專利名稱：雙頻變頻無刷同步發電機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種旋轉電源，尤其是一種雙頻變頻無刷同步發電機。
本發明的技術方案為一種雙頻變頻無刷同步發電機，工頻50Hz和中頻400Hz發電機為雙樞式鐵芯，同轉軸裝有一個雙頻復合式無刷勵磁機和變頻無刷投勵裝置。中頻發電機的定子鐵芯槽內嵌有二套繞組，一套中頻真分數槽雙迭式的等匝而不等距的正弦繞組1W，一套為單相的中頻諧波繞組1WS作為勵磁機的勵磁源，二套繞組之間為正交設計，無電磁干擾結構；中頻發電機的轉子鐵芯槽內嵌有二種繞組，一種阻尼籠的鼠籠式短路繞組，該繞組由紫銅制作，第二種繞組為中頻凸極隱極化勵磁繞組WF，其勵磁電流由同軸的雙頻復合式無刷勵磁機第一電樞繞組1WJ經三相旋轉整流模塊1XQ整流供給。工頻發電機的定子鐵芯槽內嵌有二套繞組，一套工頻正弦繞組2W、一套為單相的諧波繞組2WS作為勵磁機的勵磁源，二套繞組之間為正交設計，無電磁干擾結構；工頻發電機的轉子鐵芯槽內嵌有二種繞組，一種繞組是阻尼繞組，該繞組由紫銅制作，第二種繞組為工頻勵磁繞組2WF，其勵磁電流由同軸的雙頻復合式無刷勵磁機第二電樞繞組2WJ經三相旋轉整流模塊2XQ整流供給，轉子鐵芯為凸極，且有軸向通風槽。雙頻復合式無刷勵磁機包括定子和轉子，定子和轉子上分別有兩套無互感繞組1WE、1WJ、2WE、2WJ，兩套無互感繞組共一個鐵芯，轉子鐵芯兩端面分別安裝變頻無刷投勵裝置和三相旋轉整流器模塊1XQ、2XQ，雙頻復合式無刷勵磁機為工頻發電機和中頻發電機提供勵磁電源；變頻無刷投勵裝置包括三相旋轉整流模塊2XQ、旋轉可控管KX、分壓電阻R1、R2和限壓電阻10Rf組成以及變頻無刷投勵裝置的組成電路，無刷變頻時，能實現自動投勵使工頻發電機牽入同步運行。
其工作原理雙頻無刷發電狀態時，當發動機驅動發電機達到額定轉速后，發電機各自諧波繞組WS剩磁電壓經種自電壓調節器AVR整流，供給各自勵磁機勵磁繞組WE加強各自勵磁機勵磁磁場，各自勵磁機電樞繞組WJ感應交流電壓，經各自三相旋轉整流模塊XQ整流，供給各自主磁場繞組(WF)加強主磁場，各自定子主繞組(W)感應交流電壓(中頻與工頻)，該電壓不斷升高直到額定電壓穩定。調節電壓調節器AVR可整定發電機各自電壓。變頻無刷發電狀態時，當相序正確的市電輸入工頻電機，工頻電機開始異步啟動，轉速達到95％同步轉速后，同步投勵裝置立即給同步電動機勵磁，使電動機進入同步轉速，然后驅動中頻發電機發出中頻電源。
本發明的優點在于雙頻變頻無刷同步發電機能使雙頻發電和變頻發電實現無刷化，取消了滑環電刷，無火花高頻干擾，無滑環與炭刷磨損問題；發電時工頻和中頻電壓互不干擾，電壓波形正弦性好，供電品質優良；發電機可靠性高，維護簡單，容易實現電站的智能自動化控制。如權利要求書所述的雙頻變無刷同步發電機結構特征，還可構成50Hz和400Hz輸出，或50Hz和1000Hz輸出，或50Hz和與整數倍50Hz頻率電輸出的不同功率的雙頻變頻無刷同步發電機。
雙頻變頻無刷同步發電機包括中頻(400Hz)發電機5、工頻(50Hz)發電機6、交流勵磁機8、旋轉整流器9、無刷投勵裝置7、離合器1、風扇3、機座4、前端蓋2、后端蓋12和軸承11。機座4內同轉軸10布置帶繞組的中頻定子鐵芯13和工頻定子鐵芯15，轉子軸上與定子13、15鐵芯對應布置帶繞組的中頻轉子14鐵芯和工頻轉子16鐵芯，中頻定子13鐵芯側的機座4止口上安裝前端蓋2，前端蓋2與轉軸10間通過軸承11安裝，前端蓋1內轉軸10上安裝離合器1和風扇3，后端蓋12內安裝帶繞組的交流勵磁機定子17鐵芯，工頻定子16鐵芯側的機座4止口上安裝后端蓋12，后端蓋12與轉軸10間通過軸承10安裝，后端蓋12內轉軸10安裝帶繞組的交流勵磁機轉子18鐵芯，中頻定子13鐵芯有中頻主繞組和諧波繞組，工頻定子15鐵芯有工頻主繞組和諧波繞組，中頻轉子14鐵芯有中頻主勵磁繞組，工頻轉子16鐵芯有工頻主勵磁繞組，交流勵磁機定子17鐵芯有兩套無互感的中頻和工頻勵磁繞組，交流勵磁機轉子18鐵芯有兩套無互感的中頻和工頻交流繞組，交流勵磁機轉子18鐵芯的兩側分別安裝旋轉整流器9和無刷投勵裝置7。當雙頻發電時，雙頻復合式無刷勵磁機8同時為兩種頻率的主發電機提供互不干擾的勵磁電源，當變頻發電時，雙頻復合式無刷勵磁機8為同步電動機提供勵磁進行同步運行，也同時為發電機提供勵磁進行發電。雙頻復合式無刷勵磁機8由定子17和轉子18組成，定子17和轉子18上分別有兩套無互感繞組，兩套無互套繞組共一個鐵芯。
當變頻發電時，即同步電動機運行，必須進行異步啟動、同步投勵、同步運行過程。無刷變頻運行時，整個過程通過變頻無刷投勵裝置7實現。
在異步啟動過程中，轉子磁極繞組會感應出高頻率高電壓交流電，對磁極繞級2wf絕緣和已接上的三相旋轉整流模塊2XQ產生沖擊而損壞，變頻無刷技術首先要解決此問題，為此，在磁極繞組上并聯一個10倍于磁極繞組的限壓電阻10Rf，限制高頻高電壓，同時三相旋轉整流模塊2XQ會受感應電壓而導通造成短路而損壞，為此在磁極繞組與三相旋轉整流模塊2XQ負電極間串一旋轉可控管KX，旋轉可控管KX負極與三相旋轉整流模塊2XQ負電機相連，旋轉可控管KX正極與磁極繞組相連，這樣解決了異步啟動過程中磁極繞組絕緣和三相旋轉整流模塊2XQ不受感應高頻高電壓沖擊問題，使異步啟動過程順利完成。
同步電機異步啟動過程后，轉速達到95％同步轉速，此時磁極繞組感應電壓低頻率也低，是電機牽入同步轉速的最佳狀態，此時必須給電機勵磁使電機牽入同步，即同步投勵過程。在同步投勵過程中，給勵磁機定子一定的勵磁電壓，勵磁機電樞感應交流電，經三相旋轉整流模塊2XQ整流，由分壓電阻(R1和R2)分壓給旋轉可控管KX控制極，使旋轉可控管KX導通，為同步電機提供勵磁電源，使同步電機進入同步，完成無刷自動同步投勵過程。
同步投勵過程后，同步電動機轉速達到額定同步轉速，驅動發電機發電，發電機加上負載后，如果勵磁電壓不變，同步電機就會失步，轉速波動，為此設計了功率因數調節器，其根據負載情況及時調節勵磁電流，使同步電動機穩定運行。
權利要求
1.一種雙頻變頻無刷同步發電機，工頻50Hz(6)和中頻400Hz(5)發電機為雙樞式鐵芯，同轉軸(10)裝有一個雙頻復合式無刷勵磁機(8)和變頻無刷投勵裝置(7)，其特征是中頻發電機(5)的定子(13)鐵芯槽內嵌有二套繞組，一套中頻真分數槽雙迭式的等匝而不等距的正弦繞組1W，一套為單相的中頻諧波繞組1WS作為勵磁機的勵磁源，二套繞組之間為正交設計，無電磁干擾結構，中頻發電機(5)的轉子(14)鐵芯槽內嵌有二種繞組，一種阻尼籠的鼠籠式短路繞組，該繞組由紫銅制作，第二種繞組為中頻凸極隱極化勵磁繞組WF，其勵磁電流由同軸的雙頻復合式無刷勵磁機第一電樞繞組1WJ經三相旋轉整流模塊1XQ整流供給；工頻發電機(6)的定子(15)鐵芯槽內嵌有二套繞組，一套工頻正弦繞組2W、一套為單相的諧波繞組2WS作為勵磁機的勵磁源，二套繞組之間為正交設計，無電磁干擾結構，工頻發電機(6)的轉子(16)鐵芯槽內嵌有二種繞組，一種繞組是阻尼繞組，該繞組由紫銅制作，第二種繞組為工頻勵磁繞組2WF，其勵磁電流由同軸的雙頻復合式無刷勵磁機第二電樞繞組2WJ經三相旋轉整流模塊2XQ整流供給，轉子(16)鐵芯為凸極，且有軸向通風槽(19)；雙頻復合式無刷勵磁機(8)包括定子(17)和轉子(16)，定子(17)和轉子(16)上分別有兩套無互感繞組1WE、1WJ、2WE、2WJ，兩套無互感繞組共一個鐵芯，轉子(16)鐵芯兩端面分別安裝變頻無刷投勵裝置(7)和三相旋轉整流器模塊1XQ、2XQ(9)，雙頻復合式無刷勵磁機(8)為工頻發電機(6)和中頻發電機(5)提供勵磁電源；變頻無刷投勵裝置(7)包括三相旋轉整流模塊2XQ(9)、旋轉可控管KX、分壓電阻R1、R2和限壓電阻10Rf組成以及變頻無刷投勵裝置的組成電路，無刷變頻時，能實現自動投勵使工頻發電機(6)牽入同步運行。
全文摘要
本發明公開一種雙頻變頻無刷同步發電機，該雙頻變頻無刷同步發電機由中頻(400Hz)發電機、工頻(50Hz)發電機、交流勵磁機、旋轉整流器、無刷投勵裝置、離合器、風扇、機座、前端蓋、后端蓋和軸承等組成，變頻無刷發電機則是某種頻率(50Hz)的發電機利用外電進行異步啟動、同步投勵、同步運行，驅動另一種頻率(400Hz)的發電機發電，整個過程都是無刷化。能實現無刷雙頻發電，也能實現無刷變頻發電。雙頻變頻無刷同步發電機能使雙頻發電和變頻發電實現無刷化，取消了滑環電刷，無火花高頻干擾，無滑環與炭刷磨損問題；發電時工頻和中頻電壓互不干擾，電壓波形正弦性好，供電品質優良；發電機可靠性高，維護簡單，容易實現電站的智能自動化控制。
文檔編號H02K19/38GK1441536SQ0211557
公開日2003年9月10日 申請日期2002年2月28日 優先權日2002年2月28日
發明者徐劍萍 申請人:清華泰豪科技股份有限公司