專利名稱：一種補償直線同步發(fā)電機的方法及設備的制作方法
本申請要求的優(yōu)先權是依35U.S.C.§119(e)的未審定臨時申請，序列號為no.60/037,723，申請日為1997年2月7日，題目是“一種補償直線同步發(fā)電機的方法及設備”，本文參考該文件。
本發(fā)明總體上涉及發(fā)電機，尤其涉及引用交流電源的改進的感應發(fā)電機。
近來，針對礦物燃料短缺和使用這種燃料所帶來的生態(tài)影響，人們已經(jīng)設計出了各種不同的提案，這些提案是為了將本地產(chǎn)生的電能插入到公共事業(yè)電網(wǎng)中。人們已經(jīng)對可恢復的燃料源的分類進行了調(diào)查。理想的可替代燃料能源不會給生態(tài)帶來負面影響，并且會產(chǎn)生低成本的上等燃料?？商娲剂夏茉吹某Ｒ娎邮秋L、水、碳氫氣體回收、太陽、地熱和廢熱回收。這些燃料源中的每一種都可以用于發(fā)電機。
利用這些燃料能源的困難在于燃料本身的質(zhì)量。例如，由于傳統(tǒng)同步或感應發(fā)電機需要穩(wěn)定且恒定的燃料能源，因此風速的變化嚴重限制了風力機械的使用。這是因為傳統(tǒng)發(fā)電機僅當它們在特定速度范圍內(nèi)運行時才能發(fā)出有用功率。結果，風力機械必須采用雙繞組交流發(fā)電機或者精心設計的螺距控制以及提供適當發(fā)電機速度的機械驅動系統(tǒng)。但對實際應用來說，雙饋系統(tǒng)必須提供適當?shù)霓D子勵磁并保持恒定的定子電壓，這不容易實現(xiàn)。在采用高速地熱汽輪機或低速水車的地方，必須使用機械速度控制、減壓或升壓設備為交流發(fā)電機提供適當?shù)霓D速。隨這些機械轉換設備而來的效率損失使它們的經(jīng)濟適用性大打折扣，通常使它們不適于作為能源。
由這些機械轉換系統(tǒng)提供補償是必要的，但是，因為將本地產(chǎn)生的電能插入到公共事業(yè)電網(wǎng)需要準確的相位和頻率匹配。因此，如果設備為自同步且容許轉速大范圍變化，就會大大增強發(fā)電裝置對可替代原料源的使用。這種自同步旋轉設備的一個顯著的例子可以在LeoNickoladze公開的幾個專利中找到，具體在美國專利U.S.4,701,691和4,229,689中，本文明顯參考了上述公開專利。
后面的這些例子依據(jù)在感應設備本身內(nèi)部的電力對消，由此有效地消除了輸入功率中的所有變化。

圖1所示為這種感應設備的一個示例性實施例。圖1的感應發(fā)電機包括兩級，勵磁機級10和發(fā)電機級12。勵磁機級10包括連接到交流電源16的勵磁機定子14和通過本地電源19為旋轉提前而設置的勵磁機轉子18。發(fā)電機級12包括為與勵磁機轉子18共同旋轉而連接的發(fā)電機轉子20以及發(fā)電機定子22。勵磁機轉子18和發(fā)電機轉子20的繞組連接起來，但繞線方向相反。發(fā)電機定子22連接到負載23。
在運行中，勵磁機轉子18通過本地電源19在勵磁機定子14形成的旋轉磁場內(nèi)轉動。在勵磁機轉子18的輸出端所感應的信號頻率等于本地電源19的角速率加交流電源16的頻率的和。由于發(fā)電機轉子20在發(fā)電機定子22內(nèi)轉動，與勵磁機轉子14反向連接導致本地電源19所產(chǎn)生的角速率被減掉。結果是在發(fā)電機定子22的輸出端感應的電壓速率等于交流電源的頻率。
前述Nickoladze的解決方案提供了一種理論上的輸出電壓，在這種輸出電壓處僅產(chǎn)生公共事業(yè)電網(wǎng)的線頻率，實際上，對于三相電源應用來說，這些設備的制造通常伴隨著勵磁機和發(fā)電機級以及繞組之間預期的正確相位角校準這樣的困難。通常，由于轉子和定子部件的實際繞組，過去不能實現(xiàn)勵磁機級和發(fā)電機級之間的相位角校準。而且，由于繞組的相序不正確，一些設備不能簡單地完全運行。這些問題在勵磁機級和發(fā)電機級的制造相互獨立時更為突出。
因此，當前需要生產(chǎn)出一種三相直線同步發(fā)電機，它具有正確的相位角校準，以便應用具有恒定頻率和可變轉軸速度電壓輸出的三相電源。人們希望，即使對于以相反方向繞線或具有相對于在鐵心上的不同槽中開始的相的勵磁機和發(fā)電機元件來說，也容易實現(xiàn)相位角校準。
本發(fā)明的實施例涉及滿足這種需要的一種方法和設備。因此，根據(jù)優(yōu)選實施例提供有一種具有勵磁機級和發(fā)電機級的直線同步發(fā)電機，勵磁機級具有勵磁機定子和勵磁機轉子，發(fā)電機級具有發(fā)電機定子和發(fā)電機轉子。在一個實施例中，定子纏繞有連接到交流的電源的主繞組，轉子纏繞有副繞組。在另一實施例中，轉子纏繞有連接到交流電源的主繞組，定子纏繞有副繞組。
通過將勵磁機級和發(fā)電機級的主繞組連接到具有線電壓Vm的交流電源，并且將勵磁機級的第一副相繞組連接到發(fā)電機級的第一副相繞組，來確定副繞組的第一、第二和第三相繞組的正確相位角校準。然后，確定勵磁機級的第二副相繞組和發(fā)電機級的第二副相繞組之間的電壓約等于2Vm，確定勵磁機級的第三副相繞組和發(fā)電機級的第三副相繞組之間的電壓約等于2Vm。優(yōu)選地，確定勵磁機級的第二副相繞組和發(fā)電機級的第三副相繞組之間的電壓約等于
以及確定勵磁機級的第三副相繞組和發(fā)電機級的第二副相繞組之間的電壓約等于
一旦這些電壓得到確定，將勵磁機級的第二副相繞組連接到發(fā)電機級的第二副相繞組，將勵磁機級的第三副相繞組連接到發(fā)電機級的第三副相繞組。
在轉子主機的優(yōu)選實施例中，直線同步發(fā)電機的結構具有為通過外部電源使旋轉提前而設置的勵磁機轉子。勵磁機轉子包括一對磁極，每個磁極具有連接在交流電源兩端的繞組。勵磁機定子，用于在勵磁機定子的內(nèi)部轉動而安裝，也具有一對磁極，每個磁極具有繞組。發(fā)電機轉子，為與勵磁機轉子共同旋轉而安裝，所述發(fā)電機轉子具有一對磁極，每個磁極具有連接在交流電源兩端的繞組。發(fā)電機定子具有發(fā)電機轉子旋轉安裝在其中的內(nèi)部。發(fā)電機定子一對磁極，每個磁極具有反向連接到勵磁機磁極對上相應繞組上的繞組，用于抵消由勵磁機和發(fā)電機轉子轉動所感應的電頻率。
所述實施例的一個具吸引力的特征是不管轉軸速度如何變化，直線同步發(fā)電機都保持自同步。而且，甚至對于以相反方向繞線或具有相對于鍵溝在鐵心上的不同槽中開始的相的勵磁機和發(fā)電機元件來說，也能實現(xiàn)正確的相位角校準。這種可替代能源的經(jīng)濟可行性方案的主要潛力是用于解決當前能源短缺并對生態(tài)造成的負面影響最小。
通過以下的詳細說明，本發(fā)明的其他實施例對于本領域的技術人員是顯而易見的，其中僅通過圖解的方式示出并描述了實施本發(fā)明的最佳實施方式。可以認為，本發(fā)明可以有其他不同的實施例，在其他不同方面也可以對其一些細節(jié)進行修改，所有這些都不違背本發(fā)明的主題和范圍。因此，附圖和詳細說明實質(zhì)上是說明性的而非限制性的。
根據(jù)以下說明書、權利要求書和附圖可以更好地理解本發(fā)明的這些和其他特征、方面以及優(yōu)點，附圖中圖1是美國專利U.S.4,701,691和4,229,689所述的感應發(fā)電機的簡化示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實施例的三相定子主直線同步發(fā)電機的簡化示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實施例的三相轉子主直線同步發(fā)電機的簡化示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實施例的冗余直線同步發(fā)電機結構的簡化示意圖；圖5A-5C是向量圖，示出了根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實施例的直線同步發(fā)電機副繞組之間合適的相位關系；圖6A-6F是向量圖，示出了根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實施例的直線同步發(fā)電機副繞組之間的不正確相位關系；圖7A示出了根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實施例的直線同步發(fā)電機副繞組的概略示圖；圖7B示出了在與重新編號的端子正確連接時的根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實施例的直線同步發(fā)電機副繞組的概略示圖；圖8是連接在根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實施例的副繞組之間的補償電路的概略示圖；圖9示出了根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實施例的作為轉子角位移函數(shù)的不同補償電路的輸出功率曲線；
圖10示出了根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實施例的作為轉子角位移函數(shù)的勵磁機級和發(fā)電機級之間相位角的輸出功率曲線；圖11是向量圖，示出了根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實施例的具有15°相位角誤差的直線同步發(fā)電機副繞組之間的正確相位關系。
圖2所示為本發(fā)明的一優(yōu)選實施例。三相直線同步發(fā)電機包括兩級，勵磁機級24和發(fā)電機級26。勵磁機級24包括具有三個電磁極對的勵磁機定子28。每個磁極對具有連接在交流電源30的不同相兩端的主繞組。所裝配的用于在勵磁機定子28內(nèi)部轉動的勵磁機轉子32也包括三個電磁極對，每一個上面纏有副繞組。通過本地電源33使勵磁機轉子32提前轉動。
發(fā)電機級26包括所連接的發(fā)電機轉子34，用于在發(fā)電機定子38的內(nèi)部與勵磁機轉子32一同轉動。發(fā)電機轉子34也包括各纏有副繞組的三個電磁極對。發(fā)電機轉子的副繞組反向連接到勵磁機轉子32的副繞組，以實現(xiàn)由本地電源的角位移所感應的頻率的電力抵消。發(fā)電機定子38連接到交流電源30。
在本發(fā)明的另一變化實施例中，勵磁機級和發(fā)電機級的轉子連接到交流電源，勵磁機和發(fā)電機定子的三相繞組相連接以實現(xiàn)電力抵消。參考圖3，通過本地電源53而使其提前轉動的勵磁機轉子52具有各纏有主繞組的三個電磁極對，主繞組連接在交流電源54的不同相兩端。勵磁機級56也包括具有三個纏有副繞組的電磁極對的勵磁機定子72。
類似地，發(fā)電機級64包括具有三個纏有副繞組的電磁極對的發(fā)電機定子74。勵磁機定子72的副繞組反向連接到發(fā)電機定子74的副繞組，以實現(xiàn)由本地電源的角位移所感應的頻率的電力抵消。用于和勵磁機轉子52共同轉動所連接的發(fā)電機轉子75連接到交流電源54。僅僅為了說明的目的，本發(fā)明的實施例僅描述了作為定子主機而構造的三相直線同步發(fā)電機，即定子連接到交流電源。但本領域技術人員應理解本發(fā)明不限于定子主機，所描述的所有實施例和測試程序同樣適用于轉子主機，即轉子連接到交流電源。
如圖4所示，直線同步發(fā)電機可以擴展為包括冗余元件。具體地說，包括在公共軸80上的轉子78以及一定子76的一第三冗余級可以斷開。在勵磁機級或發(fā)電機級出故障的情況下，則可以連接端子T001、T002和T003來代替T1、T2和T3或T01、T02和T03。
參考圖2來描述發(fā)電機的運行。就定子主機來說，勵磁機定子28通過交流電源30勵磁，交流電源30以等于交流電源30頻率的角速率建立旋轉磁場。勵磁機轉子32通過本地電源33在勵磁機定子28形成的旋轉磁場內(nèi)旋轉。在勵磁機轉子32輸出端的感應信號頻率等于本地電源33的角速率加上交流電源30的頻率的和。發(fā)電機轉子34在發(fā)電機定子38內(nèi)旋轉，與勵磁機轉子32的反向連接導致本地電源33所產(chǎn)生的角速率被減去。結果，在發(fā)電機定子38輸出端上感應的電壓速率等于交流電源的頻率。因此，在根據(jù)本發(fā)明實施例的多極發(fā)電機同步速度以上的任一速率下，電壓輸出的頻率與它連接的電源頻率相同。在同步速度以下，則消耗功率而不是產(chǎn)生功率。
這種理論上的解決方案解決了轉軸速度變化對三相直線同步發(fā)電機輸出頻率的影響，僅通過勵磁機級和發(fā)電機級24、26之間正確的相位校準就可以獲得最佳輸出性能。這種連接是這樣實現(xiàn)的首先保證勵磁機級的主繞組與發(fā)電機級的主繞組的相序相同，然后將勵磁機級和發(fā)電機級的副繞組反向連接。
由于勵磁機級和發(fā)電機級的制造是相互獨立的，因此，確定主繞組之間的正確連接以保證每個直線同步發(fā)電機級具有相同相序是很重要的。確定的方式有很多種。例如，就定子主機來說，小型三相電動機可以通過定子繞組將電源加到轉子繞組上來驅動。當電動機以從勵磁機定子繞組和發(fā)電機定子繞組相同的旋轉方向受到驅動時，定子繞組的正確相序就會出現(xiàn)。獲得正確相序的另一方式是使用相位旋轉儀，或者根據(jù)本領域公知測試方法使用Y形連接的兩個燈和一個交流電容器。
一旦建立了正確的相序，將定子繞組連接到交流電源的相應相位上。然后通過互連過程建立轉子繞組之間的正確相角。為了實現(xiàn)轉軸角速率所感應的頻率的電力抵消，轉子繞組必須連接成使得每個勵磁機轉子繞組中角位移所感應的電壓與它所連接的發(fā)電機轉子繞組中感應的電壓相等但極性相反。
向量圖提供了一種機理，這種機理用于圖解副繞組之間的相互連接是如何確定的。如圖5和6所示，在轉子繞組之間最合適的三種相互連接導致圖5A-5C所示的每個副繞組連接之間180°的相位移，每個勵磁機轉子繞組相對于其相應的發(fā)電機轉子繞組移動180°。例如，考慮圖5B。以下所連接的端子之間的相位角是容易確定的T03＝0°及T3＝180°；Δ180°T01＝120°及T1＝300°；Δ180°；以及T02＝240°及T2＝60°；Δ180°。同樣的相位關系對圖5A和5C中向量圖所示的副連接同樣成立。
相反，存在無法實現(xiàn)轉子角位移感應頻率電力抵消的其他六種可能的互連方式。這六種不正確的連接方式如圖6A-6F中向量圖所示。在所示的每個向量圖中，在勵磁機轉子和發(fā)電機轉子之間的每對連接中的電壓不僅電壓相同，而且相位相同。參考圖6A，通過舉例的方式，容易示出這種關系T01＝300°且T1＝300°；Δ0°T02＝60°且T2＝60°；Δ0°；以及T03＝180°且T3＝180°；Δ0°。
這些向量圖對于在制造過程中建立用于確定轉子繞組之間正確的相互連接的測試參數(shù)是有用的。對于圖5A-5C中每個向量圖，就連接到一個發(fā)電機轉子繞組的三相繞組的一個勵磁機轉子繞組來說，剩下的開式繞組之間的電壓將包括處于兩倍于線電壓(2Vm)的兩對和處于
倍于線電壓(
)的兩對，這由相之間的幾何關系證明。例如，在圖5B中開式繞組中感應的電壓為T2至T02＝2VmT3至T03＝2VmT2至
T3至
由于向量在空間上有指定的長度和方向，所以可以用普通刻度尺對這些結果進行驗證。
可以通過數(shù)學方法來確定向量圖。經(jīng)典電學理論指出當將電壓加到感應發(fā)電機的主繞組上時，電壓就會被感應到開放電路的副繞組中。Y型連接的三相繞組的每一相移位120°。在開放電路副端子上感應出的電壓將得到平衡。對于相位測試，跳線使每個副繞組中的其中一個端子相互連接。在圖5B中，為端子T1和T01。由于電壓加到主繞組上，剩下的開式電路副電壓得以測量。對圖5A來說，有T2到T02T3到T03T2到T03T3到T02從圖5A中容易看出，T2-T01之間的副電壓為線電壓。此外，T1-T02之間的電壓也是線電壓。因此，T2-T02之間的電壓為兩倍線電壓。這對T3-T03同樣成立。
T2-T03之間的電壓是邊T1-T03，T01-T2和T2-T03確定的斜三角形的合成矢量。在正確校準時，經(jīng)典三相電學理論確定出圖5B所示角度。T2-T03之間的合成電壓為V2-03=(V2-03)sin∠Bsin∠A]]>為了正確校準
=(V2-03)(0.8660.5)]]>＝(V2-03)(1.73)這對T3-T02之間的電壓同樣成立。因此，由于正確校準，電壓將具有一對端子處于兩倍線電壓，一對端子處于
倍線電壓。
通過這些向量圖可以發(fā)現(xiàn)，轉子相互連接的方法得以確認，這在提高產(chǎn)品產(chǎn)量的同時大大降低了制造成本。具體地說，確定定子主機中正確互連的方法需要將一對轉子繞組連接起來，然后找到轉子繞組之間電壓基本相同的其余兩對。
參考圖7A，所示為用于測試的副繞組。勵磁機和發(fā)電機定子連接到交流電源。如果兩套轉子繞組是同樣的匝數(shù)、節(jié)矩、線號、連接等，則感應出的線電壓應當是相等的。在該例中，相間電壓為90伏。所示連接可以為Y(星形)，或者Δ形，或者各取一種。為了獲得測試讀數(shù)，通過連接跳線將每個轉子繞組的端子連接在一起。
主或副可以是定子或轉子，但它們必須是同一部分。因此，如果同步發(fā)電機的一半配置為轉子主機，則同步發(fā)電機的另一半也必須配置為轉子主機。
如圖5和6的向量圖所定義的，必須找出電壓基本相同的兩對。在線電壓為90伏的情況下，在測試中必須得到以下值2(90)＝180V，用于一個電壓對；以及
用于其他電壓對。
為了完成測試，跳線跨接每個轉子繞組端子。本例中，跳線首先跨接T1和T01，通過測試得到以下電壓T2-T02＝156VT2-T03＝90VT3-T02＝180VT3-T03＝156V這些測得電壓與顯示轉子繞組不正確互連的圖6A-6F一致。
然后將跳線移開，跨接另一端子對。在該例中，跳線接著跨接T2和T01，并通過測試得到以下電壓T1-T02＝156VT1-T03＝180VT3-T02＝180VT3-T03＝156V該結果與圖5A-5C一致，確定了轉子繞組的正確互連。從向量圖5A-5C可以看出，具有2Vm或180V的轉子繞組應連接在一起。圖7B所示為轉子繞組的正確互連，其中T1連接到T03，T3連接到T02。最好端子應重新編號。
一旦在轉子繞組之間建立了正確相位角，電力補償則可以插在每對三相繞組之間。具體地說，在各個繞組之間可以插入電阻器或電容器以擴展設備的動態(tài)運行范圍而不需在勵磁機級和發(fā)電機級之間進行連續(xù)的相角調(diào)整?；蛘撸诙ㄗ拥闹骼@組中可以插入電力補償。
參考圖8，插在轉子繞組之間的補償繞組帶來了允許更高運行速度的擴展的運行范圍。在本例中，補償網(wǎng)絡76、78和80實現(xiàn)了上述繞組互連。網(wǎng)絡76包括一電阻器82，與電容器84并聯(lián)，網(wǎng)絡78包括一電阻器88，與電容器90并聯(lián)，網(wǎng)絡80包括一電阻器94，與電容器96并聯(lián)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過將電阻器82、88、94的電阻從約0歐姆增加到大約5.8歐姆，以功率因數(shù)比和效率比表現(xiàn)出的動態(tài)范圍都得到了充分提高。
圖9示出了利用電阻器來得到特定應用場合所需結果的設備的擴展范圍。所示為15Kw、4極、60Hz三相直線同步發(fā)電機的輸出曲線。
優(yōu)化三相直線同步發(fā)電機性能的另一重要參數(shù)是發(fā)電機和勵磁機級之間的相位角。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，可以將勵磁機定子、勵磁機發(fā)電機、發(fā)電機轉子或發(fā)電機定子的角位置提前或滯后以優(yōu)化性能。最佳負載是勵磁機相位角和轉子每分鐘轉數(shù)(rpm)的函數(shù)。當RPM增加到超過“同步速度”時，滿足最大發(fā)電機負載所需的相位角范圍大大縮小。因此，通過相對于發(fā)電機級控制勵磁機級的相位角，實現(xiàn)對負載的完全控制。當使用變速原動機時，必須采用響應和已校準的設備以充分提供相位角優(yōu)化。
圖10示出了6極、25kW、480V、60Hz定子主機的輸出功率，該主機在不同的相位角耦合到75馬力直流變速電動機。所示為在勵磁機和發(fā)電機磁場之間四個不同相位角上的功率輸出。
在一優(yōu)選實施例中，通過控制機構選擇發(fā)電機定子磁場并與交流電源頻率相比較，以便為伺服電動機提供相位誤差信號。該伺服電動機對勵磁機定子進行定位以優(yōu)化發(fā)電機負載，即由轉軸速度變化而引起的相位差的函數(shù)。伺服電動機及其控制機構的精確性和響應對優(yōu)化發(fā)電機加載是至關重要的。由于伺服電動機控制技術是非常先進的，實際上在所有的發(fā)電應用中都可以提供準確的勵磁機感應補償。
或者，在轉子繞組的互連過程中設置相位角。參考圖11，所示向量圖表示具有正確連接以實現(xiàn)電力抵消的轉子繞組的相位關系，但在勵磁機和發(fā)電機級之間有15°相位角未校準。在圖10中所表示的測試通過將T1連接到T01上來完成。得到的測試結果如下T2到T02＝178VT2到T03＝143VT3到T02＝166VT3到T03＝178V端子T2-T02和T3-T03之間的電壓分別都為178V，這一電壓充分接近使所需對中的其中一對得到滿足的180V。但是，剩余端子之間的電壓沒有充分接近使第二所需對得到滿足的156V。但如果將電壓平均，結果為155V，這接近期望電壓。這表明了勵磁機級和發(fā)電機級之間相位角不正確。在這種情況下，實際上可以使勵磁機定子、勵磁機轉子、發(fā)電機定子或發(fā)電機轉子在其軸上轉動直到T2和T3之間的電壓以及T3和T02之間的電壓分別讀出155V。在這種情況下，從圖8的向量圖中可以看出，移動15°電相位就會產(chǎn)生最佳性能。
或者，可以通過改變勵磁機轉子、勵磁機定子、發(fā)電機轉子或發(fā)電機定子繞組來完成相位角校正。換言之，實際上可以在不移動轉子或定子的情況下得到最佳相位角，而使繞組本身偏移。如果發(fā)電機部分上的槽數(shù)為1到36，例如，我們在槽1中開始發(fā)電機組，在槽2或3中開始勵磁機組，從而得到期望的相位角。
實際角位移由極數(shù)確定。具體地說，角位移是
對于四(4)極三相系統(tǒng)來說，該角為
因此，需要一個20°的角位移。這只有在槽數(shù)能使所需要的角度得到滿足時才可以通過移動兩個固定鐵心的繞組來實現(xiàn)。例如，36槽鐵心，兩槽位移會導致20°且對于四(4)極三相系統(tǒng)來說是可接受的。但48槽鐵心不能產(chǎn)生任何20°的組合，因此，無法通過鐵心位移來實現(xiàn)相位角校準。
所述實施例提供了一種重要的解決方案，該方案在保持自同步狀態(tài)時允許轉速在整個傳統(tǒng)機械極限范圍內(nèi)變化。主動控制簡化到為安全目的而必須的那些控制。用無源設備的簡單主動控制來提高機器速度最大極限。這顯示了發(fā)明人的才華，通過附加簡單的無源設備可以擴展固有的可接受的速度范圍。因此，供最低速度用且超過設備附加損耗的任何本地電源可以用于為公共事業(yè)電網(wǎng)供電。這種本地可替換電源的采用對解決當前能源短缺問題具有很大潛力，對生態(tài)的負面影響最小。
顯然，本發(fā)明上述內(nèi)容滿足了對具有恒頻和以可變軸速度電壓輸出的正確相位的三相直線同步發(fā)電機的迫切需求。在不背離本發(fā)明主題和實質(zhì)特征的情況下，這種三相同步發(fā)電機也能以其他形式體現(xiàn)出來，并且可以使用各種各樣的能源，例如風車、風力渦輪機、水車、水輪機、內(nèi)燃機、太陽能發(fā)電機、汽輪機。因此，從各個方面描述的實施例都是說明性的而非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權利要求指明，而不是由前述說明指明。
權利要求
1.一種確定三相直線同步發(fā)電機正確相位校準的方法，所述直線同步發(fā)電機包括具有一勵磁機定子和一勵磁機轉子的勵磁機級以及具有一發(fā)電機轉子和一發(fā)電機定子的發(fā)電機級，所述勵磁機定子和勵磁機轉子中的其中一個具有一主繞組，所述勵磁機定子和勵磁機轉子中的另一個具有第一、第二和第三副相繞組，所述發(fā)電機定子和發(fā)電機轉子中的其中一個具有一主繞組，所述發(fā)電機定子和發(fā)電機轉子中的另一個具有第一、第二和第三副相繞組；所述方法包括以下步驟將勵磁機和發(fā)電機級的主繞組連接到一三相交流電源，所述交流電源具有等于Vm的線電壓；將勵磁機級的第一副相繞組連接到發(fā)電機級的第一副相繞組；確定勵磁機級的第二副相繞組和發(fā)電機級的第二副相繞組之間的電壓約等于2Vm；確定勵磁機級的第三副相繞組和發(fā)電機級的第三副相繞組之間的電壓約等于2Vm；以及將勵磁機級的第二副相繞組連接到發(fā)電機級的第二副相繞組；將勵磁機級的第三副相繞組連接到發(fā)電機級的第三副相繞組。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括的步驟有確定勵磁機級的第二副相繞組和發(fā)電機級的第三副相繞組之間的電壓約等于
以及確定勵磁機級的第三副相繞組和發(fā)電機級的第二副相繞組之間的電壓約等于
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，勵磁機級的副繞組纏繞在勵磁機轉子上，而發(fā)電機級的副繞組纏繞在發(fā)電機轉子上。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，勵磁機級的副繞組纏繞在勵磁機定子上，而發(fā)電機級的副繞組纏繞在發(fā)電機定子上。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括的步驟有在確定勵磁機級的第二副相繞組和發(fā)電機級的第二副相繞組之間的電壓和確定勵磁機級的第三副相繞組和發(fā)電機級的第三副相繞組之間的電壓之前使所述勵磁機定子、勵磁機轉子、發(fā)電機定子和發(fā)電機轉子的其中之一在其軸上旋轉。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括的步驟有確定勵磁機和發(fā)電機級的主繞組中的相序相同。
7.一種直線同步發(fā)電機，包括一勵磁機轉子，為通過外部電源提前轉動而配置，包括一對磁極，每個磁極具有連接在交流電源兩端的一繞組；一勵磁機定子，具有一對磁極，每個磁極具有一繞組，安裝的所述勵磁機轉子在勵磁機定子的內(nèi)部轉動；一發(fā)電機轉子，為與勵磁機轉子共同旋轉而安裝，所述發(fā)電機轉子具有一對磁極，每個磁極具有連接在交流電源兩端的一繞組；以及一發(fā)電機定子，具有發(fā)電機轉子旋轉安裝在其中的內(nèi)部，所述發(fā)電機定子具有一對磁極，每個磁極具有一繞組，每個繞組反向連接到勵磁機磁極對上的相應繞組上，用于抵消勵磁機和發(fā)電機轉子轉動所感應的電頻率。
8.根據(jù)權利要求7所述的直線同步發(fā)電機，其特征在于，每個所述勵磁機和發(fā)電機轉子包括具有三相繞組的三對磁極，所述三相繞組連接到三相交流電源，以及每個所述勵磁機和發(fā)電機定子包括具有三相繞組的三對磁極，所述勵磁機定子的三相繞組反向連接到所述發(fā)電機定子的三相繞組，用于抵消勵磁機和發(fā)電機轉子轉動所感應的電頻率。
9.根據(jù)權利要求7所述的直線同步發(fā)電機，還包括所連接的與勵磁機和定子轉子共同旋轉的一冗余轉子，以及具有冗余轉子旋轉安裝在其內(nèi)部的冗余定子，所述冗余定子具有一對磁極，每個磁極具有適宜反向連接到所述勵磁機定子和發(fā)電機定子其中之一的繞組。
全文摘要
一種具有勵磁機和發(fā)電機級的直線同步發(fā)電機。勵磁機級包括勵磁機定子(28)和勵磁機轉子(32),發(fā)電機級(26)包括發(fā)電機定子(38)和發(fā)電機轉子(34)。在一個實施例中,定子繞有連接到交流電源的主繞組,轉子繞有副繞組(圖2)。在另一實施例中,轉子繞有連接到直流電源的主繞組,定于繞有副繞組(圖3)。通過將勵磁機級和發(fā)電機級的主繞組連接到交流電源,將勵磁機級的副繞組連接到發(fā)電機級的副繞組,從而確定副繞組的正確相位角校準。剩下的開式繞組引線則受到測試,兩對具有等于線電壓兩倍的電壓,兩對具有等于線電壓
文檔編號H02K19/38GK1251696SQ98803828
公開日2000年4月26日 申請日期1998年2月6日 優(yōu)先權日1997年2月7日
發(fā)明者利奧·G·尼古拉茲 申請人:利奧·G·尼古拉茲(已故)財團