專利名稱:改進型永磁同步發(fā)電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實用新型涉及一種永磁同步發(fā)電機,尤指一種帶有復合電樞繞組的、體積小、供電質(zhì)量好的永磁同步發(fā)電機。
背景技術(shù):
對于傳統(tǒng)的發(fā)電機,發(fā)電機內(nèi)的勵磁磁場是由勵磁繞組和輔助勵磁繞組通以電流產(chǎn)生的,因此在勵磁過程中要消耗一定的能量,這些能量的消耗降低了發(fā)電機的效率。當這些能量轉(zhuǎn)化為熱量時,又提高了發(fā)電機的溫升。另外,由于發(fā)電機的勵磁繞組通常設(shè)置在轉(zhuǎn)子上,為給旋轉(zhuǎn)的勵磁繞組供電,一般通過電刷和滑環(huán)系統(tǒng)來實現(xiàn),又由于電刷的使用壽命比發(fā)電機的壽命要短的多,這就使發(fā)電機的運行可靠性大大降低。而且,電刷和滑環(huán)在發(fā)電機運行中隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生很大的相對運動,在通電的情況下,會產(chǎn)生電火花,對周圍環(huán)境產(chǎn)生電磁干擾。
隨著高性能稀土永磁材料-----釹鐵硼的問世和制造技術(shù)的不斷完善,永磁材料在電機中的應(yīng)用已成為國際上研究的熱點。研制出了永磁同步發(fā)電機,利用釹鐵硼等高性能永磁材料取代常規(guī)發(fā)電機中的電勵磁系統(tǒng)。利用永磁材料的剩余磁感應(yīng)強度來建立發(fā)電機的勵磁磁場,無需消耗任何能量,從而使發(fā)電機的效率提高,溫升降低,同時也省去了傳統(tǒng)發(fā)電機中的勵磁繞組、電刷和滑環(huán),使發(fā)電機的結(jié)構(gòu)更簡單,體積減小,可靠性增加,對周圍環(huán)境的電磁污染降低。
盡管永磁發(fā)電機相對電勵磁發(fā)電機而言有上述諸多優(yōu)點,但是其本身又有難以克服的缺點1、由于永磁材料所產(chǎn)生的發(fā)電機勵磁磁場不能調(diào)節(jié),使得發(fā)電機輸出電壓難以控制。2、由于永磁材料和加工工藝的分散性,而且釹鐵硼的溫度系數(shù)較大,導致發(fā)電機輸出電壓分散,偏離額定值。使永磁發(fā)電機的應(yīng)用受到很大的限制,特別是在對供電質(zhì)量要求較高的領(lǐng)域難以推廣應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題,本實用新型的目的是提供了一種供電質(zhì)量好、輸出電壓穩(wěn)定、效率高、節(jié)能效果顯著、結(jié)構(gòu)簡單的改進型永磁同步發(fā)電機。
為實現(xiàn)上述目的,本實用新型采取以下設(shè)計方案一種改進型永磁同步發(fā)電機,它由發(fā)電機和自動調(diào)壓系統(tǒng)構(gòu)成;所述發(fā)電機主要由定子、轉(zhuǎn)子、電樞繞組、永磁體、機殼組成;所述電樞繞組為復合電樞繞組,它由主繞組和一組或數(shù)組調(diào)壓繞組構(gòu)成;所述主繞組與傳統(tǒng)發(fā)電機的電樞繞組相同,可以是單相或多相繞組;所述調(diào)壓繞組的相數(shù)與主繞組相數(shù)相同;所述自動調(diào)壓系統(tǒng)實時監(jiān)測所述主繞組的端電壓,根據(jù)主繞組的端電壓控制所述調(diào)壓繞組與所述主繞組的串聯(lián)方式和串聯(lián)個數(shù)。
所述復合電樞繞組位于轉(zhuǎn)子上為復合轉(zhuǎn)子電樞繞組。
所述復合電樞繞組位于定子上為復合定子電樞繞組。
所述自動調(diào)壓系統(tǒng)主要由電壓取樣電路、電壓比較電路、功率驅(qū)動電路、電壓電流取樣電路、電壓電流保護電路和繼電器組或大功率開關(guān)器件組等構(gòu)成;電壓取樣電路的信號輸入端與發(fā)電機復合電樞繞組的主繞組兩端相連,其信號輸出端與電壓比較電路的一端相連;電壓比較電路的信號輸出端通過功率驅(qū)動電路與繼電器組或大功率開關(guān)器件組相連,繼電器組或大功率開關(guān)器件組的輸出觸點與調(diào)壓繞組相連;電壓電流取樣電路的信號輸入端與發(fā)電機額定電壓輸出端相連,其信號輸出端通過電壓電流保護電路、功率驅(qū)動電路與繼電器組或大功率開關(guān)器件組相連。
由于本實用新型采用以上技術(shù)方案,即在發(fā)電機的轉(zhuǎn)子或定子電樞繞組上串聯(lián)一組或多組調(diào)壓繞組,使轉(zhuǎn)子或定子上的電樞繞組變?yōu)閺秃想姌欣@組;然后,通過自動調(diào)壓系統(tǒng)根據(jù)主繞組端電壓,控制與主繞組正向/反向串聯(lián)的調(diào)壓繞組個數(shù),從而使發(fā)電機輸出電壓保持在允許的輸出電壓范圍內(nèi),發(fā)電機輸出電壓更穩(wěn)定、供電品質(zhì)更好,而且結(jié)構(gòu)更簡單。本實用新型與傳統(tǒng)的電勵磁發(fā)電機相比,更具有以下優(yōu)點1、電機效率高,節(jié)能效果顯著。由于本實用新型采用永磁磁體產(chǎn)生磁場,在勵磁過程中無需消耗任何能量,而傳統(tǒng)的發(fā)電機電勵磁線圈和勵磁輔助線圈中的電阻將能量轉(zhuǎn)化為熱能,在勵磁過程中消耗大量的能量,因此,本實用新型節(jié)能效果顯著、電機效率高。2、電機溫升低,過載能力強,適合在惡劣環(huán)境下工作。3、輸出電壓穩(wěn)定、波形畸形率低、供電質(zhì)量好。4、本實用新型采用自動調(diào)壓系統(tǒng)控制、調(diào)節(jié)發(fā)電機輸出電壓,故發(fā)電機動態(tài)穩(wěn)定性好。5、由于本實用新型采用永磁體產(chǎn)生勵磁磁場,無需電刷、集電環(huán)等結(jié)構(gòu),故結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠性高、使用壽命長。6、本實用新型基本消除了齒諧波,噪聲小,電磁干擾極小。本實用新型通過磁場分析和優(yōu)化設(shè)計,將發(fā)電機中齒諧波的影響降低到可忽略不計的程度,其輸出電壓中的齒諧波基本為零,其他各高次諧波分量也遠小于常規(guī)電勵磁發(fā)電機,使電機的電磁噪聲大幅下降,對通訊設(shè)備和電子儀器的干擾變得非常微小。
圖1為本實用新型復合電樞繞組及自動調(diào)壓系統(tǒng)原理框圖圖2、圖3、圖4為本實用新型復合電樞繞組及自動調(diào)壓系統(tǒng)具體電路圖
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步詳細說明。
如圖1所示,本實用新型改進型永磁同步發(fā)電機由發(fā)電機1和自動調(diào)壓系統(tǒng)2兩部分組成,發(fā)電機可通過機械傳動裝置與柴油機或汽油機等相連構(gòu)成發(fā)電機組。發(fā)電機1與傳統(tǒng)永磁同步發(fā)電機的區(qū)別在于它的轉(zhuǎn)子或定子電樞繞組為復合電樞繞組。如圖1所示,復合轉(zhuǎn)子電樞繞組或復合定子電樞繞組是由一組主繞組和若干組調(diào)壓繞組構(gòu)成。主繞組與傳統(tǒng)發(fā)電機的電樞繞組相同,可以是單相或多相繞組。調(diào)壓繞組的相數(shù)與主繞組相數(shù)相同,且其相繞組軸線的空間位置與主繞組的相繞組軸線的空間位置基本相同。
調(diào)壓繞組可以是一組也可以是多組,不同的調(diào)壓繞組的匝數(shù)和分布可以相同也可以不同,但是,調(diào)壓繞組的數(shù)目、匝數(shù)和分布要根據(jù)調(diào)壓和電壓輸出波形的要求而定,原則是通過部分或全部調(diào)壓繞組與主繞組的串聯(lián)即感應(yīng)電勢的矢量迭加,使發(fā)電機在不同負載情況下,輸出電壓變化范圍均保持在允許范圍內(nèi),并適當考慮調(diào)壓繞組的分布,使其與主繞組的合成電壓波形即發(fā)電機輸出電壓波形畸變率符合設(shè)計要求。
為了控制與主繞組串聯(lián)的調(diào)壓繞組的個數(shù),本實用新型還設(shè)計了自動調(diào)壓系統(tǒng)2。如圖1所示,自動調(diào)壓系統(tǒng)2主要由電壓取樣電路、電壓比較電路、功率驅(qū)動電路、電壓電流取樣電路、電壓電流保護電路和繼電器組或大功率開關(guān)器件組等構(gòu)成。電壓取樣電路的信號輸入端與發(fā)電機復合電樞繞組主繞組兩端相連,其信號輸出端與電壓比較電路的一端相連;電壓比較電路的信號輸出端通過功率驅(qū)動電路與繼電器組或大功率開關(guān)器件組相連;繼電器組或大功率開關(guān)器件組的輸出觸點與調(diào)壓繞組相連,控制調(diào)壓繞組與主繞組串聯(lián)方式及串聯(lián)個數(shù)。同時,電壓電流取樣電路的信號輸入端又與發(fā)電機額定電壓輸出端相連,其信號輸出端通過電壓電流保護電路、功率驅(qū)動電路與繼電器組或大功率開關(guān)器件組相連,當發(fā)生電機過流、過壓情況,使電機停止工作。
由于現(xiàn)有的永磁發(fā)電機的永磁磁場的大小是不可調(diào)節(jié)的,當發(fā)電機負載或溫度變化時,它的輸出電壓也隨之變化,這一變化通常超出了用戶所允許的電壓變化范圍。本實用新型通過復合電樞繞組和與其配套的自動調(diào)壓系統(tǒng),在不加裝可調(diào)節(jié)的電勵磁系統(tǒng)的情況下,使發(fā)電機輸出電壓保持在一個很小的范圍內(nèi)變化。本實用新型的工作原理是當發(fā)電機在空載和負載運行時,其勵磁磁場在復合電樞繞組的主繞組和調(diào)壓繞組內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電勢,自動調(diào)壓系統(tǒng)中的電壓取樣電路不斷地對復合電樞繞組的主繞組的端電壓進行取樣,并與預先設(shè)定的允許電壓最大值和最小值進行比較。如果大于允許電壓的最大值,功率驅(qū)動電路將觸發(fā)繼電器組或大功率開關(guān)器件組動作,將一組或多組調(diào)壓繞組與主繞組反向串聯(lián),使發(fā)電機的輸出電壓即主繞組和調(diào)壓繞組的合成電壓保持在允許范圍之內(nèi);如果主繞組的端電壓小于允許電壓的最小值,功率驅(qū)動電路將觸發(fā)繼電器組或大功率開關(guān)器件組動作,將一組或多組調(diào)壓繞組與主繞組正向串聯(lián),使發(fā)電機的輸出電壓保持在允許范圍之內(nèi)。
圖2、圖3、圖4為本實用新型自動調(diào)壓系統(tǒng)具體電路圖。如圖所示,電壓取樣電路(變壓器TF1、D26~27、R7~R9、R36、R47等)的信號輸入端與復合電樞繞組的主繞組兩端IN1、IN2相連;其信號輸出端V與電壓比較電路(比較器U1A~U1D)的一端相連,電壓比較電路的信號輸出端通過功率驅(qū)動電路(U4A、U4B)與繼電器線圈相連,繼電器組的RLY1、RLY2、RLY3、RLY4的觸點與調(diào)壓繞組V10、V20相連。正常情況下,繼電器組的觸點不動作,調(diào)壓繞組與主繞組不串聯(lián),復合電樞繞組只有主繞組工作;當主繞組端電壓大于允許電壓的最大值時,功率驅(qū)動電路將觸發(fā)繼電器組動作,繼電器組的RLY1或RLY2或RLY1和RLY2的觸點動作,將一組或兩組調(diào)壓繞組與主繞組反向串聯(lián),使發(fā)電機的輸出電壓即主繞組和調(diào)壓繞組的合成電壓保持在允許范圍之內(nèi);當主繞組的端電壓小于允許電壓的最小值時,功率驅(qū)動電路將觸發(fā)繼電器組動作,繼電器組的RLY1或RLY2或RLY1和RLY2與RLY3和RLY4的觸點共同動作,將一組或兩組調(diào)壓繞組與主繞組正向串聯(lián),從而使發(fā)電機的輸出電壓保持在允許范圍之內(nèi),使永磁發(fā)電機的輸出電壓穩(wěn)定、供電質(zhì)量好。同時,本實用新型電壓電流保護電路(變壓器TF3、整流橋D29、比較器U3A、U3B等)還對發(fā)電機的額定輸出電壓、電流進行實時檢測,當出現(xiàn)過壓、過流情況時,電壓電流保護電路通過功率驅(qū)動電路(U4C)使繼電器組動作,繼電器RLY5的常閉觸點動作,使發(fā)電機停止工作。
本實用新型也可用于電勵磁發(fā)電機中,調(diào)節(jié)其輸出電壓,使發(fā)電機輸出電壓更穩(wěn)定,供電質(zhì)量更好。
本實用新型在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面,采用IP23防護等級,其外形尺寸比同功率的傳統(tǒng)發(fā)電機小很多,這樣不僅節(jié)省了空間,而且減小了整機的重量。另外,本實用新型采用高性能的稀土永磁體,不需要勵磁繞組和直流勵磁電源,也就取消了容易出現(xiàn)問題的集電環(huán)和電刷裝置,成為無刷電機,因此,發(fā)電機效率高、耗能低,結(jié)構(gòu)簡單、體積小、運行更可靠。
以上是對本實用新型較佳實施例的敘述,是為闡明本實用新型的實用新型目的,而無意限定本實用新型的保護范圍,任何基于以上技術(shù)方案或?qū)嵤├男薷幕虻刃ё兓鶎儆诒緦嵱眯滦偷谋Wo范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種改進型永磁同步發(fā)電機,其特征在于它由發(fā)電機和自動調(diào)壓系統(tǒng)構(gòu)成;所述發(fā)電機主要由定子、轉(zhuǎn)子、電樞繞組、永磁體、機殼組成;所述電樞繞組為復合電樞繞組,它由主繞組和一組或數(shù)組調(diào)壓繞組構(gòu)成;所述主繞組與傳統(tǒng)發(fā)電機的電樞繞組相同,可以是單相或多相繞組;所述調(diào)壓繞組的相數(shù)與主繞組相數(shù)相同;所述自動調(diào)壓系統(tǒng)實時監(jiān)測所述主繞組的端電壓,根據(jù)主繞組的端電壓控制所述調(diào)壓繞組與所述主繞組的串聯(lián)方式和串聯(lián)個數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進型永磁同步發(fā)電機,其特征在于所述復合電樞繞組位于轉(zhuǎn)子上為復合轉(zhuǎn)子電樞繞組。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進型永磁同步發(fā)電機,其特征在于所述復合電樞繞組位于定子上為復合定子電樞繞組。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的改進型永磁同步發(fā)電機,其特征在于所述自動調(diào)壓系統(tǒng)主要由電壓取樣電路、電壓比較電路、功率驅(qū)動電路、電壓電流取樣電路、電壓電流保護電路和繼電器組或大功率開關(guān)器件組等構(gòu)成;電壓取樣電路的信號輸入端與發(fā)電機復合電樞繞組的主繞組兩端相連,其信號輸出端與電壓比較電路的一端相連;電壓比較電路的信號輸出端通過功率驅(qū)動電路與繼電器組或大功率開關(guān)器件組相連,繼電器組或大功率開關(guān)器件組的輸出觸點與調(diào)壓繞組相連;電壓電流取樣電路的信號輸入端與發(fā)電機額定電壓輸出端相連,其信號輸出端通過電壓電流保護電路、功率驅(qū)動電路與繼電器組或大功率開關(guān)器件組相連。
專利摘要本實用新型公開了一種改進型永磁同步發(fā)電機,它由發(fā)電機和自動調(diào)壓系統(tǒng)構(gòu)成;所述發(fā)電機主要由定子、轉(zhuǎn)子、電樞繞組、永磁體、機殼組成。所述定子電樞繞組或轉(zhuǎn)子電樞繞組為復合電樞繞組,它由主繞組和一組或數(shù)組調(diào)壓繞組構(gòu)成;所述主繞組與傳統(tǒng)發(fā)電機的電樞繞組相同,可以是單相或多相繞組;調(diào)壓繞組的相數(shù)與主繞組相數(shù)相同。所述自動調(diào)壓系統(tǒng)實時監(jiān)測所述主繞組的端電壓,根據(jù)主繞組的端電壓控制調(diào)壓繞組與主繞組的串聯(lián)方式和串聯(lián)個數(shù)。本實用新型輸出電壓穩(wěn)定、供電質(zhì)量好、電機效率高、節(jié)能效果顯著、結(jié)構(gòu)簡單。
文檔編號H02K11/00GK2550956SQ02237978
公開日2003年5月14日 申請日期2002年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月20日
發(fā)明者夏東 申請人:夏東