專利名稱：用作發(fā)電的適合由原動機驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)感應(yīng)發(fā)電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般說涉及線繞式旋轉(zhuǎn)感應(yīng)發(fā)電機，更具體地說涉及用作發(fā)電的線繞轉(zhuǎn)子感應(yīng)發(fā)電機。
在線繞轉(zhuǎn)子感應(yīng)發(fā)電機中，次級繞組(通常在轉(zhuǎn)子上)中的電流完全由感應(yīng)所產(chǎn)生。該電流是由初級繞組上所加的電源電壓在初級繞組上形成的旋轉(zhuǎn)磁場在次級繞組上感應(yīng)的電壓所引起。轉(zhuǎn)子繞組一般是與滑環(huán)相連接。當以高于同步速度驅(qū)動轉(zhuǎn)子時，或?qū)⑥D(zhuǎn)子短接。或者在轉(zhuǎn)子上連有適當?shù)脑O(shè)備就象連接到滑環(huán)的負載的情況一樣，此電機在很寬的范圍中起作發(fā)電機的作用。
通常鼠籠感應(yīng)發(fā)電機當過載時有“閉門”(“clostddoor”)效應(yīng)。在過載時，當速度起超過同步速度其數(shù)值略大于電動機的滑速時，就出現(xiàn)上述效應(yīng)，發(fā)電機停止供電并對原動機產(chǎn)生小阻力。這出現(xiàn)在轉(zhuǎn)速十分接近正常運行時。當卸除負載時，原動機和感應(yīng)發(fā)電機猛轉(zhuǎn)直至一起毀壞。
過去三十多年，當用不同型式的原動機驅(qū)動同步發(fā)電機或鼠籠型感應(yīng)發(fā)電機時，由于采用機械方法來控制原動機的速度，發(fā)電機的速度被保持近于常數(shù)。這些機械方法當卸除負載時常常不能限制原動機的速度。
對于風力驅(qū)動的發(fā)電機，采用擾流器(Spoilers)，葉片節(jié)距控制和機械制動器來限制速度。這些方法有很短的壽命，并且要化費昂貴的維護費用。
在發(fā)電機的線繞次級繞組中的頻率在基速以上與rpm(每分鐘轉(zhuǎn)數(shù))成正比。于是，在900rpm，8極，60赫芝的電機中，在次級繞組中900rpm的頻率是零。對于基速以上每900rpm，頻率的增加是60赫芝。因此，在該電機的次級繞組中，在1350rpm(900+450＝1350)時頻率為30赫芝(周)，在1800rpm時為60赫芝。這是很重要的。這意味著發(fā)電機被驅(qū)的方向與其作為電動機運行的方向相同。這樣，在發(fā)電機用作電動機以便借助任何可變速度原電機或者能源，包括風和波浪能，幫助發(fā)電機達到基速時，沒有必要改變?nèi)魏芜B接。
本發(fā)明的目的在于提供一種線繞轉(zhuǎn)子感應(yīng)發(fā)電機，當工作在它的額定速度時，該發(fā)電機仍然輸出電力，并且連續(xù)將接受的負載交給原電機，從而消除了對可變速度原動機的不確定的機械速度控制的要求。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種適于用在風和波浪能應(yīng)用中的旋轉(zhuǎn)感應(yīng)發(fā)電機。
本發(fā)明的再一目的在于提供一種能有地運行在轉(zhuǎn)子速度的寬范圍內(nèi)以恒定的頻率輸出的旋轉(zhuǎn)感應(yīng)發(fā)電機。
發(fā)電的任務(wù)是獲得最大的電力輸出。本發(fā)明的發(fā)電機與公知的發(fā)電機相比能在更為寬的范圍內(nèi)和更大的容量上輸出電力。該發(fā)電機在寬的速度范圍(rpm，每分鐘轉(zhuǎn)數(shù))內(nèi)維持它的負載，所述速度范圍包括鼠籠型感應(yīng)發(fā)電機通常停止發(fā)電的速度，并且在其時傳統(tǒng)的感應(yīng)發(fā)電機對原動機產(chǎn)生小的阻力，常使原動機和發(fā)電機一起加速到破壞。
本發(fā)明的上述和其余目的可以由感應(yīng)發(fā)電機來實現(xiàn)，該感應(yīng)發(fā)電機包括在所述定子中為旋轉(zhuǎn)而安裝的、繞有三個轉(zhuǎn)子繞組、定義為三相轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子;與電源相連、用來與在所述次級繞組中感生電流的所述磁場相耦合的初級繞組的所述三相定子繞組;與所述次級繞組相連、以增加所述發(fā)電機的效率并限制較高速下功率輸出的電抗器和串聯(lián)電阻器;以及與所述繞組串聯(lián)連接、以在次級繞組中提供電流并產(chǎn)生供發(fā)電的必要的磁場的電阻器。
根據(jù)以下的詳細說明，當結(jié)合附圖時，將會更清楚的理解本發(fā)明的所有目的。
所述附圖是

圖1是按照本發(fā)明的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的原理圖;
圖2是用于本發(fā)明的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中的線繞轉(zhuǎn)子感應(yīng)發(fā)電機的原理圖;和圖3是按照本發(fā)明的另一線繞轉(zhuǎn)子感應(yīng)發(fā)電機的原理圖。
以下是優(yōu)選實施例的詳細說明。
參見圖1、那里畫出了與線繞轉(zhuǎn)子感應(yīng)發(fā)電機12相連接的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置11。該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置11可以由風輪機或由波浪能變換裝置驅(qū)動。換句話說，驅(qū)動裝置可以是任何其他原動機，諸如汽油或柴油機之類。無論那一樣，驅(qū)動發(fā)電機的旋轉(zhuǎn)速度(rpm)將直接地取決于原動機的速度(rpm)。如上所述，在慣用的系統(tǒng)中，裝有機械裝置以供相關(guān)的原動機維持最佳轉(zhuǎn)速。一般這樣的發(fā)電機是以實質(zhì)上恒定轉(zhuǎn)子速度驅(qū)動的鼠籠型感應(yīng)發(fā)電機。在過大的速度時，發(fā)電機停止發(fā)電，減少了原動機上的負載，常常使得它運轉(zhuǎn)到破壞。速度控制往常不能足夠快的響應(yīng)以變化原動機速度，導致對原動機和發(fā)電機的破壞。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)采用附加與次級繞組串聯(lián)的電阻-電抗負載和另一也與次級繞組串聯(lián)的并聯(lián)電阻電路的方法，在沒有對發(fā)電機繞組破壞的情況下能夠限制最大功率，并且能夠消除過速運行所造成的輸出損失。
參見圖2，那里畫出了三相丫形連接的發(fā)電機其定子繞組21與三相電源相連。該電源用作產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)式的磁場，該旋轉(zhuǎn)式的磁場在通常繞在轉(zhuǎn)子上的次級繞組22中激勵出電流。次級繞組22與滑環(huán)(未畫出)相連，從而允許在次級繞組電路中連接諸如電阻，電容或電感的元件。如以上所提及，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到超過同步速度以前，發(fā)電機起電動機的作用，在同步速度時，它起發(fā)電機的作用向電源提供電力。
在圖2中，電阻23和電感24與每個繞組22串聯(lián)地被連接到電容26的△電路上，該△電路實質(zhì)上與電阻23和電感24串聯(lián)地放置電容。此外，電阻27與每個繞組串聯(lián)地連接，并被連接成丫(星)形點。
電阻27起次級繞組上負載的作用，借此增加次級繞組中的電流。此電流引起必要的磁性，以允許連接到次級繞組上的其他元件起作用。應(yīng)用連接到次級繞組上的電阻-電抗元件23，24，26有兩個目的(1)改進發(fā)電機的效率;和(2)限制在較高速度時的輸出功率千瓦。
標準的鼠籠轉(zhuǎn)子的感應(yīng)發(fā)電機當過載時有“閉門”效應(yīng)。在特定的過載下，發(fā)電機停止輸出電力并使原動機卸除負載。不幸，出現(xiàn)此情況的rpm是十分接近標準發(fā)電機使用的rpm。無載條件常常使得驅(qū)動發(fā)電機的原動機和發(fā)電機猛轉(zhuǎn)至破壞。
帶有適當?shù)拇渭壚@組元件23，24、26的線繞轉(zhuǎn)子感應(yīng)發(fā)電機在速度增加時連續(xù)提供輸出功率。所以帶有適當元件的線繞轉(zhuǎn)子發(fā)電機總是處在電氣控制之下。當帶負載運行時，將永不能看到突然的無載條件。如以上所提及，當速度達到太高值時，次級繞組元件對輸出功率千瓦進行限制。因此，該設(shè)備是自保護的。此千瓦限制效應(yīng)是自動的，無需觸點或繼電器。限制效應(yīng)對發(fā)電機和原動機有利。
圖3實質(zhì)上畫出了相同的電路，只有電容被接成丫形配置。為了達到本發(fā)明的目的，當然，顯而易見的是線繞轉(zhuǎn)子電動機/發(fā)電機的初級或次級繞組可以連接成△或丫形接法。此外，如果各繞組是適合所加的原邊電壓，轉(zhuǎn)子或定子二者之一可以是次級繞組的初級。(次級繞組的元件總是能與次級繞組相匹配的。)所以在目前的發(fā)明中，提供了一種在帶有線繞轉(zhuǎn)子電機的感應(yīng)式的電力發(fā)電機中負載限制的方法。此發(fā)電機能以不同的速度被驅(qū)動并保持其上連接的電源的恒定頻率。速度能在同步(基)速以上的寬范圍內(nèi)變化。超量的千瓦功率輸出受使用了由電阻，電感和電容相串聯(lián)的三支路的第一電路的電路所控制。所述第一電路的每一支路與次級繞組相連接，并且三支路的所有末端連接在一起形丫(星)形點。
其次，每一支路并聯(lián)連接到帶有電阻的單獨支路的每一支路上，該電阻的單獨支路也與次級繞組相連，并連接在一起得到丫(星)形點。當達到千瓦的預(yù)置輸出極限時，次級繞組元件(在兩個電路中的電阻，電感和電容)幫助確定在什么速度下這將出現(xiàn)輸出的千瓦的最大點或數(shù)值。與電容串聯(lián)的電感最被起作很低歐姆電阻的普通電阻的作用，從而使電容能得到所產(chǎn)生的任何電壓。當發(fā)電機的速度增加時，因此次級繞組輸出的頻率也增加，導致在電抗中的高抵抗，和在電容中的相反效果，即，電容電抗被減小了。
將公知的數(shù)代值入以下公式，可算出任何三組電機的同步或基速
同步或基rpm＝ (120f)/(極數(shù))上式中f是用赫芝(周波)表示的頻率。
在特定頻率的感抗由下式?jīng)Q定XL(歐姆)＝2πfL;其中XL是感抗，單位是歐姆;f是頻率，單位是(赫芝，周波)，和L是電感，單位是享;
容抗由下式說明XC(歐姆)＝ (106)/(2πfCNF)其中Xc是容抗，單位是歐姆，f是頻率，單位是(赫芝，周波)，和c是電容，單位是微法。
計算串聯(lián)的電阻(R)，電容(C)和電感(L)的結(jié)果是阻抗，乙，歐姆Z=R2+( XL-XC)2]]>確定發(fā)電機的千瓦功率輸出的極限有四個作用。
1、次級繞組電阻和與繞組相連的次級電阻器。
2、與電抗器和電容器串聯(lián)連接并與次級繞組相接的電阻器。
3、與電阻器和電容器串聯(lián)連接并與次級繞組相接的電抗器。
4、與電阻器和電抗器串聯(lián)連接并與次級繞組相接的電容器。
每項能調(diào)整，以影響輸出rpm，輸出千瓦，和輸出效率。
如果千瓦極限被超過，以上各項還影響發(fā)電機將限制其輸出的千瓦以及發(fā)電機將達到的用千瓦表示的點。R△電阻器23起作將極限千瓦和在極限之后形成的千瓦更靠近在一起。最后項是很重要的，并且不是容易被實現(xiàn)的。極限千瓦和極限被定位的降小之間的跳動，由于起作游標控制作用的R△電阻器23，變化相當多。
例如，在3千瓦的電機中(1138rpm)，可以將上負載極限定在3.5千瓦(或更高些)。一達到此數(shù)量(本例在1171rpm處)，輸出千瓦就將降到從3千瓦到1.5千瓦的任何地方。通常安培隨著千瓦的下降而降小。(10KVA非穩(wěn)壓發(fā)電機，在本實驗中用作三相功率源，由于減輕負載而立刻猛轉(zhuǎn)至更高速度(1287)。由于接到初級繞組上的發(fā)電站線路這是不可能的。)必須將轉(zhuǎn)子速度減低，使其返回到發(fā)電機將開動的點，以再次增加其千瓦輸出。在本特定情況下，它好象是1129rpm左右。
在風或波浪能運行下，發(fā)電機的極限容量將接受陣風和大的波浪，不會對發(fā)電機有損害，并且為此付出的代價是接受陣和大的波浪，產(chǎn)生額外功率脈沖而不排除這些較大的千瓦負載。
發(fā)電機在速度遠超過其最小極限時開始發(fā)電，例如，在上面提到的從3.5千瓦(在約1171rpm)下降過程中，發(fā)電機降到3.0千瓦。在低千瓦輸出下它猛轉(zhuǎn)超過1200rpm，這里，發(fā)電機被驅(qū)動到較高速度，沒有增加其千輸出(但是它的輸入安培將增加)。發(fā)電機將在它的較低極限上，在它離開的1129rpm之上稍微高些，開始發(fā)動，減少了它的千瓦輸出。
根據(jù)知道的轉(zhuǎn)子的相電阻和每相的外電阻的電阻，就能計算出極限點。應(yīng)用電感器和電容器的除抗(彼此反相)的公式以取近似，那么R△23可以被用作如希望那樣的微小變化。
將會看到，本發(fā)明提供用作發(fā)電的適合電原動機驅(qū)動的線繞轉(zhuǎn)子感應(yīng)發(fā)電機，其中所述適合將導致對發(fā)電機的負載限制，以便發(fā)電機能以不同速度運行，并保持與其連接的由源線的恒定頻率，而且其他人在沒有省去完全構(gòu)成本發(fā)明的一般或特殊方面的重要性能的特征和元件的情況下，可以容易地修改本發(fā)明作其它不同的應(yīng)用，因此，這樣的修改應(yīng)該被定為包含在以下權(quán)利要求的等效的意義和范圍之中。
權(quán)利要求
1.旋轉(zhuǎn)感應(yīng)發(fā)電機，其特征在于它包括定子，在其上繞有定子繞組，定義為三相定子；轉(zhuǎn)子，可旋轉(zhuǎn)地安裝在所述定子中，并且在其上繞有轉(zhuǎn)子繞組，定義為三相轉(zhuǎn)子；所述三相定子繞組適合與電源連接，并作為初級繞組，由此所加電源在所述三相繞組中產(chǎn)生電流流動并提供旋轉(zhuǎn)磁場；所述另一作為次級繞組的三相繞組與所述磁場相耦合，由此在所述次級繞組中感應(yīng)出電流；電阻-電抗裝置1與所述次級繞組連接，以增加發(fā)電機效率并在寬速度范圍內(nèi)將功能輸出限制于發(fā)電機的容量；和與所述次級繞組串聯(lián)連接的電阻裝置，以在次級繞組中提供磁化電流。
2.如權(quán)利要求1所述旋轉(zhuǎn)感應(yīng)發(fā)電機，其特征在于所述定子繞組被接至電源，轉(zhuǎn)子被接至原動機。
3.如權(quán)利要求2所述旋轉(zhuǎn)感應(yīng)發(fā)電機，其特征在于所述原動機是風力。
4.如權(quán)利要求2所述旋轉(zhuǎn)感應(yīng)發(fā)電機，其特征在于所述原動機是波浪力。
5.如權(quán)利要求1所述旋轉(zhuǎn)感應(yīng)發(fā)電機，其特征在于電阻-電抗裝置由與電阻裝置相串聯(lián)的電感和電容裝置組成，并且比串聯(lián)支路與連接成實質(zhì)上丫形接結(jié)的電阻的單獨支路相并聯(lián)。
6.如中權(quán)利要求1所述旋轉(zhuǎn)感應(yīng)發(fā)電機，其特征在于電阻-電抗裝置由與電阻裝置相串聯(lián)的電感和電容裝置組成，并且比串聯(lián)支路與連接成實質(zhì)上△形接法的電阻的單獨支路相并聯(lián)。
7.產(chǎn)生電力的方法，其特征在于包含以下步驟旋轉(zhuǎn)感應(yīng)發(fā)電機，有帶定子繞組的定子，在那里限定了三相定子，和在所述定子中可旋轉(zhuǎn)地安裝的轉(zhuǎn)子，并在其上繞有三轉(zhuǎn)子繞組，限定子三相轉(zhuǎn)子;所述三相定子繞組適合接至電源，并用作初級繞組，由此所加的電源在所述三相繞組中產(chǎn)生電流流動，并提供旋轉(zhuǎn)磁場;所述另-三相繞組用作次級繞組，與所述磁場耦合，由此在所述次級繞組中感應(yīng)產(chǎn)生電流;與所述次級繞組相連的電阻-電抗裝置，以便增加所述發(fā)電機的效率，并在寬的速度范圍內(nèi)將功率輸出限制于發(fā)電機的容量;和與所述次級繞組串聯(lián)連接的電阻裝置，以便在次級繞組中提供磁力電流。
8.在旋轉(zhuǎn)感應(yīng)發(fā)電機的電力產(chǎn)生中負載限制的方法，其特征在于在原動機速度的寬范圍內(nèi)當保持接于發(fā)電機的電源的頻率，發(fā)電機能在不同速度下運行，由此過量的千瓦功率輸出用一電路來限制，該電路應(yīng)用了電丫或△接法的每一個腿串聯(lián)連接的電阻，電感和電容的三支路的第一電路，并且其中所述支路的每一支路并聯(lián)地與單獨的電阻支路相連接，以在那里完成電路并幫助控制最大的千瓦點。
9.利用感應(yīng)發(fā)電機在寬的轉(zhuǎn)子速度范圍內(nèi)并在大容量下產(chǎn)生最大電力發(fā)生輸出的方法，其特征在于該方法包括在定子中可旋轉(zhuǎn)地安裝有轉(zhuǎn)子，其上繞有三轉(zhuǎn)子繞組，限定了三相轉(zhuǎn)子;適合接至電源的三相定子繞組和原動機，所述轉(zhuǎn)子繞組用作與磁場耦合的次級繞組，由此在所述次級繞組中感應(yīng)出電流，電抗裝置和串聯(lián)電阻裝置被接至所述次級繞組，以便在次級繞組中提供電流并為功率產(chǎn)生建立必要的磁場。
全文摘要
一種旋轉(zhuǎn)感應(yīng)發(fā)電機，帶有三相繞組的定子、轉(zhuǎn)子和接于次級繞組的電阻-電抗裝置，以增加發(fā)電機效率并在寬速度范圍內(nèi)將功率輸出限制在發(fā)電機的容量內(nèi)；以及一種用該發(fā)電機負載限制電力產(chǎn)生的方法，使在原動機寬速度范圍內(nèi)當保持接于發(fā)電機的電源頻率時，發(fā)電機能以不同速度運行，由此用一電路限制過量的功率輸出，該電路包括Y或△接法的每個腿串聯(lián)的電阻、電感和電容的三支路，每支路又與單獨的電阻支路并聯(lián)，以控制最大的輸出點。
文檔編號H02P9/46GK1086640SQ9311764
公開日1994年5月11日 申請日期1993年8月3日 優(yōu)先權(quán)日1992年8月3日
發(fā)明者S·赫勒 申請人:赫勒迪祖里奧公司