旋轉電磁型有功與無功功率連續調整裝置的製作方法

2023-05-29 20:17:01 1

專利名稱：旋轉電磁型有功與無功功率連續調整裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種旋轉電磁型有功與無功功率連續調整裝置，屬於電機領域。
背景技術：
電力電子裝置的應用日益廣泛，許多電力電子裝置的功率因數很低，給電網帶來額外負擔並影響供電質量，因此提高功率因數，已成為電力電子技術中的一個重大課題。用於補償無功功率的典型裝置主要有同步調相機和靜止無功補償器SVC。同步調相機可以看作空載狀態的同步電動機，可以通過調整勵磁電流的大小來調整同步調相機吸收的無功功率。同步調相機過勵時，能從電網吸收超前的無功電流；欠勵時，則從電網吸收滯後的無功電流。在SVC裝置中，主要有固定電容器加晶閘管控制電抗器(FC+TCR)和晶閘管投切電容器(TSC)等類型，前者應用較多。SVC裝置為補償0～100％容量變化的無功功率，幾乎需要100％容量的電容器和超過100％容量的晶閘管控制電抗器，銅和鐵的消耗量很大，從技術發展的角度來說，這種類型的靜補裝置已不能說是先進的了。近年來的發展趨勢是採用GTO構成的自換向交流器，通常稱為靜止無功發生器(SVG)，也有人稱為高級靜止無功補償器(ASVC)，或靜止調相機(STATCON)，它既可提供滯後的無功功率，又可提供超前的無功功率。但是同步調相機需要經常維護，而且損耗和噪聲較大，而靜止無功補償器、靜止無功發生器則由於都採用功率半導體器件，這一方面會提高裝置的成本，另一方面也會降低裝置的可靠性，而且裝置的過載能力低，裝置功率器件的開關對電力系統的幹擾較大，有時還會降低電力系統的穩定性。

發明內容
為了解決現有的用於電網的無功及有功功率補償的裝置成本高、可靠性低、抗幹擾性差以及其會降低電網的穩定性的問題，本發明提供了一種旋轉電磁型有功與無功功率連續調整裝置。
本發明的旋轉電磁型有功與無功功率連續調整裝置由檢測單元、控制單元、轉子驅動裝置、第一繞線型轉子感應電機、第二繞線型轉子感應電機、阻抗單元和轉換開關組成，第一繞線型轉子感應電機和第二繞線型轉子感應電機的結構相同，且第一繞線型轉子感應電機的定子繞組和第二繞線型轉子感應電機的定子繞組的相序相反，第一繞線型轉子感應電機的轉子繞組和第二繞線型轉子感應電機的轉子繞組的相序相同，第一繞線型轉子感應電機的定子繞組和第二繞線型轉子感應電機的定子繞組的三個電源端都並接到電力網的傳輸線上，第二繞線型轉子感應電機的轉子繞組為三相對稱繞組，此三相對稱繞組嵌在轉子槽中但不相互連接，第一繞線型轉子感應電機的轉子繞組的三個電源端分別與第二繞線型轉子感應電機的轉子上的三相繞組的一端串聯連接，第二繞線型轉子感應電機的轉子上的三相繞組的另一端通過阻抗單元和轉換開關單元分別並接到第一繞線型轉子感應電機的定子繞組的三相繞組的電源端上，第一繞線型轉子感應電機和第二繞線型轉子感應電機的轉子同軸連接，並且轉子驅動裝置的力矩輸出端與第一繞線型轉子感應電機的轉子同軸連接，檢測單元將獲取的電力網傳輸線的有功分量和無功分量信息送入到控制單元的輸入端，控制單元的電機旋轉角信息輸出端連接轉子驅動裝置的控制信息輸入端。所述第一繞線型轉子感應電機和第二繞線型轉子感應電機的定子繞組及第一繞線型轉子感應電機的轉子繞組為三相對稱繞組。所述控制單元根據檢測單元的檢測結果按照預存的控制策略控制轉子驅動裝置帶動第一繞線型轉子感應電機的轉子偏轉一定的角度，隨著轉子位置的改變，兩個繞線型轉子感應電機的定子繞組與轉子繞組的輸出電壓和也隨之改變，即改變了施加於可調阻抗單元兩端的電壓，從而改變了可調阻抗單元上消耗的有功與無功功率，進而來調整電力系統得有功與無功功率。本發明採用兩個電機同軸連接的目的是為了使兩個電機產生的旋轉磁場的方向相反以及使兩個電機產生的轉矩相互抵消從而減少了轉子驅動裝置的驅動力。
當第一繞線型轉子感應電機的轉子轉過電角度δ時(δ為電機定子的一相繞組與其轉子的對應一相繞組的軸線的夾角)，如圖3所示， 為定子相繞組感應的電動勢矢量， 為第一繞線型轉子感應電機的轉子相繞組感應電動勢矢量， 為第二繞線型轉子感應電機的轉子相繞組感應電動勢矢量， 和 的大小相等，即|E21|=|E22|=E2,]]>從而定子相繞組與轉子相繞組的輸出電壓和，即施加於可調阻抗單元兩端的電壓Esr的大小按以下公式(1)計算Esr＝E1+E21cos(-δ)+E22cos(+δ)＝E1+2E2cos(δ)， (1)
當可調阻抗單元為電容器時，每個電容器輸出的超前無功功率為QC=12CEsr2,---(2)]]>當可調阻抗單元為電抗器時，每個電抗器輸出的超前無功功率為QL=12LIsr2,---(3)]]>當可調阻抗單元為電阻器時，每個電阻器消耗的有功功率為PR=Esr2R,---(4)]]>上式中C、L、R分別為可調阻抗單元的電容值、電抗值和電阻值，Isr為電抗器流過的電流值。根據上述分析可知，只要調整轉子與定子之間的相對位置δ，就可以調整電力系統的有功與無功功率。
本發明通過繞線型轉子感應電機調壓裝置與阻抗單元並聯，構成了一種旋轉電磁型有功與無功功率連續調整裝置，該裝置具有成本低、可靠性高、過載能力強、有功與無功功率連續可調、抗幹擾性強及不會影響電網穩定性等優點，因此它可以在電力系統以及電網終端用戶具有良好的應用前景。


圖1是本發明的結構示意圖；圖2是具體實施方式
二至四的結構示意圖；圖3是本發明的兩個繞線型轉子感應電機定、轉子繞組的感應電動勢矢量示意圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一參見圖1，本具體實施方式
的裝置由檢測單元6、控制單元5、轉子驅動裝置4、第一繞線型轉子感應電機1、第二繞線型轉子感應電機2、阻抗單元3和轉換開關單元7組成，第一繞線型轉子感應電機1和第二繞線型轉子感應電機2的結構相同，且第一繞線型轉子感應電機1的定子繞組1-1和第二繞線型轉子感應電機2的定子繞組2-1的相序相反，第一繞線型轉子感應電機1的轉子繞組1-2和第二繞線型轉子感應電機2的轉子繞組2-2的相序相同，第一繞線型轉子感應電機1的定子繞組1-1和第二繞線型轉子感應電機2的定子繞組2-1的三個電源端都並接到電力網的傳輸線上，第二繞線型轉子感應電機2的轉子繞組2-2為三相對稱繞組，此三相對稱繞組嵌在轉子槽中但不相互連接，第一繞線型轉子感應電機1的轉子繞組1-2的三個電源端分別與第二繞線型轉子感應電機2的轉子上的三相繞組的一端串聯連接，第二繞線型轉子感應電機2的轉子上的三相繞組的另一端通過阻抗單元3和轉換開關單元7分別並接到第一繞線型轉子感應電機1的定子繞組1-1的三相繞組的電源端上，第一繞線型轉子感應電機1和第二繞線型轉子感應電機2的轉子同軸連接，並且轉子驅動裝置4的力矩輸出端與第一繞線型轉子感應電機1的轉子同軸連接，檢測單元6將獲取的電力網傳輸線的有功分量和無功分量信息送入到控制單元5的輸入端，控制單元5的電機旋轉角信息輸出端連接轉子驅動裝置4的控制信息輸入端。所述第一繞線型轉子感應電機1和第二繞線型轉子感應電機2的定子繞組及第一繞線型轉子感應電機1的轉子繞組1-2為三相對稱繞組。所述第一繞線型轉子感應電機1、第二繞線型轉子感應電機2均採用常規方法獲得。
具體實施方式
二參見圖1和圖2，本具體實施方式
與具體實施方式
一的不同點是所述轉換開關單元7由三個三向轉換開關7-1組成，所述阻抗單元3由三個電阻器3-1、三個電抗器3-2和三個電容器3-3組成，一個電阻器3-1、一個電抗器3-2和一個電容器3-3構成一組阻抗單元，在一組阻抗單元中電阻器3-1、電抗器3-2和電容器3-3的一端並接在一起且此端與第二繞線型轉子感應電機2的轉子繞組2-2的一個電源端相連，在一組阻抗單元中電阻器3-1、電抗器3-2和電容器3-3的另一端分別連接一個轉換開關7-1的三個靜觸點，每個轉換開關7-1的動觸點分別接到第一繞線型轉子感應電機(1)的定子繞組(1-1)的一相繞組的電源端上。其他組成和連接關係與具體實施方式
一相同。本具體實施方式
採用轉換開關切換阻抗元件，結構簡單而且實用，可以根據電力系統的需要選擇阻抗元件。
具體實施方式
三參見圖1和圖2，本具體實施方式
與具體實施方式
一的不同點是所述第一繞線型轉子感應電機1的定子繞組1-1含有A1、B1、C1三相對稱繞組且為星形連接，所述第二繞線型轉子感應電機2的定子繞組2-1含有A`2、B`2、C`2三相對稱繞組且為星形連接，A1、B1、C1三相對稱繞組和A`2、B`2、C`2三相對稱繞組的相序相反；所述第一繞線型轉子感應電機1的轉子繞組1-2含有a1、b1、c1三相對稱繞組且為星形連接，所述第二繞線型轉子感應電機2的定子繞組2-2含有a`2、b`2、c`2三相對稱繞組為星形排列但互不相連，a1、b1、c1三相對稱繞組和a`2、b`2、c`2三相對稱繞組的相序相同；所述第一繞線型轉子感應電機1的定子繞組1-1的A1、B1、C1三相對稱繞組和所述第二繞線型轉子感應電機2的定子繞組2-1的A`2、B`2、C`2三相對稱繞組的三個電源端都並接到電力網的傳輸線上；所述第二繞線型轉子感應電機2的轉子繞組2-2的c`2相繞組的一端與所述第一繞線型轉子感應電機1的轉子繞組1-2的c1相繞組的電源端相連，所述第二繞線型轉子感應電機2的轉子繞組2-2的b`2相繞組的一端與所述第一繞線型轉子感應電機1的轉子繞組1-2的b1相繞組的電源端相連，所述第二繞線型轉子感應電機2的轉子繞組2-2的a`2相繞組的一端與所述第一繞線型轉子感應電機1的轉子繞組1-2的a1相繞組的電源端相連，所述第二繞線型轉子感應電機2的轉子繞組2-2的a`2、b`2、c`2三相對稱繞組的另一端分別連接所述阻抗單元3的一組阻抗單元中的電阻器3-1、電抗器3-2和電容器3-3的並聯一端。其他組成和連接關係與具體實施方式
一相同。本具體實施方式
給出了一個具有具體的定轉子繞組結構的繞線型轉子感應電機的實施例，用以說明它們內部之間的連接關係。
具體實施方式
四參見圖1和圖2，本具體實施方式
與具體實施方式
三的不同點是所述第一繞線型轉子感應電機1的定子繞組1-1的A1相繞組與所述第二繞線型轉子感應電機2的定子繞組2-1的B`2相繞組軸線重合，所述第一繞線型轉子感應電機1的定子繞組1-1的B1相繞組與所述第二繞線型轉子感應電機2的定子繞組2-1的A`2相繞組軸線重合，所述第一繞線型轉子感應電機1的定子繞組1-1的C1相繞組與所述第二繞線型轉子感應電機2的定子繞組2-1的C`2相繞組軸線重合；所述第一繞線型轉子感應電機1的轉子繞組1-2的a1相繞組與所述第二繞線型轉子感應電機2的轉子繞組2-2的a`2相繞組軸線重合，所述第一繞線型轉子感應電機1的轉子繞組1-2的b1相繞組與所述第二繞線型轉子感應電機2的轉子繞組2-2的b`2相繞組軸線重合，所述第一繞線型轉子感應電機1的轉子繞組1-2的c1相繞組與所述第二繞線型轉子感應電機2的轉子繞組2-2的c`2相繞組軸線重合；確定此軸線重合標準的目的是為了使兩個繞線型轉子感應電機確實能按照控制單元輸出轉角控制信息發生相對運動。其他組成和連接關係與具體實施方式
三相同。
權利要求
1.旋轉電磁型有功與無功功率連續調整裝置，其特徵在於所述裝置由檢測單元(6)、控制單元(5)、轉子驅動裝置(4)、第一繞線型轉子感應電機(1)、第二繞線型轉子感應電機(2)、阻抗單元(3)和轉換開關單元(7)組成，第一繞線型轉子感應電機(1)和第二繞線型轉子感應電機(2)的結構相同，且第一繞線型轉子感應電機(1)的定子繞組(1-1)和第二繞線型轉子感應電機(2)的定子繞組(2-1)的相序相反，第一繞線型轉子感應電機(1)的轉子繞組(1-2)和第二繞線型轉子感應電機(2)的轉子繞組(2-2)的相序相同，第一繞線型轉子感應電機(1)的定子繞組(1-1)和第二繞線型轉子感應電機(2)的定子繞組(2-1)的三個電源端都並接到電力網的傳輸線上，第二繞線型轉子感應電機(2)的轉子繞組(2-2)為三相對稱繞組，此三相對稱繞組嵌在轉子槽中但不相互連接，第一繞線型轉子感應電機(1)的轉子繞組(1-2)的三個電源端分別與第二繞線型轉子感應電機(2)的轉子上的三相繞組的一端串聯連接，第二繞線型轉子感應電機(2)的轉子上的三相繞組的另一端通過阻抗單元(3)和轉換開關單元(7)分別並接到第一繞線型轉子感應電機(1)的定子繞組(1-1)的三相繞組的電源端上，第一繞線型轉子感應電機(1)和第二繞線型轉子感應電機(2)的轉子同軸連接，並且轉子驅動裝置(4)的力矩輸出端與第一繞線型轉子感應電機(1)的轉子同軸連接，檢測單元(6)將獲取的電力網傳輸線的有功分量和無功分量信息送入到控制單元(5)的輸入端，控制單元(5)的電機旋轉角信息輸出端連接轉子驅動裝置(4)的控制信息輸入端。
2.根據權利要求1所述的旋轉電磁型有功與無功功率連續調整裝置，其特徵在於所述第一繞線型轉子感應電機(1)和第二繞線型轉子感應電機(2)的定子繞組及第一繞線型轉子感應電機(1)的轉子繞組(1-2)為三相對稱繞組。
3.根據權利要求1或2所述的旋轉電磁型有功與無功功率連續調整裝置，其特徵在於所述轉換開關單元(7)由三個三向轉換開關(7-1)組成，所述阻抗單元(3)由三個電阻器(3-1)、三個電抗器(3-2)和三個電容器(3-3)組成，一個電阻器(3-1)、一個電抗器(3-2)和一個電容器(3-3)構成一組阻抗單元，在一組阻抗單元中電阻器(3-1)、電抗器(3-2)和電容器(3-3)的一端並接在一起且此端與第二繞線型轉子感應電機(2)的轉子繞組(2-2)的一個電源端相連，在一組阻抗單元中電阻器(3-1)、電抗器(3-2)和電容器(3-3)的另一端分別連接一個轉換開關(7-1)的三個靜觸點，每個轉換開關(7-1)的動觸點分別接到第一繞線型轉子感應電機(1)的定子繞組(1-1)的一相繞組的電源端上。
4.根據權利要求3所述的旋轉電磁型有功與無功功率連續調整裝置，其特徵在於所述第一繞線型轉子感應電機(1)的定子繞組(1-1)含有A1、B1、C1三相對稱繞組且為星形連接，所述第二繞線型轉子感應電機(2)的定子繞組(2-1)含有A`2、B`2、C`2三相對稱繞組且為星形連接，A1、B1、C1三相對稱繞組和A`2、B`2、C`2三相對稱繞組的相序相反；所述第一繞線型轉子感應電機(1)的轉子繞組(1-2)含有a1、b1、c1三相對稱繞組且為星形連接，所述第二繞線型轉子感應電機(2)的定子繞組(2-2)含有a`2、b`2、c`2三相對稱繞組為星形排列但互不相連，a1、b1、c1三相對稱繞組和a`2、b`2、c`2三相對稱繞組的相序相同；所述第一繞線型轉子感應電機(1)的定子繞組(1-1)的A1、B1、C1三相對稱繞組和所述第二繞線型轉子感應電機(2)的定子繞組(2-1)的A`2、B`2、C`2三相對稱繞組的三個電源端都並接到電力網的傳輸線上；所述第二繞線型轉子感應電機(2)的轉子繞組(2-2)的c`2相繞組的一端與所述第一繞線型轉子感應電機(1)的轉子繞組(1-2)的c1相繞組的電源端相連，所述第二繞線型轉子感應電機(2)的轉子繞組(2-2)的b`2相繞組的一端與所述第一繞線型轉子感應電機(1)的轉子繞組(1-2)的b1相繞組的電源端相連，所述第二繞線型轉子感應電機(2)的轉子繞組(2-2)的a`2相繞組的一端與所述第一繞線型轉子感應電機(1)的轉子繞組(1-2)的a1相繞組的電源端相連，所述第二繞線型轉子感應電機(2)的轉子繞組(2-2)的a`2、b`2、c`2三相對稱繞組的另一端分別連接所述阻抗單元(3)的一組阻抗單元中的電阻器(3-1)、電抗器(3-2)和電容器(3-3)的並聯一端。
5.根據權利要求4所述的旋轉電磁型有功與無功功率連續調整裝置，其特徵在於所述第一繞線型轉子感應電機(1)的定子繞組(1-1)的A1相繞組與所述第二繞線型轉子感應電機(2)的定子繞組(2-1)的B`2相繞組軸線重合，所述第一繞線型轉子感應電機(1)的定子繞組(1-1)的B1相繞組與所述第二繞線型轉子感應電機(2)的定子繞組(2-1)的A`2相繞組軸線重合，所述第一繞線型轉子感應電機(1)的定子繞組(1-1)的C1相繞組與所述第二繞線型轉子感應電機(2)的定子繞組(2-1)的C`2相繞組軸線重合。
6.根據權利要求4所述的旋轉電磁型有功與無功功率連續調整裝置，其特徵在於所述第一繞線型轉子感應電機(1)的轉子繞組(1-2)的a1相繞組與所述第二繞線型轉子感應電機(2)的轉子繞組(2-2)的a`2相繞組軸線重合，所述第一繞線型轉子感應電機(1)的轉子繞組(1-2)的b1相繞組與所述第二繞線型轉子感應電機(2)的轉子繞組(2-2)的b`2相繞組軸線重合，所述第一繞線型轉子感應電機(1)的轉子繞組(1-2)的c1相繞組與所述第二繞線型轉子感應電機(2)的轉子繞組(2-2)的c`2相繞組軸線重合。
全文摘要
旋轉電磁型有功與無功功率連續調整裝置，它屬於電機領域，它解決了現有的用於電網的無功及有功功率補償的裝置成本高、可靠性低、抗幹擾性差以及其會降低電網的穩定性的問題。本發明採用了兩個結構相同的第一繞線型轉子感應電機(1)和第二繞線型轉子感應電機(2)，兩個繞線型轉子感應電機的定子繞組的相序相反且並接到電力網的傳輸線上，第一繞線型轉子感應電機(1)的轉子繞組(1－2)通過阻抗單元(3)和轉換開關單元(7)並接到定子繞組(1－1)上，兩個繞線型轉子感應電機的轉子同軸連接且與轉子驅動裝置(4)的力矩輸出端相連。本發明的裝置具有成本低、可靠性高、過載能力強、有功與無功功率連續可調、抗幹擾性強及不會影響電網穩定性等優點。
文檔編號H02K17/24GK1862907SQ200610010100
公開日2006年11月15日 申請日期2006年5月31日 優先權日2006年5月31日
發明者寇寶泉, 劉奉海, 李立毅 申請人:哈爾濱工業大學