專利名稱：直接并網(wǎng)變速恒頻發(fā)電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種發(fā)電機，尤其是一種直接并網(wǎng)變速恒頻發(fā)電機。
背景技術(shù)：
風(fēng)力發(fā)電機等變速運行的發(fā)電機為了達到并網(wǎng)發(fā)電的要求，需要在不同轉(zhuǎn)速的情況下輸出的電壓頻率保持與電網(wǎng)頻率一致，現(xiàn)在直驅(qū)型發(fā)電機、雙饋發(fā)電機等主要采用整流一逆變的方式進行電子調(diào)整輸出頻率，由于逆變器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障率高，成本高，已成為風(fēng)力等變速發(fā)電機并網(wǎng)發(fā)電的一大障礙。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、可直接并網(wǎng)且無需逆變裝置的直接并網(wǎng)變速恒頻發(fā)電機，能夠自動調(diào)整輸出電流的頻率達到并入電網(wǎng)發(fā)電的要求，且能夠調(diào)整無功輸出電流大小，能夠調(diào)整有功功率的最大限制。為達到上述目的，本實用新型采用如下的技術(shù)方案本實用新型所述的直接并網(wǎng)變速恒頻發(fā)電機，包括主軸、固定安裝在主軸上的發(fā)電機轉(zhuǎn)子，以及環(huán)繞設(shè)置在發(fā)電機轉(zhuǎn)子周圍的發(fā)電機定子，發(fā)電機轉(zhuǎn)子上安裝有發(fā)電機交流勵磁線圈，發(fā)電機定子上安裝有發(fā)電機電樞線圈，發(fā)電機定子通過軸承安裝在主軸上，發(fā)電機轉(zhuǎn)子固定安裝在主軸上，發(fā)電機定子與發(fā)電機轉(zhuǎn)子成氣隙配合，其特征在于在主軸上還安裝有發(fā)電機勵磁機構(gòu)，所述的發(fā)電機勵磁機構(gòu)包括固定安裝在主軸上的勵磁機電樞殼、固定安裝在副軸上的勵磁機轉(zhuǎn)子，勵磁機電樞殼上固定安裝有勵磁機電樞，勵磁機轉(zhuǎn)子上固定安裝有勵磁機轉(zhuǎn)子直流勵磁線圈，勵磁機電樞與勵磁機轉(zhuǎn)子成氣隙配合，副軸與主軸同軸設(shè)置；所述副軸上還固定安裝有副發(fā)電機轉(zhuǎn)子和滑環(huán)，副軸上通過軸承安裝有副發(fā)電機定子，副發(fā)電機轉(zhuǎn)子上固定安裝有副發(fā)電機轉(zhuǎn)子直流勵磁線圈，副發(fā)電機定子上固定安裝有副發(fā)電機定子線圈，副發(fā)電機定子與副發(fā)電機轉(zhuǎn)子成氣隙配合；副發(fā)電機轉(zhuǎn)子直流勵磁線圈、勵磁機轉(zhuǎn)子直流勵磁線圈和發(fā)電機交流勵磁線圈的磁極對數(shù)相等；所述勵磁機轉(zhuǎn)子直流勵磁線圈和副發(fā)電機轉(zhuǎn)子直流勵磁線圈分別通過導(dǎo)線連接到滑環(huán)上，所述發(fā)電機交流勵磁線圈與勵磁機電樞的各相分別通過導(dǎo)線對應(yīng)電連接，所述發(fā)電機電樞線圈和副發(fā)電機定子線圈的各相線上有連接電網(wǎng)的接線頭。所述主軸和副軸均為空心軸，主軸和副軸上設(shè)置有穿線孔，主軸和副軸的內(nèi)腔以及穿線孔中設(shè)置有導(dǎo)線。所述發(fā)電機定子固定安裝在右殼體的內(nèi)壁，副發(fā)電機定子固定安裝在左殼體的內(nèi)壁，所述右殼體和左殼體分別固定連接在過橋殼體的兩側(cè)，另有發(fā)電機端蓋固定連接在右殼體的內(nèi)端，副發(fā)電機端蓋固定連接在左殼體的內(nèi)端，主軸通過軸承插裝在發(fā)電機端蓋上， 副軸通過軸承插裝在副發(fā)電機端蓋上；勵磁機電樞殼和勵磁機轉(zhuǎn)子位于過橋殼體的內(nèi)腔中，勵磁機電樞殼與過橋殼體氣隙配合；副發(fā)電機端蓋的內(nèi)端固定連接有勵磁機軸承支座，所述勵磁機軸承支座與副軸同心，勵磁機軸承支座上通過軸承安裝有勵磁機端蓋，勵磁機端蓋固定連接在勵磁機電樞殼上。采用上述技術(shù)方案以后，本實用新型具有如下優(yōu)點1、發(fā)電機在轉(zhuǎn)速變化時，能保持輸出電壓頻率始終與電網(wǎng)頻率相同。2、當(dāng)用于風(fēng)力發(fā)電時，能省去整流一逆變裝置，可靠性大大提高，成本卻大幅下降。3、能夠調(diào)整無功輸出電流大小，調(diào)整有功功率的最大限制。4、用于風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)運行時，能滿足低電壓穿越的技術(shù)要求。

圖1是本實用新型一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實用新型一個實施例的電原理圖。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型所述的直接并網(wǎng)變速恒頻發(fā)電機包括主軸1、固定安裝在主軸1上的發(fā)電機轉(zhuǎn)子2，以及環(huán)繞設(shè)置在發(fā)電機轉(zhuǎn)子2周圍的發(fā)電機定子3，發(fā)電機轉(zhuǎn)子2 上安裝有發(fā)電機交流勵磁線圈21，發(fā)電機定子3上安裝有發(fā)電機電樞線圈31，發(fā)電機定子 3通過軸承安裝在主軸1上，發(fā)電機轉(zhuǎn)子2固定安裝在主軸1上，發(fā)電機定子3與發(fā)電機轉(zhuǎn)子2成氣隙配合。工作時，發(fā)電機交流勵磁線圈21接收一個交流勵磁電流，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場， 主軸1在動力裝置的帶動下旋轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)子2做機械旋轉(zhuǎn)，交流勵磁電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場和發(fā)電機轉(zhuǎn)子2機械旋轉(zhuǎn)合成一個發(fā)電機旋轉(zhuǎn)磁場，發(fā)電機電樞線圈31切割磁力線， 產(chǎn)生電流。發(fā)電機電樞線圈31切割磁力線產(chǎn)生的電流頻率取決于兩個因素一是主軸1的轉(zhuǎn)速；二是發(fā)電機交流勵磁線圈21接收的勵磁電流的頻率。在主軸1上還安裝有發(fā)電機勵磁機構(gòu)，所述的發(fā)電機勵磁機構(gòu)包括固定安裝在主軸1上的勵磁機電樞殼4、固定安裝在副軸6上的勵磁機轉(zhuǎn)子5，勵磁機電樞殼4上固定安裝有勵磁機電樞41，勵磁機轉(zhuǎn)子5上固定安裝有勵磁機轉(zhuǎn)子直流勵磁線圈51，勵磁機電樞 41與勵磁機轉(zhuǎn)子5成氣隙配合，副軸6與主軸1同軸設(shè)置；所述副軸6上還固定安裝有副發(fā)電機轉(zhuǎn)子7和滑環(huán)9，副軸6上通過軸承安裝有副發(fā)電機定子8，副發(fā)電機轉(zhuǎn)子7上固定安裝有副發(fā)電機轉(zhuǎn)子直流勵磁線圈71，副發(fā)電機定子8上固定安裝有副發(fā)電機定子線圈81， 副發(fā)電機定子8與副發(fā)電機轉(zhuǎn)子7成氣隙配合；副發(fā)電機轉(zhuǎn)子直流勵磁線圈71、勵磁機轉(zhuǎn)子直流勵磁線圈51和發(fā)電機交流勵磁線圈21的磁極對數(shù)相等；如圖2所示，所述勵磁機轉(zhuǎn)子直流勵磁線圈51和副發(fā)電機轉(zhuǎn)子直流勵磁線圈71分別通過導(dǎo)線連接到滑環(huán)9上，所述發(fā)電機交流勵磁線圈21與勵磁機電樞41的各相分別通過導(dǎo)線對應(yīng)電連接，所述發(fā)電機電樞線圈31和副發(fā)電機定子線圈81的各相線上留有連接電網(wǎng)的接線頭。所述主軸1和副軸均為空心軸，主軸1和副軸6上設(shè)置有穿線孔，主軸1和副軸6 的內(nèi)腔以及穿線孔中設(shè)置有導(dǎo)線。這些導(dǎo)線分別與對應(yīng)的線圈連接。所述發(fā)電機定子3固定安裝在右殼體35的內(nèi)壁，副發(fā)電機定子8固定安裝在左殼體75的內(nèi)壁，所述右殼體和左殼體分別固定連接在過橋殼體10的兩側(cè)，另有發(fā)電機端蓋32 固定連接在右殼體的內(nèi)端，副發(fā)電機端蓋72固定連接在左殼體的內(nèi)端，主軸1通過軸承插裝在發(fā)電機端蓋32上，副軸6通過軸承插裝在副發(fā)電機端蓋72上；勵磁機電樞殼4和勵磁機轉(zhuǎn)子5位于過橋殼體10的內(nèi)腔中，勵磁機電樞殼4與過橋殼體10氣隙配合；副發(fā)電機端蓋72的內(nèi)端固定連接有勵磁機軸承支座73，所述勵磁機軸承支座73與副軸6同心，勵磁機軸承支座73上通過軸承安裝有勵磁機端蓋74，勵磁機端蓋74固定連接在勵磁機電樞殼4 上。直接并網(wǎng)變速恒頻發(fā)電機工作時，主軸1在外部動力作用下以高于副軸6的速度旋轉(zhuǎn)，副發(fā)電機定子線圈81通過副并網(wǎng)開關(guān)Kl與頻率為fl的電網(wǎng)連接，滑環(huán)9通過電刷與兩個直流勵磁電源連接。通過滑環(huán)9，勵磁機轉(zhuǎn)子直流勵磁線圈51和副發(fā)電機轉(zhuǎn)子直流勵磁線圈71分別得到各自的可調(diào)直流勵磁電流。勵磁機轉(zhuǎn)子直流勵磁線圈51產(chǎn)生的磁場與勵磁機電樞41因相對運動，使勵磁機電樞41切割磁力線而產(chǎn)生頻率為f3的電動勢，并產(chǎn)生電流13，這個電流就是發(fā)電機交流勵磁線圈21的交流勵磁電流。同時這個電流和做機械旋轉(zhuǎn)的勵磁機電樞殼4共同作用下，對勵磁機轉(zhuǎn)子5產(chǎn)生拖動作用，形成副發(fā)電機的發(fā)電動力，使副發(fā)電機發(fā)電。由于副發(fā)電機是同步發(fā)電機，且并入電網(wǎng)運行，其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速由電網(wǎng)頻率決定并保持相對恒定。這樣，勵磁機電樞41與勵磁機轉(zhuǎn)子5之間產(chǎn)生一個轉(zhuǎn)差， 這個轉(zhuǎn)差使勵磁機電樞41產(chǎn)生一個頻率為f3的交流電動勢，這個電動勢的頻率由主軸1 的轉(zhuǎn)速決定，頻率為f3的交流勵磁電流13加到發(fā)電機交流勵磁線圈21上，產(chǎn)生與發(fā)電機轉(zhuǎn)子2機械旋轉(zhuǎn)方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場，這個合成的磁場切割發(fā)電機電樞線圈31產(chǎn)生頻率為 f2的電動勢。由于副發(fā)電機轉(zhuǎn)子直流勵磁線圈71、勵磁機轉(zhuǎn)子直流勵磁線圈51和發(fā)電機交流勵磁線圈21的極對數(shù)相同，主軸1與副軸6的轉(zhuǎn)差等于發(fā)電機旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，f2保持恒頻，并與Π同頻。這樣，主軸1在高于副軸6的任何轉(zhuǎn)速下發(fā)電機均可直接通過并網(wǎng)開關(guān)K2并網(wǎng)發(fā)電。從而實現(xiàn)變速恒頻發(fā)電。f2頻率推導(dǎo)如下其中fl是電網(wǎng)頻率；f2是發(fā)電機電動勢頻率；f3是勵磁機電樞產(chǎn)生的交流勵磁電流頻率。Pl是副發(fā)電機轉(zhuǎn)子極對數(shù)；P2是發(fā)電機轉(zhuǎn)子極對數(shù)；p3是勵磁機轉(zhuǎn)子極對數(shù)。 nl是副軸轉(zhuǎn)速；n2是主軸轉(zhuǎn)速；n3是主軸與副軸的轉(zhuǎn)差；nc是發(fā)電機轉(zhuǎn)子交流旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，方向與主軸1的旋轉(zhuǎn)方向相反。根據(jù)同步電機恒等式，n=60f/p推導(dǎo)如下nl=60fl/pln3=n2-nlnc= f3*60/p2f3= (n2-nl)p3/60f2= (n2-nc)p2/60= (n2- f3*60/p2)p2/60= (n2- (n2-nl)p3/60*60/p2)p2/60= (n2- (n2-nl)p3/p2)p2/60又因為p2= p3所以f2= (n2- n2+nl) p2/60= nl* p2/60=60fl/pl* p2/60[0038]= (p2/ pi)* fl又因為pi= p2所以f2=fl。即當(dāng)pl=p2= p3時，f2= fl為恒等式。所以當(dāng)副發(fā)電機轉(zhuǎn)子直流勵磁線圈71、勵磁機轉(zhuǎn)子直流勵磁線圈51和發(fā)電機交流勵磁線圈21的極對數(shù)相同時，發(fā)電機發(fā)出的電流的頻率恒等于副發(fā)電機并入的電網(wǎng)的頻率，從而實現(xiàn)變速恒頻發(fā)電。
權(quán)利要求1.直接并網(wǎng)變速恒頻發(fā)電機，包括主軸(1)、固定安裝在主軸(1)上的發(fā)電機轉(zhuǎn)子(2)， 以及環(huán)繞設(shè)置在發(fā)電機轉(zhuǎn)子(2 )周圍的發(fā)電機定子(3 )，發(fā)電機轉(zhuǎn)子(2 )上安裝有發(fā)電機交流勵磁線圈(21)，發(fā)電機定子(3 )上安裝有發(fā)電機電樞線圈(31)，發(fā)電機定子(3 )通過軸承安裝在主軸(1)上，發(fā)電機轉(zhuǎn)子(2)固定安裝在主軸(1)上，發(fā)電機定子(3)與發(fā)電機轉(zhuǎn)子 (2)成氣隙配合，其特征在于在主軸(1)上還安裝有發(fā)電機勵磁機構(gòu)，所述的發(fā)電機勵磁機構(gòu)包括固定安裝在主軸(1)上的勵磁機電樞殼(4)、固定安裝在副軸(6)上的勵磁機轉(zhuǎn)子(5)，勵磁機電樞殼(4)上固定安裝有勵磁機電樞(41)，勵磁機轉(zhuǎn)子(5)上固定安裝有勵磁機轉(zhuǎn)子直流勵磁線圈(51)，勵磁機電樞(41)與勵磁機轉(zhuǎn)子(5)成氣隙配合，副軸(6)與主軸(1)同軸設(shè)置；所述副軸(6)上還固定安裝有副發(fā)電機轉(zhuǎn)子(7)和滑環(huán)(9)，副軸(6)上通過軸承安裝有副發(fā)電機定子(8)，副發(fā)電機轉(zhuǎn)子(7)上固定安裝有副發(fā)電機轉(zhuǎn)子直流勵磁線圈(71)，副發(fā)電機定子(8)上固定安裝有副發(fā)電機定子線圈(81)， 副發(fā)電機定子(8)與副發(fā)電機轉(zhuǎn)子(7)成氣隙配合；副發(fā)電機轉(zhuǎn)子直流勵磁線圈(71)、勵磁機轉(zhuǎn)子直流勵磁線圈(51)和發(fā)電機交流勵磁線圈(21)的磁極對數(shù)相等；所述勵磁機轉(zhuǎn)子直流勵磁線圈(51)和副發(fā)電機轉(zhuǎn)子直流勵磁線圈(71)分別通過導(dǎo)線連接到滑環(huán)(9)上，所述發(fā)電機交流勵磁線圈(21)與勵磁機電樞(41)的各相分別通過導(dǎo)線對應(yīng)電連接，所述發(fā)電機電樞線圈(31)和副發(fā)電機定子線圈(81)的各相線上有連接電網(wǎng)的接線頭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接并網(wǎng)變速恒頻發(fā)電機，其特征在于所述主軸(1)和副軸(6)均為空心軸，主軸(1)和副軸(6)上設(shè)置有穿線孔，主軸(1)和副軸(6)的內(nèi)腔以及穿線孔中設(shè)置有導(dǎo)線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的直接并網(wǎng)變速恒頻發(fā)電機，其特征在于所述發(fā)電機定子(3)固定安裝在右殼體(35)的內(nèi)壁，副發(fā)電機定子(8)固定安裝在左殼體(75)的內(nèi)壁，所述右殼體和左殼體分別固定連接在過橋殼體(10)的兩側(cè)，另有發(fā)電機端蓋(32)固定連接在右殼體的內(nèi)端，副發(fā)電機端蓋(72)固定連接在左殼體的內(nèi)端，主軸(1)通過軸承插裝在發(fā)電機端蓋(32)上，副軸(6)通過軸承插裝在副發(fā)電機端蓋(72)上；勵磁機電樞殼(4)和勵磁機轉(zhuǎn)子(5)位于過橋殼體(10)的內(nèi)腔中，勵磁機電樞殼(4)與過橋殼體(10)氣隙配合； 副發(fā)電機端蓋(72)的內(nèi)端固定連接有勵磁機軸承支座(73)，所述勵磁機軸承支座(73)與副軸(6)同心，勵磁機軸承支座(73)上通過軸承安裝有勵磁機端蓋(74)，勵磁機端蓋(74) 固定連接在勵磁機電樞殼(4 )上。
專利摘要本實用新型涉及一種發(fā)電機，尤其是一種直接并網(wǎng)變速恒頻發(fā)電機。包括主軸、固定安裝在主軸上的發(fā)電機轉(zhuǎn)子，以及環(huán)繞設(shè)置在發(fā)電機轉(zhuǎn)子周圍的發(fā)電機定子，發(fā)電機轉(zhuǎn)子上安裝有發(fā)電機交流勵磁線圈，發(fā)電機定子上安裝有發(fā)電機電樞線圈，發(fā)電機定子通過軸承安裝在主軸上，發(fā)電機轉(zhuǎn)子固定安裝在主軸上，在主軸上還安裝有勵磁機構(gòu)，所述的勵磁機構(gòu)包括固定安裝在主軸上的勵磁機電樞殼、固定安裝在副軸上的勵磁機轉(zhuǎn)子，勵磁機電樞殼上固定安裝有勵磁機電樞，勵磁機轉(zhuǎn)子上固定安裝有勵磁機轉(zhuǎn)子直流勵磁線圈，副軸與主軸同軸設(shè)置；所述副軸上還固定安裝有副發(fā)電機轉(zhuǎn)子和滑環(huán)，副軸上通過軸承安裝有副發(fā)電機定子，副發(fā)電機轉(zhuǎn)子上固定安裝有副發(fā)電機轉(zhuǎn)子直流勵磁線圈，副發(fā)電機定子上固定安裝有副發(fā)電機定子線圈。該發(fā)電機在轉(zhuǎn)速變化時，能保持輸出電壓頻率始終與電網(wǎng)頻率相同。
文檔編號H02K23/12GK202282713SQ20112042336
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月31日
發(fā)明者王光順 申請人:王光順