一種具有初始自勵磁能力的無刷諧波勵磁同步發電的製造方法
2023-09-22 01:13:45 1
一種具有初始自勵磁能力的無刷諧波勵磁同步發電的製造方法
【專利摘要】一種具有初始自勵磁能力的無刷諧波勵磁同步發電機，涉及電勵磁同步發電機領域。本發明是為了解決現有永磁發電機要依賴於昂貴的永磁材料、氣隙磁場難以調節，而現有電勵磁發電機需要獨立勵磁機的問題。本發明所述的電機的轉子鐵芯為4極結構，每一極的極靴中間位置均開有繞組槽，形成轉子主齒和轉子分齒，4個轉子主齒上分別嵌入勵磁繞組，8個轉子分齒分別嵌入諧波繞組，在4個轉子主齒的兩端均安裝有釹鐵硼材料的永磁體，且每一極上的兩個永磁體的勵磁方向相同。它可用於風力發電中。
【專利說明】一種具有初始自勵磁能力的無刷諧波勵磁同步發電機
【技術領域】
[0001]本發明屬於電勵磁同步發電機領域。
【背景技術】
[0002]永磁同步發電機由於具有高效節能、功率密度高及無刷控制等特點，在工業界逐漸得到了廣泛的應用。特別是在一些中小功率應用場合，如離網型風力等新能源發電系統等。然而，永磁電機的這些優點都是建立在高性能的稀土永磁材料的基礎之上的。隨著工業和社會的發展，對稀土資源需求量會不斷增大。近十年來，稀土永磁材料的價格上漲了數倍之多，這會使稀土資源逐漸成為影響高性能永磁電機發展的瓶頸。並且，永磁同步電機本身還存在一些技術上的問題，在一些特定的場合，需要發電機在較大的轉速差的情況下控制輸出電壓調整率，永磁電機由於磁場調節困難，難以達到相關要求。
[0003]對於大型電勵磁同步電機，主要採用同軸聯接的旋轉電樞式勵磁機及旋轉整流器構成無刷勵磁系統。而對於中小功率電機，受限於體積重量與成本等因素，往往不適合增加額外勵磁機。
[0004]此外，耦合變壓器勵磁在中小型電機無刷勵磁中也有所採用。但是，與普通變壓器高效傳遞能量不同，在耦合變壓器中，磁通路徑不全是鐵心，在定、轉子鐵心部分之間必然存在一段氣隙，這就需要很大的變壓器激磁電流來克服氣隙磁壓降，從而使功率傳遞效率及功率因數等指標降低。採用諧波勵磁最大的問題是，由於諧波電動勢依然屬於運動電動勢，因此與採用獨立勵磁機情況相同，適合於發電機運行，而作為電動機運行時存在起動問題需要解決。而各種混合勵磁方式中電機的都較複雜，而且也同樣依賴於永磁材料。
[0005]上述因素限制了永磁發電機的應用和發展，現有電勵磁方式也存在一些不足，本發明所述的新原理無刷同步電機只需要少量的永磁材料(只相當於普通永磁電機所用永磁材料的7% )，基本上不依賴於永磁材料，並且勵磁磁場可調節，是解決問題的途徑之一。
【發明內容】
[0006]本發明是為了解決現有永磁發電機要依賴於昂貴的永磁材料、氣隙磁場難以調節，而現有電勵磁發電機需要獨立勵磁機的問題。現提供一種具有初始自勵磁能力的無刷諧波勵磁同步發電機。
[0007]—種具有初始自勵磁能力的無刷諧波勵磁同步發電機，所述電機的轉子鐵芯為4極結構，每一極的極靴中間位置均開有繞組槽，形成轉子主齒和轉子分齒，4個轉子主齒上分別嵌入勵磁繞組，8個轉子分齒1-1分別嵌入諧波繞組，在4個轉子主齒的兩端均安裝有釹鐵硼材料的永磁體，且每一極上的兩個永磁體的勵磁方向相同。
[0008]上述電機的定子鐵芯為12槽結構，定子繞組為雙層結構，節距為3。
[0009]上述電機的定子鐵芯為12槽結構，定子繞組為單層結構，節距為3，且為開放繞組。
[0010]上述電機的定子鐵芯為18槽結構，定子繞組為雙層結構，節距為2。[0011]上述電機的定子鐵芯為18槽結構，定子繞組為雙層結構，節距為4。
[0012]上述電機的定子繞組中通入的電流為幅值為N的基波電流和幅值為小於N的三次諧波電流。
[0013]上述電機的定子繞組中通入的電流為幅值為N的基波電流和高次諧波電流。
[0014]上述電機的定子繞組中通入的電流為幅值為N的基波電流和直流分量電流。
[0015]上述電機的定子繞組中通入的電流為幅值為N的基波電流和幅值為N/5的三次諧波或高次諧波電流或直流分量的混合電流。
[0016]本發明所述的一種具有初始自勵磁能力的無刷諧波勵磁同步發電機，在每一極的極靴中間位置開有繞組槽，將極靴分出轉子分齒，並在每個轉子分齒均嵌套諧波繞組，利用定子中的三次諧波電流或高次諧波電流或直流分量電流在電機氣隙中產生諧波磁場，在諧波繞組中產生感應諧波電勢，諧波電勢通過旋轉整流器給勵磁繞組提供勵磁電流，實現無刷勵磁，並且氣隙磁場可調節。本發明所述的新原理無刷同步電機只需要少量的永磁材料，只相當於普通永磁電機所用永磁材料的7 %,基本上不依賴於永磁材料,不依賴於勵磁機，克服了獨立的勵磁機勵磁方式中的電機系統結構複雜且龐大的不足，結構簡單、製造方便、性能良好。適用於風力發電的應用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為【具體實施方式】一所述的一種具有初始自勵磁能力的無刷諧波勵磁同步發電機轉子部分的結構示意圖。
[0018]圖2為【具體實施方式】二所述的一種具有初始自勵磁能力的無刷諧波勵磁同步發電機的結構示意圖。
[0019]圖3為本發明所述的一種具有初始自勵磁能力的無刷諧波勵磁同步發電機的電
氣原理圖。
[0020]圖4為定子電樞磁場與轉子繞組結構變化曲線圖，其中箭頭10表示基波磁場旋轉方向，箭頭11表示三次諧波脈振磁場方向，箭頭12表示轉子同步旋轉方向；曲線13表示基波電流波形曲線，曲線14表示三次諧波電流波形曲線；折線15表示定子齒槽結構，折線16表示轉子齒槽結構；A、B和C分別表示定子三相繞組的每一相繞組。
【具體實施方式】
[0021]【具體實施方式】一:參照圖1具體說明本實施方式，本實施方式所述的一種具有初始自勵磁能力的無刷諧波勵磁同步發電機，所述電機的轉子鐵芯I為4極結構，每一極的極靴中間位置均開有繞組槽，形成轉子主齒1-2和轉子分齒1_1，4個轉子主齒1-2上分別嵌入勵磁繞組F，8個轉子分齒1-1分別嵌入諧波繞組H，在4個轉子主齒1-2的兩端均安裝有釹鐵硼材料的永磁體6,且每一極上的兩個永磁體6的勵磁方向相同。
[0022]本實施方式中，每一極的極靴上的兩個永磁體的勵磁方向相同，如圖2中所示永磁體6和永磁體6-1對氣隙的磁性方向一致，都為N極或S極。
[0023]本實施方式中，所述一種具有初始自勵磁能力的無刷諧波勵磁同步電機與普通電勵磁同步電機相比，本實施方式所述電機在轉子上增加了一套諧波繞組H，該諧波繞組H能利用定子電流產生的諧波磁場感應諧波電勢，諧波電勢通過旋轉整流器給勵磁繞組提供勵磁電流，實現無刷勵磁，如圖4所示。
[0024]【具體實施方式】二:參照圖2具體說明本實施方式，本實施方式與【具體實施方式】一所述的一種具有初始自勵磁能力的無刷諧波勵磁同步發電機的不同點在於，所述電機的定子鐵芯7為12槽結構，定子繞組8為雙層結構，節距為3。
[0025]本實施方式中，當所述電機的定子鐵芯為12槽結構，定子繞組為雙層結構，節距為3時，電機產生的諧波電勢最大。
[0026]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一所述的一種具有初始自勵磁能力的無刷諧波勵磁同步發電機的不同點在於，所述電機的定子鐵芯7為12槽結構，定子繞組8為單層結構，節距為3，且為開放繞組。
[0027]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一所述的一種具有初始自勵磁能力的無刷諧波勵磁同步發電機的不同點在於，所述電機的定子鐵芯7為18槽結構，定子繞組8為雙層結構，節距為2。
[0028]本實施方式中，當所述電機的定子鐵芯為18槽結構，定子繞組8為雙層結構，節距為2時，電機產生的諧波電勢最大。
[0029]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一所述的一種具有初始自勵磁能力的無刷諧波勵磁同步發電機的不同點在於，所述電機的定子鐵芯7為18槽結構，定子繞組8為雙層結構,節距為4。
[0030]本實施方式中，當所述電機的定子鐵芯為18槽結構，定子繞組8為雙層結構，節距為4時，電機產生的諧波電勢最大。
[0031]【具體實施方式】六:本實施方式與【具體實施方式】一所述的一種具有初始自勵磁能力的無刷諧波勵磁同步發電機的不同點在於，所述電機的定子繞組8中通入的電流為幅值為N的基波電流和幅值為小於N的三次諧波電流。
[0032]【具體實施方式】七:本實施方式與【具體實施方式】一所述的一種具有初始自勵磁能力的無刷諧波勵磁同步發電機的不同點在於，所述電機的定子繞組8中通入的電流為幅值為N的基波電流和高次諧波電流。
[0033]【具體實施方式】八:本實施方式與【具體實施方式】一所述的一種具有初始自勵磁能力的無刷諧波勵磁同步發電機的不同點在於，所述電機的定子繞組8中通入的電流為幅值為N的基波電流和直流分量電流。
[0034]【具體實施方式】九:本實施方式與【具體實施方式】六所述的一種具有初始自勵磁能力的無刷諧波勵磁同步發電機的不同點在於，所述電機的定子繞組8中通入的電流為幅值為N的基波電流和幅值為N/5的三次諧波的混合電流。
[0035]本發明所述的一種具有初始自勵磁能力的無刷諧波勵磁同步發電機的工作原理是三次諧波或高次諧波或直流分量勵磁原理。與普通電勵磁同步電機相比是在轉子上增加了一套諧波繞組H，該諧波繞組H能利用定子電流產生的諧波磁場感應諧波電勢，諧波電勢通過旋轉整流器給勵磁繞組H提供勵磁電流，實現無刷勵磁。
[0036]穩態條件下，定子繞組8電流中含有基波分量和三次諧波分量或高次諧波或直流分量。基波分量在氣隙中形成同步旋轉的磁場，轉子也作同步旋轉，轉子上的勵磁繞組F和諧波繞組H與基波磁場的相對位置不變，不會產生感應電勢，因此基波電流分量對勵磁繞組F.和諧波繞組H中的電勢均無影響。[0037]在原動機的驅動下，轉子以同步轉速旋轉。轉子上的永磁體會在氣隙中產生磁場，定子三相繞組中會感應出反電勢。用雙逆變器控制定子中的電流，是定子電流為幅值為N的基波電流和幅值為N/5的三次諧波或高次諧波電流或直流分量的混合電流，諧波繞組能在所產生的諧波脈振磁場中產生感應電流，經過旋轉整流器整流後給勵磁繞組提供勵磁電流，穩態工作時的勵磁電流主要來源於諧波勵磁電流。這樣，發電機可以自己提供初始勵磁電流並且能持續工作。原理如圖3所示。其中，定子開放繞組中的電流由圖3中的雙逆變器控制。電機定子繞組的al、bl、cl端接在一個逆變器的交流側，a2.b2.c2端接在另一個逆變器的交流側。
[0038]這樣，在原動機的帶動下可以在定子繞組中產生反電勢，向負載供電。此時需要用雙逆變器控制定子繞組中的三次諧波電流或高次諧波或直流分量，定子繞組中有諧波電流才會繼續在諧波繞組中產生感應電勢,在勵磁繞組中產生勵磁電流。
【權利要求】
1.一種具有初始自勵磁能力的無刷諧波勵磁同步發電機，其特徵在於，所述電機的轉子鐵芯(I)為4極結構，每一極的極靴中間位置均開有繞組槽，形成轉子主齒(1-2)和轉子分齒(1-1)，4個轉子主齒(1-2)上分別嵌入勵磁繞組(F)，8個轉子分齒1-1分別嵌入諧波繞組(H)，在4個轉子主齒(1-2)的兩端均安裝有釹鐵硼材料的永磁體(6)，且每一極上的兩個永磁體(6)的勵磁方向相同。
2.根據權利要求1所述的一種具有初始自勵磁能力的無刷諧波勵磁同步發電機，其特徵在於，所述電機的定子鐵芯(7)為12槽結構，定子繞組(8)為雙層結構，節距為3。
3.根據權利要求1所述的一種具有初始自勵磁能力的無刷諧波勵磁同步發電機，其特徵在於，所述電機的定子鐵芯(7)為12槽結構，定子繞組(8)為單層結構，節距為3。
4.根據權利要求1 述的一種具有初始自勵磁能力的無刷諧波勵磁同步發電機，其特徵在於，所述電機的定子鐵芯(7)為18槽結構，定子繞組(8)為雙層結構，節距為2。
5.根據權利要求1所述的一種無刷諧波勵磁同步電機，其特徵在於，所述電機的定子鐵芯(7)為18槽結構，定子繞組(8)為雙層結構，節距為4。
6.根據權利要求1所述的一種具有初始自勵磁能力的無刷諧波勵磁同步發電機，其特徵在於，所述電機的定子繞組(8)中通入的電流為幅值為N的基波電流和幅值為小於N的三次諧波電流，其中，N為正數。
7.根據權利要求1所述的一種具有初始自勵磁能力的無刷諧波勵磁同步發電機，其特徵在於，所述電機的定子繞組(8)中通入的電流為幅值為N的基波電流和高次諧波電流。
8.根據權利要求1所述的一種具有初始自勵磁能力的無刷諧波勵磁同步發電機，其特徵在於，所述電機的定子繞組(8)中通入的電流為幅值為N的基波電流和直流分量電流。
9.根據權利要求6所述的一種具有初始自勵磁能力的無刷諧波勵磁同步發電機，其特徵在於，所述電機的定子繞組(8)中通入的電流為幅值為N的基波電流和幅值為N/5的三次諧波的混合電流。
【文檔編號】H02K19/28GK103904856SQ201410162909
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月22日 優先權日:2014年4月22日
【發明者】孫立志, 高小龍, 姚飛, 安群濤 申請人:哈爾濱工業大學