專利名稱：多相整流/三相輔助勵(lì)磁控制的高速感應(yīng)發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種m相整流/三相輔助勵(lì)磁控制的高速感應(yīng)發(fā)電機(jī)，其中m＝3、6、9、12、15……。
背景技術(shù)：
在船舶、飛機(jī)、車輛、石油鉆井平臺(tái)等獨(dú)立系統(tǒng)中，電能的需求越來越多，其供電系統(tǒng)體積、重量隨著容量的增加亦越來越大，所以，必須提高發(fā)供電系統(tǒng)的功率密度和效率，降低其體積、重量。
提高發(fā)供電系統(tǒng)功率密度的一個(gè)有效途徑是提高發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。傳統(tǒng)的直流發(fā)電機(jī)換向火花問題限制了轉(zhuǎn)速和容量的增大；普通同步發(fā)電機(jī)的額定頻率多為50Hz，其轉(zhuǎn)速最高為3000轉(zhuǎn)/分。如本申請人發(fā)明的三相交流與多相整流同時(shí)供電的同步發(fā)電機(jī)(專利號ZL94107628.8)，轉(zhuǎn)速就受到了交流供電頻率的限制；帶電力電子變流裝置的無刷交流同步發(fā)電機(jī)，如本申請人專利帶有轉(zhuǎn)子交軸穩(wěn)定繞組的同步發(fā)電機(jī)(專利號ZL94206766.5)雖不受頻率限制，可提高轉(zhuǎn)速，增加功率密度，但由于其勵(lì)磁發(fā)電機(jī)及旋轉(zhuǎn)整流器等部件，使得轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，也受到了機(jī)械強(qiáng)度的限制，轉(zhuǎn)速難于大幅度提高。感應(yīng)發(fā)電機(jī)(也叫異步發(fā)電機(jī))轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單，機(jī)械強(qiáng)度高，可在高速下運(yùn)行，功率密度比同容量的同步發(fā)電機(jī)和直流發(fā)電機(jī)都大得多。但傳統(tǒng)的感應(yīng)發(fā)電機(jī)與大電網(wǎng)并聯(lián)時(shí)，可以不需勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置，由于其功率因數(shù)很低，因而效率也低；獨(dú)立系統(tǒng)中的感應(yīng)發(fā)電機(jī)只能采用并聯(lián)電容器來實(shí)現(xiàn)負(fù)載變化時(shí)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)穩(wěn)壓功能，其勵(lì)磁系統(tǒng)體積大且控制復(fù)雜，由于電容器不能連續(xù)調(diào)節(jié)，穩(wěn)壓控制效果差。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，在制約獨(dú)立系統(tǒng)中感應(yīng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制這一瓶頸問題上，可以采用電力電子技術(shù)來解決(1)在發(fā)電機(jī)輸出端并接無源LC裝置，加以適當(dāng)?shù)目刂剖蛊涞刃橐豢勺冸娙?，從而根?jù)負(fù)載變化提供可變的超前無功電流，產(chǎn)生勵(lì)磁磁勢以補(bǔ)償負(fù)載電流引起的電壓變化，保持輸出端電壓恒定，但控制系統(tǒng)所需電感的體積和重量過于龐大，限制了感應(yīng)發(fā)電機(jī)的容量；(2)在發(fā)電機(jī)輸出端并接具有逆變裝置提供可變的無功功率來補(bǔ)償負(fù)載變化所需的勵(lì)磁功率，可以達(dá)到穩(wěn)定端電壓的作用，但由于一般感應(yīng)發(fā)電機(jī)功率因數(shù)低，所需逆變裝置容量較大，決定了僅適用于中小功率的感應(yīng)發(fā)電機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種m相整流/三相輔助勵(lì)磁控制的高速感應(yīng)發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)方式，其中m＝3、6、9、12、15……。該發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與軸采用高強(qiáng)度合金鋼整體鍛造實(shí)心轉(zhuǎn)子，并嵌放鼠籠導(dǎo)條構(gòu)成復(fù)合轉(zhuǎn)子，定子具有兩套繞組，一套m相功率繞組并接m相自勵(lì)電容器，經(jīng)m相整流裝置給直流負(fù)載供電，另一套三相輔助繞組外接靜止逆變勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，用來調(diào)節(jié)因負(fù)載和轉(zhuǎn)速變化時(shí)的勵(lì)磁磁勢，保持整流輸出電壓不變。兩套繞組相互絕緣，沒有電路連接，僅有磁場耦合。該感應(yīng)發(fā)電機(jī)具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)可以直接與高速原動(dòng)機(jī)配套，顯著提高發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，降低其體積、重量；(2)功率密度高、機(jī)械強(qiáng)度好、結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)性好；(3)帶整流負(fù)載時(shí)功率因素高，電磁兼容性好，克服了普通感應(yīng)發(fā)電機(jī)功率因素低，效率不高的缺陷；(4)解決了傳統(tǒng)感應(yīng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制復(fù)雜的難題，實(shí)現(xiàn)了發(fā)電機(jī)輸出電壓穩(wěn)定和連續(xù)調(diào)節(jié)。
本申請所述的感應(yīng)發(fā)電機(jī)供電系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是a發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子采用整體高強(qiáng)度合金鋼鍛造成實(shí)心結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子鐵心表面沿圓周方向均勻開槽，嵌放導(dǎo)條，與兩端板焊接后，形成復(fù)合式轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子鐵心表面沿軸向均勻開有環(huán)形窄溝，以減小鐵心表面渦流損耗，該發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，適合高速運(yùn)行；b定子同一組槽內(nèi)，嵌有一套對稱三相輔助勵(lì)磁繞組和一套由m/3個(gè)對稱的三相繞組構(gòu)成的不對稱m相整流繞組，m/3個(gè)星形連接的三相繞組依次位移180°/m電角度，其中m＝3、6、9、12、15……；c三相輔助勵(lì)磁繞組的軸線與m相整流繞組的軸線相位移為α電角度，0≤α≤180°/m，三相輔助勵(lì)磁繞組也采用星形連接；d根據(jù)兩套繞組耦合強(qiáng)弱的不同要求，m相整流繞組可以采用和三相輔助勵(lì)磁繞組相同或者不同的繞組結(jié)構(gòu)形式，使繞組短距和分布系數(shù)一致或者不一致；e m相整流繞組每個(gè)Y繞組并聯(lián)三相Y接法或Δ接法起勵(lì)電容，連接到對應(yīng)三相整流橋輸入端；f根據(jù)不同的直流負(fù)載電壓、電流，m/3個(gè)三相整流橋在直流側(cè)可以并聯(lián)輸出，也可以串聯(lián)輸出，在m/6＝整數(shù)且大于1時(shí)，還可以串并聯(lián)混合接法輸出；g m/3個(gè)三相整流橋直流側(cè)并聯(lián)或串并聯(lián)混合接法輸出時(shí)，每兩個(gè)三相整流橋直流側(cè)可以接有相間均衡電抗器IPR，以改善交流電流波形，提高功率因數(shù)；h該發(fā)電機(jī)三相輔助勵(lì)磁繞組外接勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器由逆變/整流雙向變流裝置構(gòu)成，采用數(shù)字定向控制技術(shù)，自動(dòng)跟隨定子繞組電壓頻率、相位來調(diào)節(jié)其輔助勵(lì)磁繞組電流，能保持變流器直流側(cè)電容電壓不變，維持m相整流輸出電壓恒定不變；i變流裝置直流輸入側(cè)僅采用電容器，無外接直流電源。
上述技術(shù)實(shí)現(xiàn)了m相整流/三相輔助勵(lì)磁控制的高速感應(yīng)發(fā)電機(jī)的高功率密度、高效率和優(yōu)良的供電品質(zhì)。
本發(fā)明的目的是以如下方式來實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的m相整流/三相輔助勵(lì)磁控制的高速感應(yīng)發(fā)電機(jī)，其中m＝3、6、9、12、15……。轉(zhuǎn)子鐵心與軸采用高強(qiáng)度合金鋼整體鍛造，轉(zhuǎn)子表面沿圓周方向均勻加工有Z2個(gè)槽，內(nèi)部嵌放導(dǎo)條，鐵心兩端套有與轉(zhuǎn)子鐵心截面相同的銅板，梯形導(dǎo)條與端部銅板焊接后，形成鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組，與導(dǎo)電且導(dǎo)磁的整體合金鋼轉(zhuǎn)子共同構(gòu)成復(fù)合式轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子鐵心表面沿軸向均勻開有環(huán)形窄溝，以減少轉(zhuǎn)子渦流損耗。該感應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子具有很高的機(jī)械強(qiáng)度，可以適應(yīng)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的要求，從而顯著提高發(fā)電機(jī)的功率密度。轉(zhuǎn)子也可以采用帶環(huán)形窄溝的全實(shí)心轉(zhuǎn)子或者外表加有綁扎帶或高強(qiáng)度材料護(hù)環(huán)加固的疊片式鼠籠轉(zhuǎn)子；在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速不是很高時(shí)，轉(zhuǎn)子可以直接采用普通硅鋼片疊片鐵心和鼠籠繞組結(jié)構(gòu)。
該發(fā)電機(jī)定子槽內(nèi)嵌放兩套相互絕緣的定子繞組，一套m相功率繞組，采用m/3個(gè)Y互移π/m電角度接法，與m/3個(gè)Y接法或者Δ接法的三相電容器組成的m相自勵(lì)電容并聯(lián)后，經(jīng)m/3個(gè)三相整流橋組成的m相整流裝置向直流負(fù)載供電。m/3個(gè)三相整流橋可以在直流側(cè)并聯(lián)接法或者串聯(lián)接法輸出，在m/6＝2、3、4……時(shí)，還可以串并聯(lián)混合接法輸出，以得到不同的整流輸出電壓，而各種連接方式都具有2m次脈波整流輸出波形。m/3個(gè)三相整流橋直流側(cè)并聯(lián)或串并聯(lián)混合接法輸出時(shí)，每兩個(gè)并聯(lián)接法的三相整流橋直流側(cè)可以直接并聯(lián)，還可以接有均衡電抗器IPR，以改善交流電流波形，提高功率因數(shù)。另一套為三相輔助勵(lì)磁控制繞組，與m相整流繞組具有同樣的磁極對數(shù)，外接三相靜止勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器由逆變/整流雙向變流裝置構(gòu)成，采用數(shù)字定向控制技術(shù)，自動(dòng)跟隨定子繞組電壓頻率、相位來調(diào)節(jié)其輔助勵(lì)磁繞組電流，能保持變流器直流側(cè)電容電壓不變，維持m相整流輸出電壓恒定不變。
當(dāng)原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)感應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子到達(dá)額定轉(zhuǎn)速空載運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子剩磁在m相功率繞組產(chǎn)生剩磁電勢，該電勢作用在m相自勵(lì)電容上，產(chǎn)生超前電勢90°電角度的容性電流，該電流流經(jīng)m相繞組，產(chǎn)生與剩磁同方向的電樞反應(yīng)磁勢，從而增強(qiáng)氣隙磁場，使m相繞組電勢進(jìn)一步增大，直至建立穩(wěn)定電壓。當(dāng)m相繞組整流輸出直流功率時(shí)，該繞組電流去磁電樞反應(yīng)及換向電抗壓降和內(nèi)阻抗壓降等會(huì)使整流輸出電壓下降。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器采用m相整流輸出電壓反饋，利用數(shù)字定向控制技術(shù)，調(diào)節(jié)變流器輸出的輔助勵(lì)磁繞組電流，從而穩(wěn)定m相整流輸出電壓不變。該發(fā)電機(jī)與一般感應(yīng)發(fā)電機(jī)相似，在發(fā)電機(jī)狀態(tài)運(yùn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n＝(1-s)n1(s＜0)高于同步轉(zhuǎn)速n1＝60f1/p。在轉(zhuǎn)速發(fā)生波動(dòng)時(shí)，勵(lì)磁系統(tǒng)能自動(dòng)跟蹤改變?nèi)噍o助勵(lì)磁繞組電流大小及頻率，保持發(fā)電機(jī)m相整流輸出電壓不變。


圖1是m相整流/三相勵(lì)磁高速感應(yīng)發(fā)電機(jī)原理2是十二相整流/三相輔助勵(lì)磁高速感應(yīng)發(fā)電機(jī)原理3.a是四個(gè)三相整流橋及均衡電抗器的并聯(lián)接法圖3.b是四個(gè)三相整流橋及均衡電抗器的串并聯(lián)混合接法圖3.c是四個(gè)三相整流橋的串聯(lián)接法圖4是級聯(lián)方式三電平雙向脈寬調(diào)制輔助勵(lì)磁裝置主電路原理5是輔助勵(lì)磁裝置控制策略示意6.a是轉(zhuǎn)子鐵心側(cè)面剖視6.b是轉(zhuǎn)子鐵心軸向截面7是定子十二相繞組展開8是定子輔助勵(lì)磁控制繞組展開中Y1、Y2、……Ym/3為m相功率繞組中的m/3個(gè)依次位移π/m電角度的三相對稱繞組，1為Y接法的三相輔助勵(lì)磁控制繞組，2為復(fù)合轉(zhuǎn)子等效繞組，3為三相輔助勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置主電路，C為m相自勵(lì)電容，C1為三相勵(lì)磁變流裝置主電路直流側(cè)電容，BG1、BG2、BG3、BG4為三相整流裝置，4為均衡電抗器組電路，5、6、7、8、9、10為級聯(lián)式雙向脈寬調(diào)制變流主電路功率單元，11為轉(zhuǎn)軸，12為轉(zhuǎn)子鐵心，轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)子鐵心為整體鍛造，13為轉(zhuǎn)子導(dǎo)條，14為轉(zhuǎn)子表面軸向環(huán)形溝，15為轉(zhuǎn)子端環(huán)。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的敘述。
圖2是十二相整流/三相輔助勵(lì)磁高速感應(yīng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)原理圖，電機(jī)工作在發(fā)電機(jī)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速n＝(1-s)n1＞n1＝60f1/p，轉(zhuǎn)差率s＜0，n1為同步轉(zhuǎn)速。其中十二相功率繞組中，Y1、Y2、Y3、Y4各三相繞組互移15°電角，每個(gè)三相繞組并聯(lián)一個(gè)三相Y接法或者△接法自勵(lì)電容器C，接到三相不可控或者可控整流橋。十二相整流裝置中4個(gè)三相整流橋BG1、BG2、BG3、BG4直流側(cè)可以采用直接并聯(lián)接法，即圖2和圖3.a中將均衡電抗器IPR直接用導(dǎo)線短接的接法；也可以如圖2和圖3.a所示，每兩個(gè)三相整流橋經(jīng)過一個(gè)IPR并聯(lián)后再并聯(lián)，以改變整流元件電流的換相過程，改善十二相交流電流的波形，提高感應(yīng)發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)。均衡電抗器IPR的接法以互移30°電角的Y1、Y3兩個(gè)整流橋接一個(gè)IPR，Y2、Y4兩個(gè)整流橋接一個(gè)IPR為最佳。4個(gè)三相整流橋可以通過均衡電抗器串并聯(lián)混合接法，如圖3.b所示；也可以不要均衡電抗器直接將兩個(gè)三相整流橋直流側(cè)并聯(lián)。串并聯(lián)接法與并聯(lián)接法相比，輸出電壓提高了一倍，輸出電流減小為后者的二分之一。4個(gè)三相整流橋的串聯(lián)接法如圖3.c所示，其整流輸出電壓為圖3.a的四倍，輸出電流為圖3.a的四分之一。
當(dāng)感應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到工作轉(zhuǎn)速時(shí)，由轉(zhuǎn)子剩磁產(chǎn)生的十二相繞組感應(yīng)電勢，作用在電容器C上，產(chǎn)生超前電勢90°電角的電流，該電流在十二相繞組產(chǎn)生電樞強(qiáng)磁磁勢，形成自勵(lì)，建立空載電壓。電容C除建立電壓的作用外，還可改變整流元件電流換相過程，改善十二相交流電流波形，提高功率因數(shù)和效率。三相輔助勵(lì)磁控制繞組接到一個(gè)雙向變流器的三相交流側(cè)，變流裝置直流側(cè)并接一定容量的可充放電的儲(chǔ)能元件電容C1，不設(shè)置直流供電電源。變流器采用十二相整流電壓信號反饋，利用DSP技術(shù)實(shí)現(xiàn)定子Y繞組電壓的定向控制，自動(dòng)跟蹤定子輔助勵(lì)磁繞組電壓頻率和相位，保持變流裝置直流側(cè)電容C1電壓不變，同時(shí)向Y繞組輸出所需的電流，維持十二相整流輸出電壓基本不變，也可以調(diào)節(jié)多機(jī)并聯(lián)供電系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)十二相整流輸出功率。勵(lì)磁用變流裝置原理電路與一般變流裝置不同，理論上交流輸出為純無功電流，考慮到功率器件損耗及勵(lì)磁繞組損耗的影響，變流裝置適時(shí)地處于整流工作狀態(tài)，提供必要的有功功率，以維持電容器C1電壓基本不變。
本申請實(shí)施例中輔助勵(lì)磁裝置采用級聯(lián)方式雙向脈寬調(diào)制PWM變流電路。附圖4為輔助勵(lì)磁裝置主電路原理圖，這種方式降低了單個(gè)功率器件耐壓等級，以較低的開關(guān)頻率實(shí)現(xiàn)等效較高開關(guān)頻率的多電平輸出，降低了發(fā)電機(jī)輔助勵(lì)磁電流諧波分量，減少了諧波損耗。
本申請?jiān)谒⒌膍相整流/三相輔助勵(lì)磁控制的高速感應(yīng)發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)模型的基礎(chǔ)上，提出了附圖5所示的勵(lì)磁裝置控制策略。其控制策略敘述如下以定子輔助勵(lì)磁繞組電壓定向?yàn)楹诵?，采集該三相繞組電壓Usabc，經(jīng)過DSP運(yùn)算產(chǎn)生基波單位正、余弦信號，從而保持其勵(lì)磁電流頻率與十二相整流繞組電壓的頻率一致；采用十二相整流輸出電壓反饋信號udc與基準(zhǔn)電壓u*dc比較后，再經(jīng)PI調(diào)節(jié)器A運(yùn)算，得到無功電流指令幅值；采用各功率單元直流側(cè)電容電壓反饋信號ucl與基準(zhǔn)電壓u*cl比較后，再經(jīng)PI調(diào)節(jié)器B運(yùn)算，得到電容充放電有功電流指令幅值；有功電流及無功電流指令幅值分別與單位正弦、余弦信號相乘運(yùn)算，然后再疊加合成并經(jīng)調(diào)節(jié)器C運(yùn)算得到三相電流基準(zhǔn)信號i*sabc，與變流裝置輸出電流信號isabc比較后，控制PWM主電路輸出的有功電流及無功電流指令瞬時(shí)信號。其中有功電流用于功率單元直流側(cè)電容ucl的充放電，補(bǔ)償主電路損耗及諧波、不對稱等引起的電容電壓波動(dòng)，維持ucl恒定；無功電流信號控制變流裝置輸出的附加勵(lì)磁繞組電流的幅值，補(bǔ)償轉(zhuǎn)速變化或負(fù)載電流變化引起的輸出電壓的變化，保持輸出電壓不變。上述控制策略對多繞組感應(yīng)發(fā)電機(jī)的參數(shù)沒有直接依賴性，可以在轉(zhuǎn)速和負(fù)載變化的條件下，維持感應(yīng)發(fā)電機(jī)整流輸出電壓不變；也可以調(diào)節(jié)該發(fā)電機(jī)輸出電壓，或者在多機(jī)并聯(lián)供電系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)單臺(tái)感應(yīng)發(fā)電機(jī)的輸出功率。
圖6.a為鐵心軸向截面圖，圖6.b為轉(zhuǎn)子鐵心側(cè)面剖視圖。轉(zhuǎn)子軸與鐵心采用高強(qiáng)度合金鋼整體鍛造，轉(zhuǎn)子圓周方向均勻開有Z2個(gè)槽，槽內(nèi)嵌放與槽形相同的銅導(dǎo)條，不需另加槽楔，導(dǎo)條與鐵心兩側(cè)金屬環(huán)焊接，構(gòu)成鼠籠繞組，與導(dǎo)磁且導(dǎo)電的實(shí)心轉(zhuǎn)子形成復(fù)合轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子鐵心表面沿軸向等間隔開有環(huán)形窄溝，以減少轉(zhuǎn)子表面鐵心內(nèi)渦流損耗；環(huán)形溝深度和寬度根據(jù)轉(zhuǎn)子表面主要次諧波電流透入深度確定。
附圖7為定子十二相繞組展開圖，4個(gè)Y繞組對應(yīng)空間相互移電角度為15°，經(jīng)十二相整流橋輸出24次脈波的整流電壓，其脈動(dòng)系數(shù)可達(dá)1％以內(nèi)。附圖8為定子輔助勵(lì)磁控制繞組展開圖，輔助勵(lì)磁繞組與十二相整流繞組嵌放在同一組定子槽內(nèi)，可以將十二相繞組放在槽的下部，勵(lì)磁繞組放在槽上部，也可反過來放置。感應(yīng)發(fā)電機(jī)整流繞組采用4Y互移15°繞組，其電樞基波電流磁場諧波最低為24±1次，因此，大大減小了感應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子表面的諧波損耗。
本實(shí)施例的描述主要針對的是十二相整流/三相輔助勵(lì)磁高速感應(yīng)發(fā)電機(jī)，但是由于m＝3、6、9、12、15……等m相整流/三相輔助勵(lì)磁感應(yīng)發(fā)電機(jī)原理與十二相整流/三相輔助勵(lì)磁高速感應(yīng)發(fā)電機(jī)基本相同，因而m＝3、6、9、12、15……等m相整流/三相輔助勵(lì)磁感應(yīng)發(fā)電機(jī)盡在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1一種m相整流/三相輔助勵(lì)磁控制的高速感應(yīng)發(fā)電機(jī)，其中m＝3、6、9、12、15......，其特征是a.轉(zhuǎn)子鐵心與軸采用高強(qiáng)度合金鋼整體鍛造，轉(zhuǎn)子表面沿圓周方向均勻加工有嵌放導(dǎo)條的槽，導(dǎo)條與端部金屬板焊接后構(gòu)成鼠籠繞組，轉(zhuǎn)子表面沿軸向等距離加工有環(huán)形窄溝，以減少轉(zhuǎn)子鐵心表面的渦流損耗，鼠籠繞組與實(shí)心轉(zhuǎn)子組成高強(qiáng)度復(fù)合轉(zhuǎn)子；b.定子同一組槽內(nèi)，嵌放兩套磁極對數(shù)相同、相互絕緣的定子繞組，一套是由m/3個(gè)依次互移π/m電角度的對稱三相Y接法繞組構(gòu)成的不對稱m相繞組，另一套是Y接法的三相輔助勵(lì)磁控制繞組；c.m相繞組中每個(gè)Y接法的三相繞組都并聯(lián)一個(gè)建立空載電壓用的三相Y接法或者Δ接法的電容器，經(jīng)m相不可控整流裝置向直流負(fù)載供電；d.三相輔助勵(lì)磁繞組外接一套工作在逆變/整流兩種模式的三相電力電子變流裝置，該變流裝置按照在感應(yīng)發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)模型基礎(chǔ)上建立的勵(lì)磁控制策略，采用數(shù)字控制技術(shù)，自動(dòng)跟蹤定子輔助勵(lì)磁控制繞組電壓的頻率、相位，調(diào)節(jié)該繞組的電流，維持m相整流輸出電壓不變。
2如權(quán)利要求1所述的m相整流/三相輔助勵(lì)磁控制的高速感應(yīng)發(fā)電機(jī)，其特征是輔助勵(lì)磁裝置采用三相整流/逆變雙向變流裝置供電，該變流裝置直流側(cè)并接有可以充放電的電容，不設(shè)置直流電源；按照在該類多繞組感應(yīng)發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)模型基礎(chǔ)上制定的勵(lì)磁控制策略，采用數(shù)字定向控制技術(shù)，自動(dòng)跟隨定子繞組電壓的頻率、相位，調(diào)節(jié)輔助勵(lì)磁繞組的電流，保持變流裝置直流側(cè)并接電容器的電壓不變，維持m相整流輸出電壓穩(wěn)定不變，或者在多機(jī)并聯(lián)供電系統(tǒng)中調(diào)節(jié)整流輸出電壓，改變單臺(tái)發(fā)電機(jī)的輸出功率。
3如權(quán)利要求1或2所述的m相整流/三相輔助勵(lì)磁控制的高速感應(yīng)發(fā)電機(jī)，其特征是m相不可控整流裝置中，根據(jù)不同的負(fù)載電壓、電流，m/3個(gè)三相整流橋直流側(cè)可以并聯(lián)或者串聯(lián)，在m/6為整數(shù)且大于或者等于2時(shí)，還可以串并聯(lián)混合接法。
4如權(quán)利要求1或2或3所述的m相整流/三相輔助勵(lì)磁控制的高速感應(yīng)發(fā)電機(jī)，其特征是m相不可控整流裝置中，每兩個(gè)互相位移30°電角的三相繞組所接三相整流橋直流側(cè)接入相間均衡電抗器，再進(jìn)行并聯(lián)或串并聯(lián)輸出，以減小功率繞組電流諧波分量，提高發(fā)電機(jī)功率因數(shù)和效率。
5如權(quán)利要求1至4中之一所述的m相整流/三相輔助勵(lì)磁控制的高速感應(yīng)發(fā)電機(jī)，其特征是為減小輔助勵(lì)磁控制繞組諧波電流、電壓，三相整流/逆變雙向變流裝置采用級聯(lián)式多電平脈寬調(diào)制PWM變流主電路，該變流裝置各功率單元直流側(cè)并接有可以充放電的電容，不設(shè)置直流電源；按照在該類多繞組感應(yīng)發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)模型基礎(chǔ)上制定的勵(lì)磁控制策略，采用數(shù)字定向控制技術(shù)，自動(dòng)跟隨定子繞組電壓的頻率、相位，調(diào)節(jié)輔助勵(lì)磁繞組的電流，保持各功率單元直流側(cè)并接電容器的電壓不變，維持m相整流輸出電壓穩(wěn)定不變，或者在多機(jī)并聯(lián)供電系統(tǒng)中調(diào)節(jié)整流輸出電壓，改變單臺(tái)發(fā)電機(jī)的輸出功率。
6如權(quán)利要求1至5中之一所述的m相整流/三相輔助勵(lì)磁控制的高速感應(yīng)發(fā)電機(jī)，其特征是不可控整流裝置由m相可控整流裝置代替，從而可以通過改變整流元件的導(dǎo)通角，大幅度地改變整流輸出電壓整定值。
7如權(quán)利要求1至6中之一所述的m相整流/三相輔助勵(lì)磁控制的高速感應(yīng)發(fā)電機(jī)，其特征是轉(zhuǎn)子采用帶環(huán)形窄溝的全實(shí)心轉(zhuǎn)子或者外表加有綁扎帶或高強(qiáng)度材料護(hù)環(huán)加固的普通疊片式鼠籠轉(zhuǎn)子，代替帶環(huán)形窄溝的轉(zhuǎn)子鐵心和鼠籠繞組構(gòu)成的復(fù)合轉(zhuǎn)子。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種m相整流/三相輔助勵(lì)磁控制的高速感應(yīng)發(fā)電機(jī)，其中m＝3、6、9、12、15……。該發(fā)電機(jī)采用帶有環(huán)形窄溝的實(shí)心鐵心式鼠籠繞組的復(fù)合轉(zhuǎn)子，或帶環(huán)形溝的全實(shí)心轉(zhuǎn)子，或帶護(hù)環(huán)或綁扎帶的疊片式鼠籠轉(zhuǎn)子；發(fā)電機(jī)定子槽內(nèi)嵌放兩套繞組，一套依次移π/m電角度的m/3個(gè)Y接法三相繞組組成的功率繞組，并接電容器，經(jīng)整流裝置輸出；整流裝置中m/3個(gè)三相整流橋直流側(cè)有并聯(lián)、串聯(lián)和串并聯(lián)混合接法三種方式；另一套三相輔助勵(lì)磁繞組，外接雙向變流裝置，其功率單元直流側(cè)接有電容，不設(shè)置電源；該裝置采用定向控制技術(shù)，跟隨定子繞組電壓的頻率、相位，調(diào)節(jié)輔助勵(lì)磁繞組的電流，維持變流裝置功率單元直流側(cè)電容電壓和m相整流輸出電壓為設(shè)定值。
文檔編號H02K17/02GK1731656SQ20041005558
公開日2006年2月8日 申請日期2004年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月6日
發(fā)明者馬偉明, 胡安, 劉德志, 張蓋凡, 王東, 肖飛, 趙治華, 張波濤, 付立軍 申請人:中國人民解放軍海軍工程大學(xué)