨有轉(zhuǎn)子的機(jī)過(guò)度過(guò)程。而交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)則不同，由于其轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組為多相對(duì)稱繞組，且勵(lì)磁電壓為相位、幅值、頻率可變的對(duì)稱交流電，可通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電壓幅值、頻率、相位來(lái)控制發(fā)電機(jī)勵(lì)磁磁場(chǎng)大小、相對(duì)轉(zhuǎn)子本體的位置和電機(jī)的轉(zhuǎn)速，由于交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制自由度的增加，使得該類電機(jī)具有超越傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)性能的可能。
[0018]現(xiàn)有勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子在定子里面旋轉(zhuǎn)，勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子同軸旋轉(zhuǎn)，需要計(jì)算頻率和電磁才能使發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，如上述頻率和電磁的計(jì)算總是存在一定誤差，造成不能絕對(duì)同步，運(yùn)行不穩(wěn)定，需調(diào)高勵(lì)磁機(jī)頻率來(lái)解決絕對(duì)同步；不能快速調(diào)整勵(lì)磁電流來(lái)穩(wěn)定系統(tǒng)；勵(lì)磁機(jī)和發(fā)電機(jī)不能同極數(shù)；如果要制造出絕對(duì)同步同極數(shù)的發(fā)電機(jī)和勵(lì)磁機(jī)，則勵(lì)磁機(jī)的體積巨大，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造成制造成本高，體積龐大，不便于運(yùn)輸、安裝和維護(hù)。
[0019]因發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子被發(fā)電機(jī)定子包住，無(wú)法實(shí)時(shí)檢測(cè)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子溫度，或檢測(cè)到的溫度數(shù)據(jù)存在很大誤差，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性變差，容易造成發(fā)電機(jī)短路等故障。
[0020]現(xiàn)有雙饋電機(jī)也存在上述問(wèn)題，其控制參數(shù)的獲取存在誤差，調(diào)整頻率、相位、幅值需要獲取大量的參數(shù)值和計(jì)算，但這些參數(shù)都在發(fā)電機(jī)里面包著，很難獲取到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)；另控制器需要滑環(huán)或者電刷與轉(zhuǎn)子進(jìn)行連接，造成電機(jī)維護(hù)困難，電網(wǎng)負(fù)荷一旦變化，其穩(wěn)定性難以保障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021]為解決【背景技術(shù)】中的電機(jī)，因負(fù)荷變化造成的調(diào)節(jié)困難，計(jì)算參數(shù)存在誤差，采用調(diào)頻方式發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，很難達(dá)到同步，穩(wěn)定性不好；同步發(fā)電機(jī)是因?yàn)樗a(chǎn)生的電頻率與發(fā)電機(jī)的機(jī)械旋轉(zhuǎn)速度之間有鎖定或者同步關(guān)系，同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上有由直流電流供電的電磁極，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)跟隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)，電機(jī)中旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速與定子電頻率之間由f=n*P/120相聯(lián)系，式中:f為電頻率，單位為Hz ；n為磁場(chǎng)的機(jī)械轉(zhuǎn)速(等于同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速)；單位為r/min ；P為極數(shù)。
[0022]本實(shí)用新型提供一種相對(duì)于現(xiàn)有同步發(fā)電機(jī)同級(jí)數(shù)同功率情況下重量輕，制造成本極低，體積極小，能使勵(lì)磁機(jī)和發(fā)電機(jī)同極數(shù)，發(fā)電機(jī)輸出頻率穩(wěn)定，能與發(fā)電機(jī)絕對(duì)同步的雙饋勵(lì)磁機(jī)結(jié)構(gòu)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子采用傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)即可。
[0023]本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案是:一種雙饋勵(lì)磁機(jī)，其特征是:勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子、勵(lì)磁機(jī)定子、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)定子采用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子通過(guò)勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子固定粧固定，勵(lì)磁機(jī)定子通過(guò)軸承設(shè)置在勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子外部，構(gòu)成勵(lì)磁機(jī)定子在勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子外部旋轉(zhuǎn)，勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子連接控制器，控制器連接變壓模塊，變壓模塊連接電網(wǎng)，發(fā)電機(jī)定子連接電網(wǎng)；控制器根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷變化情況調(diào)節(jié)勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子。
[0024]進(jìn)一步，所述控制器能調(diào)節(jié)勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的幅值。
[0025]進(jìn)一步，所述控制器能調(diào)節(jié)勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的頻率。
[0026]進(jìn)一步，所述控制器能調(diào)節(jié)勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的相位。
[0027]進(jìn)一步，所述控制器包括數(shù)字信號(hào)處理器單元連接電壓調(diào)節(jié)單元、頻率調(diào)節(jié)單元、相位調(diào)節(jié)單元和電源單元。
[0028]進(jìn)一步，所述控制器還包括無(wú)線收發(fā)模塊和遠(yuǎn)程APP模塊，控制器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線收發(fā)模塊傳遞給遠(yuǎn)程APP模塊顯示，遠(yuǎn)程APP模塊通過(guò)無(wú)線收發(fā)模塊能實(shí)時(shí)調(diào)整控制器功能參數(shù)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制參數(shù)的目的。
[0029]進(jìn)一步，所述控制器還包括測(cè)溫模塊，測(cè)溫模塊連接控制器，通過(guò)測(cè)量勵(lì)磁機(jī)定子溫度及時(shí)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)運(yùn)行參數(shù)和散熱器功率。
[0030]當(dāng)發(fā)電機(jī)吸收電網(wǎng)的無(wú)功功率時(shí)，往往功率角變大，使發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定性下降，雙饋勵(lì)磁發(fā)電機(jī)能通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的相位，減小機(jī)組的功率角，使機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性提高，從而可多吸收無(wú)功功率，克服由于晚間負(fù)荷下降，電網(wǎng)電壓過(guò)高的困難，與之相比，異步發(fā)電機(jī)卻因需從電網(wǎng)吸收無(wú)功的勵(lì)磁電流，與電網(wǎng)并列運(yùn)行后，造成電網(wǎng)的功率因數(shù)變壞。
[0031]控制器通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的幅值和相位，可達(dá)到調(diào)節(jié)有功功率和無(wú)功功率的目的，而同步電機(jī)的可調(diào)量只有一個(gè)，即勵(lì)磁電流的幅值，所以調(diào)節(jié)同步電機(jī)的勵(lì)磁一般只能對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償。
[0032]控制器通過(guò)改變勵(lì)磁頻率調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，利用轉(zhuǎn)子的動(dòng)能釋放和吸收負(fù)荷，減小對(duì)電網(wǎng)的擾動(dòng)。
[0033]進(jìn)一步，所述勵(lì)磁機(jī)定子上設(shè)有勵(lì)磁機(jī)定子繞組，勵(lì)磁機(jī)定子外部設(shè)有整流器，勵(lì)磁