專利名稱:交流勵(lì)磁變速恒頻發(fā)電機(jī)的制作方法
本發(fā)明涉及一種發(fā)電裝置，特別涉及交流勵(lì)磁變速恒頻發(fā)電機(jī)。
變速恒頻發(fā)電機(jī)允許原動(dòng)機(jī)根據(jù)工況變化，自由選擇工作轉(zhuǎn)速，使原動(dòng)機(jī)始終接近或達(dá)到最佳工作狀態(tài)。對(duì)于諸如水輪機(jī)、風(fēng)動(dòng)機(jī)等利用流體能源的原動(dòng)機(jī)，尤為如此。1986年1月26日授權(quán)公告的中國(guó)專利CN-ZL85105662是浙江大學(xué)的“同步-異步變速恒頻發(fā)電機(jī)”發(fā)明專利，這是一種由電樞和磁極都旋轉(zhuǎn)的雙轉(zhuǎn)子同步電機(jī)和線繞轉(zhuǎn)子異步電機(jī)構(gòu)成的變速恒頻發(fā)電機(jī)。它必須制造雙動(dòng)轉(zhuǎn)子，機(jī)械結(jié)構(gòu)較之單轉(zhuǎn)子式復(fù)雜，且電樞輸出的電能必需經(jīng)電刷和導(dǎo)電環(huán)引出，使發(fā)電容量受到限制。
本發(fā)明旨在設(shè)計(jì)一種制造工藝簡(jiǎn)單，且制造容量不受特別限制的變速恒頻發(fā)電機(jī)。
本發(fā)明是由多相交流勵(lì)磁繞組的交流勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)、變頻勵(lì)磁裝置及頻率調(diào)節(jié)器構(gòu)成閉環(huán)自動(dòng)頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)。同步發(fā)電機(jī)由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。同步發(fā)電機(jī)的定子可以是電樞，也可以是磁場(chǎng)。當(dāng)定子是電樞時(shí)，轉(zhuǎn)子為旋轉(zhuǎn)電磁場(chǎng);當(dāng)定子是旋轉(zhuǎn)電磁場(chǎng)時(shí)，轉(zhuǎn)子為電樞。
常規(guī)發(fā)電機(jī)無(wú)一例外地采用直流電勵(lì)磁形成固定磁場(chǎng)，由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)旋轉(zhuǎn)，電樞內(nèi)產(chǎn)生感性電勢(shì)。在電機(jī)制成后，其磁極對(duì)數(shù)為常量，發(fā)電機(jī)頻率f僅決定于原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n原動(dòng)機(jī)，f＝F(n原動(dòng)機(jī))為一元函數(shù)。
本發(fā)明的主要特征在于引入多相交流勵(lì)磁，使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電磁場(chǎng)，而轉(zhuǎn)子又同時(shí)在原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)下做機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣，發(fā)電機(jī)頻率f不僅決定于原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n原動(dòng)機(jī)，還與旋轉(zhuǎn)電磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n電磁場(chǎng)有關(guān)，即f＝F(n電磁場(chǎng)，n原動(dòng)機(jī))是二元函數(shù)。
理論分析和實(shí)踐證明，將多相交流電引入多相繞組會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電磁場(chǎng)，該旋轉(zhuǎn)電磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n電磁場(chǎng)正比于供電頻率f供。n電磁場(chǎng)＝ (f供)/(P) ，其中P為磁極對(duì)數(shù)。通過(guò)改變供電頻率f供，可以改變旋轉(zhuǎn)電磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n電磁場(chǎng)。當(dāng)原動(dòng)機(jī)工況變化引起原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n原動(dòng)機(jī)隨機(jī)變化時(shí)，只要實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)n電磁場(chǎng)，以隨時(shí)抵消n原動(dòng)機(jī)的變化，就能維持發(fā)電機(jī)頻率f恒定。這就是本發(fā)明所依據(jù)的恒頻發(fā)電原理。根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)疊加原理，運(yùn)行中磁場(chǎng)相對(duì)于電樞的實(shí)際轉(zhuǎn)速 ()/(n) 與電磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速 ()/(n)電磁場(chǎng)和機(jī)械轉(zhuǎn)速 ()/(n)原動(dòng)機(jī)之間有如下的關(guān)系 ()/(n) ＝ ()/(n)電磁場(chǎng)+ ()/(n)原動(dòng)機(jī)。
本發(fā)明是用以下方案實(shí)現(xiàn)的。
旋轉(zhuǎn)電磁場(chǎng)由多相交流電對(duì)多相交流勵(lì)磁繞組供電產(chǎn)生，通常采用三相。它由三相或多相變頻勵(lì)磁裝置提供。變頻勵(lì)磁裝置可以是現(xiàn)有的各種電調(diào)變頻電源，如原動(dòng)機(jī)-電磁轉(zhuǎn)差離合器-發(fā)電機(jī)、調(diào)速電動(dòng)-發(fā)電機(jī)組或電子逆變裝置等。在結(jié)構(gòu)上，交流勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)和變頻勵(lì)磁裝置可以制成各自獨(dú)立的結(jié)構(gòu)，也可以合并為一整體，安置于同一個(gè)機(jī)座之內(nèi)。變頻勵(lì)磁裝置與多相交流勵(lì)磁繞組按一定相序聯(lián)接。它根據(jù)頻率調(diào)節(jié)器輸出的調(diào)節(jié)量，產(chǎn)生一定頻率的多相交流電供發(fā)電機(jī)交流勵(lì)磁用。其頻率是受頻率調(diào)節(jié)器的控制而連續(xù)變化的，從而適應(yīng)恒頻發(fā)電的要求。頻率調(diào)節(jié)器的功能是，將發(fā)電機(jī)頻率f與基準(zhǔn)頻率(50赫芝)比較，其差值經(jīng)比例、積分、微分運(yùn)算后，輸出作為變頻勵(lì)磁裝置的頻率給定值。本發(fā)明的勵(lì)磁自動(dòng)調(diào)節(jié)與常規(guī)發(fā)電機(jī)配置的基本相同。交流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁可以采用自勵(lì)、他勵(lì)等常用方式，勵(lì)磁機(jī)能源直接取自原動(dòng)機(jī)或同步發(fā)電機(jī)。
交流勵(lì)磁變速恒頻發(fā)電機(jī)可以在原動(dòng)機(jī)變速的情況下輸出恒定頻率的交流電，從而允許水輪機(jī)、風(fēng)動(dòng)機(jī)等原動(dòng)機(jī)自由選擇工作轉(zhuǎn)速，使之接近或達(dá)到最佳工作狀態(tài)，提高能量轉(zhuǎn)換效率。對(duì)大、中型水力發(fā)電站而言，更簡(jiǎn)化了水輪機(jī)的調(diào)速和有關(guān)機(jī)構(gòu)，從而降低了成本。它的制造工藝要求與常規(guī)發(fā)電機(jī)相同，仍然采用單轉(zhuǎn)子式，因此，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠。而且它調(diào)節(jié)速度快，并網(wǎng)后不易失步，有利于電網(wǎng)穩(wěn)定。由于同步發(fā)電機(jī)本身具有放大能力，多相交流勵(lì)磁繞組所需勵(lì)磁功率較之同步發(fā)電機(jī)輸出功率要小得多，因此，所需的變頻勵(lì)磁裝置可以是小容量的。按幾級(jí)放大的原則，能夠方便地制造大容量的變速恒頻發(fā)電機(jī)。制造容量不受特別限制是本發(fā)明的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)。它可以廣泛應(yīng)用于大、中、小型水力發(fā)電站或其它各類動(dòng)力發(fā)電站作配套發(fā)電機(jī)。
此外，由于頻率調(diào)節(jié)是通過(guò)同步電機(jī)的特殊勵(lì)磁部分進(jìn)行的，因此所需控制功率也很小。這樣，采用簡(jiǎn)單的電子頻率調(diào)節(jié)器就能使整機(jī)有較寬的調(diào)頻范圍和較高的頻率控制精度。
交流勵(lì)磁變速恒頻發(fā)電機(jī)既能并網(wǎng)也可獨(dú)立運(yùn)行。頻率調(diào)節(jié)可閉環(huán)運(yùn)行，即自動(dòng)調(diào)節(jié)，也可開環(huán)運(yùn)行，即手動(dòng)調(diào)節(jié)。采用手動(dòng)開環(huán)運(yùn)行方式時(shí)，它實(shí)質(zhì)上是一臺(tái)額定轉(zhuǎn)速可無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)的發(fā)電機(jī)。
附圖描述了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。結(jié)合附圖可以更詳細(xì)地說(shuō)明發(fā)明的細(xì)節(jié)。
附圖是一種交流勵(lì)磁變速恒頻發(fā)電機(jī)的電原理圖。圖中(1)為原動(dòng)機(jī)，采用額定轉(zhuǎn)速750轉(zhuǎn)/分的水輪機(jī)。(2)、(3)、(4)為交流勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)，功率12瓩，磁極對(duì)數(shù)2，額定轉(zhuǎn)速750轉(zhuǎn)/分，交流勵(lì)磁額定頻率25赫芝，其中(2)同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子三相交流勵(lì)磁繞組，(3)同步發(fā)電機(jī)定子電樞，(4)同步發(fā)電機(jī)定子副繞組。(5)、(6)、(7)構(gòu)成一臺(tái)變頻勵(lì)磁裝置。其中(5)電磁轉(zhuǎn)差離合器，(6)、(7)分別為小容量三相同步發(fā)電機(jī)即交流勵(lì)磁機(jī)的轉(zhuǎn)子磁極和定子電樞。(8)頻率調(diào)節(jié)器。(9)可控整流器，它控制電磁轉(zhuǎn)差離合器(5)的勵(lì)磁繞圈電流，起到調(diào)頻作用。(10)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。(11)可控整流器，它控制同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極(6)的勵(lì)磁電流，使定子電樞(7)輸出電壓改變，實(shí)現(xiàn)對(duì)交流勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子三相交流勵(lì)磁繞組(2)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)。(12)交流勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)的負(fù)載。
附圖中，由原動(dòng)機(jī)(1)拖動(dòng)的機(jī)械旋轉(zhuǎn)和交流電磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)為同向運(yùn)行。電磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向由改變轉(zhuǎn)子三相交流勵(lì)磁繞組(2)的相序方便地確定。
原動(dòng)機(jī)(1)、交流勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子、電磁轉(zhuǎn)差離合器(5)輸入軸同軸聯(lián)接。由原動(dòng)機(jī)(1)拖動(dòng);電磁轉(zhuǎn)差離合器(5)輸出端則與小容量三相同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子聯(lián)接。啟動(dòng)時(shí)，電磁轉(zhuǎn)差離合器(5)和交流勵(lì)磁機(jī)(6)、(7)的勵(lì)磁繞組分別由輔助電源(圖中未畫出)勵(lì)磁。這樣，在原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)下，輸入軸驅(qū)動(dòng)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，交流勵(lì)磁機(jī)(6)、(7)產(chǎn)生的三相交流電經(jīng)三相交流勵(lì)磁繞組(2)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電磁場(chǎng)，其轉(zhuǎn)速為 ()/(n)電磁場(chǎng)，交流勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子又在原動(dòng)機(jī)(1)拖動(dòng)下做機(jī)械旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速為 ()/(n)原動(dòng)機(jī)。這樣，電磁場(chǎng)以合速度(矢量和 ()/(n)電磁場(chǎng)+ ()/(n)原動(dòng)機(jī))作用于交流勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)的定子電樞(3)，使定子電樞(3)、定子副繞組(4)產(chǎn)生交流電，定子副繞組(4)通過(guò)可控整流器(9)和(11)，分別對(duì)電磁轉(zhuǎn)差離合器(5)的勵(lì)磁繞圈和交流勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子磁極(6)勵(lì)磁，于是，變速恒頻發(fā)電機(jī)建壓發(fā)電。
建壓后，輔助電源自行退出。
當(dāng)原動(dòng)機(jī)(1)轉(zhuǎn)速 ()/(n)原動(dòng)機(jī)變化時(shí)，由頻率調(diào)節(jié)器(8)、可控整流器(9)和電磁轉(zhuǎn)差離合器(5)組成的具有頻率負(fù)反饋的頻率自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，通過(guò)交流勵(lì)磁機(jī)(6)、(7)，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)交流勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的電磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)速度 ()/(n)電磁場(chǎng)，以維持同步發(fā)電機(jī)輸出頻率的恒定。
當(dāng)同步發(fā)電機(jī)端電壓或并列機(jī)組間無(wú)功變化時(shí)，由勵(lì)磁調(diào)節(jié)器(10)和可控整流器(11)組成的具有端電壓或無(wú)功負(fù)反饋的勵(lì)磁自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，將通過(guò)交流勵(lì)磁機(jī)(6)、(7)的勵(lì)磁繞組，實(shí)時(shí)改變交流勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)強(qiáng)弱，以維持端電壓恒定或無(wú)功分配的穩(wěn)定。
補(bǔ)正86107898文件名稱 頁(yè) 行 補(bǔ)正前 補(bǔ)正后說(shuō)明書 1 18 產(chǎn)生感生電勢(shì) 產(chǎn)生感性電勢(shì)
權(quán)利要求
1.一種變速恒頻發(fā)電機(jī)，其特征在于由有多相交流勵(lì)磁繞組的交流勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)、變頻勵(lì)磁裝置及頻率調(diào)節(jié)器構(gòu)成閉環(huán)自動(dòng)頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)，多相交流勵(lì)磁，使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電磁場(chǎng)，而轉(zhuǎn)子又同時(shí)在原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)下做機(jī)械運(yùn)動(dòng)，變頻勵(lì)磁裝置與交流勵(lì)磁繞組按一定相序聯(lián)接，它根據(jù)頻率調(diào)節(jié)器輸出的調(diào)節(jié)量產(chǎn)生一定頻率的多相交流電供發(fā)電機(jī)交流勵(lì)磁用。
2.按權(quán)利要求
1所說(shuō)的變速恒頻發(fā)電機(jī)，其特征在于交流勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)的定子可以是電樞，也可以是磁場(chǎng)，當(dāng)定子是電樞時(shí)，轉(zhuǎn)子為旋轉(zhuǎn)電磁場(chǎng)，當(dāng)定子是旋轉(zhuǎn)電磁場(chǎng)時(shí)，轉(zhuǎn)子為電樞。
3.按權(quán)利要求
1所說(shuō)的變速恒頻發(fā)電機(jī)，其特征在于多相交流勵(lì)磁繞組勵(lì)磁用交流電由三相或多相變頻勵(lì)磁裝置提供。
4.按權(quán)利要求
1所說(shuō)的變速恒頻發(fā)電機(jī)，其特征在于頻率調(diào)節(jié)可以手動(dòng)開環(huán)運(yùn)行，采用手動(dòng)開環(huán)運(yùn)行方式時(shí)，它實(shí)質(zhì)上是一臺(tái)額定轉(zhuǎn)速可無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)的發(fā)電機(jī)。
5.按權(quán)利要求
1至5中的任一權(quán)利要求
所說(shuō)的變速恒頻發(fā)電機(jī)，其特征在于交流勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)和變頻勵(lì)磁裝置可以制成各自獨(dú)立的結(jié)構(gòu)，也可以合并為一整體，安置于同一個(gè)機(jī)座之內(nèi)。
專利摘要
一種交流勵(lì)磁變速恒頻發(fā)電機(jī)，由有多相交流勵(lì)磁繞組的交流勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)、變頻勵(lì)磁裝置及頻率調(diào)節(jié)器構(gòu)成閉環(huán)自動(dòng)頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)。其特征在于變頻勵(lì)磁裝置與交流勵(lì)磁繞組按一定相序聯(lián)接，根據(jù)頻率調(diào)節(jié)器輸出的調(diào)節(jié)量產(chǎn)生一定頻率的多相交流電供發(fā)電機(jī)交流勵(lì)磁用。它允許原動(dòng)機(jī)自由選擇工作轉(zhuǎn)速，使之接近或達(dá)到最佳工作狀態(tài)，并有較寬的調(diào)頻范圍和較高的頻率控制精度。它可以應(yīng)用于水力發(fā)電站或其它各類動(dòng)力發(fā)電站作配套發(fā)電機(jī)。
文檔編號(hào)H02P9/48GK86107898SQ86107898
公開日1987年8月12日 申請(qǐng)日期1986年11月18日
發(fā)明者宋懷淳 申請(qǐng)人:宋懷淳導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan