諧波自勵混合磁極交流勵磁機的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及無刷同步電機的一種交流勵磁機。
【背景技術】
[0002]無刷同步電機一般均采用交流勵磁機實現無刷勵磁，而交流勵磁機本身的勵磁需要外部提供電源。目前，交流勵磁機本身的勵磁方式有兩類，一類是采用同步電機主機的定子基波或諧波提供交流勵磁機的勵磁電源。這類勵磁方式存在三個問題:第一，需要在同步電機主電機定子上增加繞組或勵磁變壓器，增加了主電機的復雜性；第二，同步電機主電機和交流勵磁機交織在一起，相互影響，降低了電機系統的運行性能和電磁兼容性；第三，需要電機具有一定的剩磁，否則將造成電機無法起勵。另一類是采用永磁副勵磁電機提供交流勵磁機的勵磁電源。這類勵磁方式使得副勵磁電源與同步電機主電機無關，不存在上述問題。但是，永磁副勵磁電機增加了整個電機系統的長度、成本和復雜性。

【發明內容】

[0003]本發明的目的在于針對上述現有技術的不足，提供一種不需要交流勵磁機外部提供副勵磁電源，采用勵磁機自身的諧波進行自勵的交流勵磁機，可廣泛用于同步電機的無刷勵磁。
[0004]本發明的諧波自勵混合磁極交流勵磁機由裝有定子鐵心、永磁體、諧波繞組、勵磁繞組的定子和裝有轉子鐵心、電樞繞組、轉軸的轉子構成。諧波繞組通過勵磁控制器與勵磁繞組相連。電樞繞組通過旋轉整流器與主同步電機的勵磁繞組相連。永磁體和勵磁繞組安裝在定子鐵心形成永磁磁極和電勵磁磁極兩種磁極。電樞繞組分布在轉子鐵心的槽內，極對數與定子磁極的極對數相同。交流勵磁機運行時，永磁體、勵磁繞組和電樞繞組的磁勢可以產生相對于轉子運動的諧波氣隙磁密。諧波繞組利用諧波氣隙磁密產生感應電勢向勵磁控制器供電，勵磁控制器根據主同步電機的檢測信號調節勵磁繞組的電流，實現交流勵磁機的自勵和主同步電機的無刷勵磁的控制。
[0005]在諧波繞組中產生感應電勢的諧波磁密，可以由永磁磁勢、勵磁磁勢和電樞繞組的基波磁勢作用在齒諧波氣隙磁導上產生，也可以由電樞繞組的諧波磁勢作用在平均氣隙磁導上產生。本專利主要采用由齒諧波氣隙磁導和齒諧波磁勢引起的齒諧波磁密，以及3次、2次和諧波次數小于I的諧波磁勢引起的諧波磁密，制成相應的諧波繞組。永磁磁極的永磁體可以是內置式，也可以是表貼式；永磁體的尺寸和永磁磁極的個數可以根據交流勵磁機起勵、控制和調節范圍的要求確定。勵磁控制器的電源取自諧波繞組，主回路的輸入電路采用雙橋串聯整流電路，輸出電路采用脈寬調制電路，可以提高諧波繞組的輸出功率和控制回路輸入電壓的穩定性，實現勵磁繞組電流的單向調節和雙向調節。
[0006]與現有技術相比，本發明的諧波自勵混合磁極交流勵磁機具有如下特點:
1.無需外部提供副勵磁電源，結構簡單，具有良好的的起勵性能、電磁兼容性和勵磁調節性能； 2.與采用同步電機主機提供副勵磁電源的無刷勵磁方式相比，降低了主電機的復雜性；提高了電機系統的運行性能、電磁兼容性和起勵性能；
3.與采用永磁副勵磁電機提供副勵磁電源的無刷勵磁方式相比，降低了整個電機系統的長度、復雜性和成本。
【附圖說明】
[0007]圖1.是諧波自勵混合磁極交流勵磁機的結構示意圖，以7對極為例圖2.是永磁磁極的的結構示意圖
圖3.是齒諧波繞組展開示意圖
圖4.是具有低次諧波磁勢的電樞繞組排布原理圖，以7對極為例圖5.是單向調節的勵磁控制器的電路原理圖圖6.是雙向調節的勵磁控制器的電路原理圖
圖1、2中的標號名稱:1、機殼；2、定子鐵心；3、永磁體；4、勵磁繞組；5、諧波繞組；6、轉子鐵心；7、電樞繞組；8、轉軸
【具體實施方式】
下面結合附圖和具體實施例對本發明的諧波自勵混合磁極交流勵磁機作進一步詳細說明。
[0008]由圖1可知，本發明的諧波自勵混合磁極交流勵磁機的電機包括機殼、定子鐵心、永磁體、諧波繞組、勵磁繞組、轉子鐵心、電樞繞組、轉軸。轉子鐵心上沿圓周方向開槽，電樞繞組分布于轉子鐵心的槽中，隨著轉軸在定子鐵心內旋轉。定子鐵心上安放有永磁體和勵磁繞組，形成永磁磁極和電勵磁磁極兩種磁極。定子磁極的極對數與轉子電樞繞組的極對數相同。諧波繞組安放在定子磁極上，可以為勵磁繞組提供勵磁電源。采用本專利的無刷同步電機運行時，交流勵磁機的諧波繞組通過勵磁控制器向交流勵磁機的勵磁繞組供電，實現交流勵磁機的自勵和勵磁控制，轉子電樞繞組通過旋轉整流器向主同步電機勵磁繞組供電，實現主同步電機的無刷勵磁。
[0009]當交流勵磁機的極對數為p，轉子鐵心的齒數為Z，電樞繞組的對稱相數為m時，轉子鐵心可以產生kZ/p次齒諧波氣隙磁導，電樞繞組可以產生km/q+1和km/q-1次諧波磁勢。q為I或hm+Ι或kp-Ι,且P為q的整數倍；m為大于2的整數，當m為偶數時,繞組的實際相數為m/2 ；k和Ic1為正整數。在諧波繞組中產生感應電勢的諧波磁密，可以由永磁磁勢、勵磁磁勢和電樞繞組的基波磁勢作用在齒諧波氣隙磁導上產生，也可以由電樞繞組的諧波磁勢作用在平均氣隙磁導上產生。前者產生的諧波氣隙磁密隨著所有基波磁勢合成的大小和分布及轉子的槽口寬度而變化；后者產生的諧波氣隙磁密隨著電樞繞組諧波磁勢的大小和分布而變化。在電樞繞組的諧波磁勢中，kZ/ρ+Ι和kZ/p-Ι次齒諧波磁勢的繞組系數與基波繞組系數相同，且產生的諧波氣隙磁密在定子繞組中感應電勢的基本頻率為電樞繞組基波頻率的Z/p倍，與基波磁勢作用在齒諧波氣隙磁導上產生的諧波氣隙磁密在定子繞組中感應電勢的基本頻率相同。電樞繞組除了齒諧波磁勢外，還可以產生其它的諧波磁勢，但其繞組系數較低。因為諧波磁勢的幅值不僅與繞組系數成正比，而且與諧波次數成反比，且諧波磁勢相對于定子的轉速隨著諧波次數的減小而提高；所以即使低次的諧波磁勢的繞組系數較低，也可以產生較大的諧波功率。因此本專利主要采用由齒諧波氣隙磁導和齒諧波磁勢引起的齒諧波磁密，以及3次、2次和諧波次數小于I的諧波磁勢引起的諧波磁密，制成相應的諧波繞組，各種諧波繞組可以單獨采用，也可以混合采用。
[0010]永磁磁極的永磁體不僅可以直接產生由齒諧波磁導引起的諧波磁密，而且可以直接產生基波磁密，使電樞繞組中出現電流而間接產生由諧波磁勢引起的諧波磁密。永磁磁極的永磁體產生的諧波磁密較大時，有利于勵磁繞組電流的起勵和控制；永磁磁極的永磁體產生的基波磁密較大時，不利于電樞繞組電流的寬范圍調節。因此，永磁磁極的設計應同時滿足交流勵磁機起勵、控制和調節范圍的要求。由圖2可知，永磁磁極的永磁體可以采用內置式，也可以采用表貼式。采用內置式的永磁磁極可以通過齒諧波磁導直接產生諧波磁密。永磁體的尺寸和永磁磁極的個數可以根據交流勵磁機起勵、控制和調節范圍的要求確定。當勵磁繞組電流只能單向調節時，永磁材料的用量較少，以確保勵磁機電樞電流的調節范圍。當勵磁繞組電流可以雙向調節時，電樞電流的調節范圍可通過反向勵磁提高，永磁材料的用量較多，以提高諧波繞組的起勵電壓和輸出電壓的穩定