專利名稱：采用開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)同步電機(jī)無刷勵(lì)磁裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種采用開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)同步電機(jī)無刷勵(lì)磁裝置。
技術(shù)背景永磁同步電機(jī)由于其轉(zhuǎn)速高、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)，在各個(gè)領(lǐng)域都 得到了廣泛應(yīng)用，但是由于稀土永磁體的高矯頑力，使得永磁發(fā)電機(jī)的磁場難以調(diào)節(jié)，可控 性差，而且成本較高。相比之下，勵(lì)磁電機(jī)通過勵(lì)磁電流建立可以靈活控制和調(diào)節(jié)勵(lì)磁磁 場，而且成本較低，所以勵(lì)磁電機(jī)正在逐步取代永磁電機(jī)。目前的有刷勵(lì)磁電機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn) 是電機(jī)與勵(lì)磁系統(tǒng)界限明顯，相對(duì)獨(dú)立，直觀明了，而且轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流、勵(lì)磁電壓容易取得， 數(shù)值準(zhǔn)確，檢修方便。但是由于電刷的存在，增加了接觸電阻，隨著勵(lì)磁電流的增大，電刷和 滑環(huán)常常因接觸不良導(dǎo)致發(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生環(huán)火而燒壞刷架和滑環(huán)，并且電刷的質(zhì)量也 直接影響到運(yùn)行穩(wěn)定性，因而故障率較高。另外電刷在磨損時(shí)產(chǎn)生的碳粉給環(huán)境衛(wèi)生造成 一定的影響，而且容易污染軸承座，降低其絕緣，給安全運(yùn)行帶來隱患。由于電刷存在磨損， 運(yùn)行人員要經(jīng)常巡視，更換電刷。同時(shí)，電刷在工作過程中經(jīng)常引起較強(qiáng)的高頻電磁干擾， 惡化電機(jī)系統(tǒng)的電磁環(huán)境，給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)帶來嚴(yán)重的電磁干擾。公開號(hào)為CN2309013Y的同步發(fā)電機(jī)無刷勵(lì)磁裝置，與同步發(fā)電機(jī)同軸裝有直流 勵(lì)磁機(jī)，直流勵(lì)磁機(jī)有兩個(gè)定子，且兩個(gè)定子的磁極錯(cuò)開布置，每個(gè)定子的磁極個(gè)數(shù)與發(fā)電 機(jī)轉(zhuǎn)子的磁極個(gè)數(shù)相同，每個(gè)定子的各磁極線圈分別串聯(lián)，并分別通以大小相同相位相差 90°的交流電來實(shí)現(xiàn)無刷勵(lì)磁。但是該裝置為了實(shí)現(xiàn)起勵(lì)、強(qiáng)勵(lì)、滅磁和測量的功能，仍然 需要滑環(huán)和電刷，并沒有實(shí)現(xiàn)真正意義的無刷勵(lì)磁。公開號(hào)為CN86100740A的晶體管開關(guān)自動(dòng)勵(lì)磁裝置，采用大功率晶體管開關(guān)電 源，通過測量電壓控制晶體管開關(guān)導(dǎo)通比的方式調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流。這種自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器只是 利用開關(guān)技術(shù)關(guān)注勵(lì)磁磁場的建立與調(diào)節(jié)，并沒有實(shí)現(xiàn)無刷。公開號(hào)CN1329393A的同步發(fā)電機(jī)開關(guān)電源勵(lì)磁系統(tǒng)，采用超大功率開關(guān)電源取 代交流勵(lì)磁機(jī)、附勵(lì)磁機(jī)和可控硅整流電路，使得發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流與電網(wǎng)電壓、發(fā)電機(jī)輸 出電壓完全無關(guān)。該系統(tǒng)雖然將開關(guān)電源應(yīng)用到勵(lì)磁系統(tǒng)，但是只是取代了勵(lì)磁機(jī)，并沒有 取代電刷和滑環(huán)。以上專利都存在一個(gè)共同點(diǎn)，就是沒有真正的取消電刷和滑環(huán)，同時(shí)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。 發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種采用開關(guān)電源取代有刷勵(lì)磁系統(tǒng)的電刷和滑環(huán)裝 置的無刷勵(lì)磁系統(tǒng)，使得電機(jī)既具有永磁同步電機(jī)效率高的優(yōu)點(diǎn)，又具有磁通可調(diào)的特點(diǎn)。上述的目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)采用開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)同步電機(jī)無刷勵(lì)磁裝置，其組成包括同步電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子， 所述的定子里面安裝控制器，所述的控制器連接逆變器，所述的逆變器連接磁罐變壓器，所 述的磁罐變壓器連接整流器，所述的整流器連接勵(lì)磁繞組，所述的勵(lì)磁繞組繞置于所述的轉(zhuǎn)子的鐵心中。所述的采用開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)同步電機(jī)無刷勵(lì)磁裝置，所述的磁罐變壓器包括安裝在 所述的定子上的初級(jí)線圈，所述的初級(jí)線圈通過氣隙耦合次級(jí)線圈，所述的次級(jí)線圈安裝 在所述的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸上。所述的采用開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)同步電機(jī)無刷勵(lì)磁裝置，所述的氣隙在0.4-0. 6mm之 間。有益效果1.本實(shí)用新型利用磁罐變壓器可以取代勵(lì)磁系統(tǒng)的集電環(huán)和電刷，實(shí)現(xiàn)了無刷勵(lì) 磁，結(jié)構(gòu)簡單，解決了多年來一直想解決的問題。2、通過調(diào)節(jié)開關(guān)電源的開關(guān)管來調(diào)壓，達(dá)到調(diào)節(jié)磁通的目的。3、電勵(lì)磁部分損耗小，具有永磁發(fā)電機(jī)高效率的特點(diǎn)。

附圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2是本實(shí)用新型的主視圖。附圖3是附圖2的A-A剖面圖。附圖4是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖。附圖5是全橋整流開關(guān)電源工作原理圖。附圖6是全波整流開關(guān)電源工作原理圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1 采用開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)同步電機(jī)無刷勵(lì)磁裝置，其組成包括同步電機(jī)的定子1和轉(zhuǎn) 子2，所述的定子里面安裝控制器3，所述的控制器連接逆變器4，所述的逆變器連接磁罐變 壓器，所述的磁罐變壓器連接整流器5，所述的整流器連接勵(lì)磁繞組6，所述的勵(lì)磁繞組繞 置于所述的轉(zhuǎn)子的鐵心。所述的采用開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)同步電機(jī)無刷勵(lì)磁裝置，所述的磁罐變壓器包括安裝在 所述的定子上的初級(jí)線圈7，所述的初級(jí)線圈通過氣隙耦合次級(jí)線圈8，所述的次級(jí)線圈安 裝在所述的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸9上。所述的采用開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)同步電機(jī)無刷勵(lì)磁裝置，所述的氣隙在0. 4-0. 6mm之 間。實(shí)施例2 如附圖1-3所示，磁罐變壓器的次級(jí)鐵心10和整流器與電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵心和勵(lì)磁繞組 同軸排列。開關(guān)電源的另一部分安裝在同步電機(jī)定子上，控制器和逆變器放置在定子殼體 空腔內(nèi)，共用直流母線排列于定子殼體內(nèi)表面，而磁罐變壓器初級(jí)鐵心11固定在電機(jī)定子 端部，并與磁罐變壓器的次級(jí)鐵心相對(duì)，初、次級(jí)鐵心之間間隙0. 5mm左右。磁罐變壓器的 次級(jí)線圈纏繞在次級(jí)鐵心里面，初級(jí)線圈纏繞在初級(jí)鐵心里面。如附圖4所示，控制器在直流母線電壓供電下完成對(duì)逆變器的控制，輸出4路PWM 信號(hào)控制逆變器的4路開關(guān)管，實(shí)現(xiàn)直流信號(hào)變交流信號(hào)的逆變過程，將交流信號(hào)供給磁罐變壓器的初級(jí)繞組，初級(jí)繞組在交流信號(hào)作用下產(chǎn)生交變磁場，通過氣隙耦合到次級(jí)繞 組產(chǎn)生交變的勵(lì)磁電流，經(jīng)整流器整流后供給轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組從而產(chǎn)生電機(jī)的勵(lì)磁磁場。虛 線框內(nèi)所有器件為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分。 圖5和圖6具體說明了開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)無刷勵(lì)磁的過程，開關(guān)電源采用隔離式全橋 DC-DC變換器。圖5的4個(gè)開關(guān)晶體管VI，開關(guān)晶體管V2，開關(guān)晶體管V3，開關(guān)晶體管V4組 成全橋開關(guān)逆變電路，高頻PWM脈沖信號(hào)輪流控制開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷，一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)， 第一半周期開關(guān)晶體管VI，開關(guān)晶體管V4導(dǎo)通，開關(guān)晶體管V2，開關(guān)晶體管V3關(guān)斷；第二 半周期開關(guān)晶體管V2，開關(guān)晶體管V3導(dǎo)通，開關(guān)晶體管VI，開關(guān)晶體管V4關(guān)斷。于是直流 輸入電壓VCC變換為高頻交流方波電壓，實(shí)現(xiàn)DC-AC變換，而交流方波電壓的頻率由PWM頻 率決定。交流方波電壓經(jīng)高頻變壓器升降壓，再經(jīng)整流和LC濾波電路，得到直流輸出電壓， 實(shí)現(xiàn)AC-DC變換，負(fù)責(zé)給電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組供電。其中的整流部分可以采用不帶抽頭變壓 器進(jìn)行單相全橋整流，如圖5所示。也可以采用中間帶抽頭變壓器進(jìn)行單相全波整流，如圖 6所示。
權(quán)利要求1.一種采用開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)同步電機(jī)無刷勵(lì)磁裝置，其組成包括同步電機(jī)的定子和轉(zhuǎn) 子，其特征是所述的定子里面安裝控制器，所述的控制器連接逆變器，所述的逆變器連接 磁罐變壓器，所述的磁罐變壓器連接整流器，所述的整流器連接勵(lì)磁繞組，所述的勵(lì)磁繞組 繞置于所述的轉(zhuǎn)子的鐵心中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)同步電機(jī)無刷勵(lì)磁裝置，其特征是所述 的磁罐變壓器包括安裝在所述的定子上的初級(jí)線圈，所述的初級(jí)線圈通過氣隙耦合次級(jí)線 圈，所述的次級(jí)線圈安裝在所述的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的采用開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)同步電機(jī)無刷勵(lì)磁裝置，其特征是所述 的氣隙在0. 4-0. 6mm之間。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種采用開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)同步電機(jī)無刷勵(lì)磁裝置。同步電機(jī)由于電刷存在磨損，運(yùn)行人員要經(jīng)常巡視，更換電刷。同時(shí)，電刷在工作過程中經(jīng)常引起較強(qiáng)的高頻電磁干擾，惡化電機(jī)系統(tǒng)的電磁環(huán)境，給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)帶來嚴(yán)重的電磁干擾。本實(shí)用新型的組成包括同步電機(jī)的定子(1)和轉(zhuǎn)子(2)，所述的定子里面安裝控制器(3)，所述的控制器連接逆變器(4)，所述的逆變器連接磁罐變壓器，所述的磁罐變壓器連接整流器(5)，所述的整流器連接勵(lì)磁繞組(6)，所述的勵(lì)磁繞組繞置于所述的轉(zhuǎn)子的鐵心。本實(shí)用新型用于同步電機(jī)。
文檔編號(hào)H02P9/14GK201781392SQ20102028769
公開日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2010年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月11日
發(fā)明者劉金鳳, 王旭東 申請(qǐng)人:哈爾濱理工大學(xué)