高性能直流輸出永磁發電機系統的製作方法
2023-07-01 12:07:01 1
專利名稱：高性能直流輸出永磁發電機系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種高性能直流輸出永磁發電機系統，屬於電機領域。
背景技術：
永磁電機作為發電機具有很多優點由於省去勵磁繞組和容易出現故障的集電環 和電刷，結構較為簡單，加工和裝配費用減小，運行更為可靠。稀土永磁發電機具有體積小、 質量輕、效率高、電機的形狀和尺寸可以靈活多樣等顯著優點；同時，由於處於直軸磁路中 的永磁體的磁導率很小，直軸電樞反應電抗較電勵磁同步發電機小得多，因而固有電壓調 整率比電勵磁同步發電機小。因此，小型風力發電機基本上都採用永磁同步發電機。在風力發電系統中，由於風速的變化範圍很大，使得風力發電機(特別是永磁發 電機)的輸出電壓在很大範圍內波動。因此，小型發電機往往不能直接與負載相連，而是利 用整流器將電樞繞組中的交流電壓、電流變換成直流電壓、電流，給蓄電池充電，將電能儲 存起來，通過蓄電池給負載供電(圖6)；還可以通過一個可控的整流調節器，使發電機同時 給負載和蓄電池供電。但是，三相永磁同步發電機的電樞繞組接二極體整流器後，繞組中的電流會產生 畸變，而不再是正弦波，波形中除了含有基波以外，還含有大量的5次、7次等高次諧波，高 次諧波電流會增大繞組銅耗、定轉子鐵心損耗，使電機發熱嚴重；同時，還引起定轉子振動 和噪聲加劇。
發明內容
本發明為了解決在三相永磁同步發電機的電流在採用整流器進行整流的過程中 產生高次諧波電流會增大繞組銅耗、定轉子鐵心損耗，使電機發熱嚴重；同時，還引起定轉 子振動和噪聲加劇的問題，而提出一種高性能直流輸出永磁發電機系統。本發明的高性能直流輸出永磁發電機系統由一臺三相永磁同步發電機和η個三 相整流器構成，所述的三相永磁同步發電機的定子上設置了 η套三相繞組和鐵心，每套三 相繞組之間的電角度相位差δ滿足條件δ ^ 士60° /n ；每套三相繞組的輸出端都與一 個三相整流器的交流輸入端相連，η個三相整流器的直流輸出端並聯或串聯為總輸出端。三相永磁同步發電機的定子η套三相繞組的各套繞組參數既可以相同，也可以不 同。三相永磁同步發電機的定子η套三相繞組既可以是星形聯結，也可以是三角形聯結，還 可以是星形與三角形混合聯結。三相永磁同步發電機的轉子可以為內嵌永磁體結構、外插 永磁體結構或表面永磁體結構。三相永磁同步發電機的繞組可以為分布繞組，也可以為集 中繞組。三相整流器也可以為由功率半導體器件(MOSFET、IGBT等)構成的可控整流器。本發明採用多重繞組永磁同步發電機和多個整流器構成發電機系統，通過繞組的 合理布置，使繞組中的5次、7次、11次、13次等高次諧波電流相互抵消，使電樞磁動勢正弦 化。因此，本發明的直流輸出永磁發電機系統具有功率密度高、效率高、振動和噪聲低、輸出 電壓平均值高、電壓脈動小、容錯能力強、製造成本低等優點。
圖1本發明高性能直流輸出永磁發電機系統的結構示意圖；圖2是具體實施方式
六的兩套三相單層鏈式繞組構成的永磁發電機繞組展開示意圖；圖3至圖5是具體實施方 式七的結構示意圖，圖3是具體實施方式
七的電機結構示意圖，圖4是具體實施方式
七的繞 組為星形聯結的結構示意圖，圖5是具體實施方式
七的繞組為三角形聯結的結構示意圖； 圖6是現有風力發電系統結構示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一結合圖1說明本實施方式，本實施方式由一臺三相永磁同步發 電機和η個三相整流器構成，所述的三相永磁同步發電機的定子上設置了 η套三相繞組和 鐵心，每套三相繞組之間的電角度相位差δ滿足條件δ ^ 士60° /n ；每套三相繞組的輸 出端都與一個三相整流器的交流輸入端相連，η個三相整流器的直流輸出端並聯或串聯為 總輸出端。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同點在於三相永磁同步發電機 的定子中的η套三相繞組的每套繞組參數相同或不同。其它組成和連接方式與具體實施方 式一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一或二不同點在於三相永磁同步發 電機的定子中的η套三相繞組為星形聯結、三角形聯結或星形與三角形混合聯結。其它組 成和連接方式與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
三不同點在於三相永磁同步發電機 的中的η套三相繞組為分布繞組或集中繞組。其它組成和連接方式與具體實施方式
三相 同。
具體實施方式
五結合圖1說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
一不同 點在於一或四相整流器為由功率半導體器件構成的可控整流器。其它組成和連接方式與具 體實施方式一或四相同。
具體實施方式
六結合圖2說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
一不同 點在於高性能直流輸出永磁發電機系統由一臺三相永磁同步發電機和和兩個二極體整流 器構成，所述的三相永磁同步發電機的定子上設置有兩套三相對稱繞組，所述的電機定子 的槽數為24槽，轉子極數為4極，因此相鄰兩個定子槽之間相差的電角度為30°，兩套繞組 在定子槽中嵌放時，繞組軸線錯開一個槽，每套繞組的輸出端各接一個二極體整流器，兩個 二極體整流器的直流輸出母線並聯為總輸出端，總輸出端給一個共同的蓄電池充電。其它 組成和連接方式與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
七結合圖3至圖5說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
一 不同點在於高性能直流輸出永磁發電機系統由一臺三相永磁同步發電機和和兩個二極體 整流器構成，所述的三相永磁同步發電機定子槽數為12槽，轉子極數為10極，因此相鄰兩 個定子槽之間相差的電角度為150°，即(-30° )，繞組由集中線圈構成，每個線圈都繞在 一個定子齒上，有U1，XI，U2，Χ2，VI，Yl, V2, Υ2，ffl, Zl, W2, Ζ2共12個線圈依次沿圓周在 定子鐵心齒上排列，其中Ul與U2串聯，Vl與V2串聯，Wl與W2串聯，這6個線圈在鐵心齒上正繞，構成第1套繞組；Xl與X2串聯，Yl與Y2串聯，Zl與Z2串聯，這6個線圈在鐵心齒 上反繞，構成第2套繞組。第1套繞組與第2套繞組既可以為星形聯結，也可以為三角形聯 結。當為星形聯結時，將U1、V1、W1的首端引出作為繞組的首端A1、B1、C1，U2、V2、W2的尾 端作為中性點聯結到一起，將XUYUZl的首端引出作為繞組的首端A2、B2、C2，X2、Y2、Z2 的尾端作為中性點聯結到一起；當為三角形聯結時，將U2的尾端與Vl的首端、V2的尾端與 Wl的首端、W2的尾端與Ul的首端分別聯結到一起，然後將三個聯結點分別引出作為繞組的 首端Al、Bi、Cl，將X2的尾端與Yl的首端、Y2的尾端與Zl的首端、Z2的尾端與Xl的首端 分別聯結到一起，然後將三個聯結點分別引出作為繞組的首端A2、B2、C2，每套繞組的輸出 端各接一個二極體整流器，兩個二極體整流器的直流輸出母線並聯為總輸出端，總輸出端 給一個共同的蓄電池充電。其它組成和連接方式與具體實施方式
一相同。
本發明內容不僅限於上述各實施方式的內容，其中一個或幾個具體實施方式
的組 合同樣也可以實現發明的目的。
權利要求
高性能直流輸出永磁發電機系統，其特徵在於它由一臺三相永磁同步發電機和n個三相整流器構成，所述的三相永磁同步發電機的定子上設置了n套三相繞組和鐵心，每套三相繞組之間的電角度相位差δ滿足條件δ≤±60°/n；每套三相繞組的輸出端都與一個三相整流器的交流輸入端相連，n個三相整流器的直流輸出端並聯或串聯為總輸出端。
2.根據權利要求1所述的高性能直流輸出永磁發電機系統，其特徵在於三相永磁同步 發電機的定子中的η套三相繞組的每套繞組參數相同或不同。
3.根據權利要求1或2所述的高性能直流輸出永磁發電機系統，其特徵在於三相永磁 同步發電機的定子中的η套三相繞組為星形聯結、三角形聯結或星形與三角形混合聯結。
4.根據權利要求3所述的高性能直流輸出永磁發電機系統，其特徵在於三相永磁同步 發電機的中的η套三相繞組為分布繞組或集中繞組。
5.根據權利要求1或4所述的高性能直流輸出永磁發電機系統，其特徵在於三相整流 器為由功率半導體器件構成的可控整流器。
全文摘要
高性能直流輸出永磁發電機系統，它涉及電極領域，它解決了在三相永磁同步發電機的電流在採用整流器進行整流的過程中產生高次諧波電流會增大繞組銅耗、定轉子鐵心損耗，使電機發熱嚴重；同時，還引起定轉子振動和噪聲加劇的問題，它由一臺三相永磁同步發電機和n個三相整流器構成，所述的三相永磁同步發電機的定子上設置了n套三相繞組和鐵心，每套三相繞組之間的電角度相位差δ滿足條件δ≤±60°/n；每套三相繞組的輸出端都與一個三相整流器的交流輸入端相連，n個三相整流器的直流輸出端並聯或串聯為總輸出端。它具有功率密度高、效率高、振動和噪聲低、輸出電壓平均值高、電壓脈動小、容錯能力強、製造成本低等優點。應用在風力發電系統中。
文檔編號H02K11/00GK101951099SQ20101026224
公開日2011年1月19日 申請日期2010年8月25日 優先權日2010年8月25日
發明者寇寶泉, 李春豔, 貴獻國 申請人:哈爾濱工業大學