專利名稱：雙頻變頻無刷同步發(fā)電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種旋轉(zhuǎn)電源，尤其是一種雙頻變頻無刷同步發(fā)電機。
本實用新型的技術(shù)方案為一種雙頻變頻無刷同步發(fā)電機，工頻50Hz和中頻400Hz發(fā)電機為雙樞式鐵芯，同轉(zhuǎn)軸裝有一個雙頻復(fù)合式無刷勵磁機和變頻無刷投勵裝置。中頻發(fā)電機的定子鐵芯槽內(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作為勵磁機的勵磁源，二套繞組之間為正交設(shè)計，無電磁干擾結(jié)構(gòu)；中頻發(fā)電機的轉(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磁繞組WF，其勵磁電流由同軸的雙頻復(fù)合式無刷勵磁機第一電樞繞組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作為勵磁機的勵磁源，二套繞組之間為正交設(shè)計，無電磁干擾結(jié)構(gòu)；工頻發(fā)電機的轉(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磁繞組2WF，其勵磁電流由同軸的雙頻復(fù)合式無刷勵磁機第二電樞繞組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)合式無刷勵磁機包括定子和轉(zhuǎn)子，定子和轉(zhuǎn)子上分別有兩套無互感繞組1WE、1WJ、2WE、2WJ，兩套無互感繞組共一個鐵芯，轉(zhuǎn)子鐵芯兩端面分別安裝變頻無刷投勵裝置和三相旋轉(zhuǎn)整流器模塊1XQ、2XQ，雙頻復(fù)合式無刷勵磁機為工頻發(fā)電機和中頻發(fā)電機提供勵磁電源；變頻無刷投勵裝置包括三相旋轉(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組成以及變頻無刷投勵裝置的組成電路，無刷變頻時，能實現(xiàn)自動投勵使工頻發(fā)電機牽入同步運行。
其工作原理雙頻無刷發(fā)電狀態(tài)時，當(dāng)發(fā)動機驅(qū)動發(fā)電機達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后，發(fā)電機各自諧波繞組WS剩磁電壓經(jīng)種自電壓調(diào)節(jié)器AVR整流，供給各自勵磁機勵磁繞組WE加強各自勵磁機勵磁磁場，各自勵磁機電樞繞組WJ感應(yīng)交流電壓，經(jīng)各自三相旋轉(zhuǎn)整流模塊XQ整流，供給各自主磁場繞組(WF)加強主磁場，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)電機各自電壓。變頻無刷發(fā)電狀態(tài)時，當(dāng)相序正確的市電輸入工頻電機，工頻電機開始異步啟動，轉(zhuǎn)速達(dá)到95％同步轉(zhuǎn)速后，同步投勵裝置立即給同步電動機勵磁，使電動機進(jìn)入同步轉(zhuǎn)速，然后驅(qū)動中頻發(fā)電機發(fā)出中頻電源。
本實用新型的優(yōu)點在于雙頻變頻無刷同步發(fā)電機能使雙頻發(fā)電和變頻發(fā)電實現(xiàn)無刷化，取消了滑環(huán)電刷，無火花高頻干擾，無滑環(huán)與炭刷磨損問題；發(fā)電時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)電機可靠性高，維護簡單，容易實現(xiàn)電站的智能自動化控制。如權(quán)利要求書所述的雙頻變無刷同步發(fā)電機結(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刷同步發(fā)電機。
雙頻變頻無刷同步發(fā)電機包括中頻(400Hz)發(fā)電機5、工頻(50Hz)發(fā)電機6、交流勵磁機8、旋轉(zhuǎn)整流器9、無刷投勵裝置7、離合器1、風(fēng)扇3、機座4、前端蓋2、后端蓋12和軸承11。機座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)的機座4止口上安裝前端蓋2，前端蓋2與轉(zhuǎn)軸10間通過軸承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磁機定子17鐵芯，工頻定子16鐵芯側(cè)的機座4止口上安裝后端蓋12，后端蓋12與轉(zhuǎn)軸10間通過軸承10安裝，后端蓋12內(nèi)轉(zhuǎn)軸10安裝帶繞組的交流勵磁機轉(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鐵芯有中頻主勵磁繞組，工頻轉(zhuǎn)子16鐵芯有工頻主勵磁繞組，交流勵磁機定子17鐵芯有兩套無互感的中頻和工頻勵磁繞組，交流勵磁機轉(zhuǎn)子18鐵芯有兩套無互感的中頻和工頻交流繞組，交流勵磁機轉(zhuǎn)子18鐵芯的兩側(cè)分別安裝旋轉(zhuǎn)整流器9和無刷投勵裝置7。當(dāng)雙頻發(fā)電時，雙頻復(fù)合式無刷勵磁機8同時為兩種頻率的主發(fā)電機提供互不干擾的勵磁電源，當(dāng)變頻發(fā)電時，雙頻復(fù)合式無刷勵磁機8為同步電動機提供勵磁進(jìn)行同步運行，也同時為發(fā)電機提供勵磁進(jìn)行發(fā)電。雙頻復(fù)合式無刷勵磁機8由定子17和轉(zhuǎn)子18組成，定子17和轉(zhuǎn)子18上分別有兩套無互感繞組，兩套無互套繞組共一個鐵芯。
當(dāng)變頻發(fā)電時，即同步電動機運行，必須進(jìn)行異步啟動、同步投勵、同步運行過程。無刷變頻運行時，整個過程通過變頻無刷投勵裝置7實現(xiàn)。
在異步啟動過程中，轉(zhuǎn)子磁極繞組會感應(yīng)出高頻率高電壓交流電，對磁極繞級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，變頻無刷技術(shù)首先要解決此問題，為此，在磁極繞組上并聯(lián)一個10倍于磁極繞組的限壓電阻10Rf，限制高頻高電壓，同時三相旋轉(zhuǎn)整流模塊2XQ會受感應(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過程中磁極繞組絕緣和三相旋轉(zhuǎn)整流模塊2XQ不受感應(yīng)高頻高電壓沖擊問題，使異步啟動過程順利完成。
同步電機異步啟動過程后，轉(zhuǎn)速達(dá)到95％同步轉(zhuǎn)速，此時磁極繞組感應(yīng)電壓低頻率也低，是電機牽入同步轉(zhuǎn)速的最佳狀態(tài)，此時必須給電機勵磁使電機牽入同步，即同步投勵過程。在同步投勵過程中，給勵磁機定子一定的勵磁電壓，勵磁機電樞感應(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，為同步電機提供勵磁電源，使同步電機進(jìn)入同步，完成無刷自動同步投勵過程。
同步投勵過程后，同步電動機轉(zhuǎn)速達(dá)到額定同步轉(zhuǎn)速，驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，發(fā)電機加上負(fù)載后，如果勵磁電壓不變，同步電機就會失步，轉(zhuǎn)速波動，為此設(shè)計了功率因數(shù)調(diào)節(jié)器，其根據(jù)負(fù)載情況及時調(diào)節(jié)勵磁電流，使同步電動機穩(wěn)定運行。
權(quán)利要求1.一種雙頻變頻無刷同步發(fā)電機，工頻50Hz(6)和中頻400Hz(5)發(fā)電機為雙樞式鐵芯，同轉(zhuǎn)軸(10)裝有一個雙頻復(fù)合式無刷勵磁機(8)和變頻無刷投勵裝置(7)，其特征是中頻發(fā)電機(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作為勵磁機的勵磁源，二套繞組之間為正交設(shè)計，無電磁干擾結(jié)構(gòu)，中頻發(fā)電機(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磁繞組WF，其勵磁電流由同軸的雙頻復(fù)合式無刷勵磁機第一電樞繞組1WJ經(jīng)三相旋轉(zhuǎn)整流模塊1XQ整流供給；工頻發(fā)電機(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作為勵磁機的勵磁源，二套繞組之間為正交設(shè)計，無電磁干擾結(jié)構(gòu)，工頻發(fā)電機(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磁繞組2WF，其勵磁電流由同軸的雙頻復(fù)合式無刷勵磁機第二電樞繞組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)合式無刷勵磁機(8)包括定子(17)和轉(zhuǎn)子(16)，定子(17)和轉(zhuǎn)子(16)上分別有兩套無互感繞組1WE、1WJ、2WE、2WJ，兩套無互感繞組共一個鐵芯，轉(zhuǎn)子(16)鐵芯兩端面分別安裝變頻無刷投勵裝置(7)和三相旋轉(zhuǎn)整流器模塊1XQ、2XQ(9)，雙頻復(fù)合式無刷勵磁機(8)為工頻發(fā)電機(6)和中頻發(fā)電機(5)提供勵磁電源；變頻無刷投勵裝置(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組成以及變頻無刷投勵裝置的組成電路，無刷變頻時，能實現(xiàn)自動投勵使工頻發(fā)電機(6)牽入同步運行。
專利摘要本實用新型公開一種雙頻變頻無刷同步發(fā)電機，該雙頻變頻無刷同步發(fā)電機由中頻(400Hz)發(fā)電機、工頻(50Hz)發(fā)電機、交流勵磁機、旋轉(zhuǎn)整流器、無刷投勵裝置、離合器、風(fēng)扇、機座、前端蓋、后端蓋和軸承等組成，變頻無刷發(fā)電機則是某種頻率(50Hz)的發(fā)電機利用外電進(jìn)行異步啟動、同步投勵、同步運行，驅(qū)動另一種頻率(400Hz)的發(fā)電機發(fā)電，整個過程都是無刷化。能實現(xiàn)無刷雙頻發(fā)電，也能實現(xiàn)無刷變頻發(fā)電。雙頻變頻無刷同步發(fā)電機能使雙頻發(fā)電和變頻發(fā)電實現(xiàn)無刷化，取消了滑環(huán)電刷，無火花高頻干擾，無滑環(huán)與炭刷磨損問題；發(fā)電時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)電機可靠性高，維護簡單，容易實現(xiàn)電站的智能自動化控制。
文檔編號H02K19/38GK2528153SQ0222855
公開日2002年12月25日 申請日期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 申請人:清華泰豪科技股份有限公司