增磁升壓內(nèi)濾波電勵(lì)磁雙凸極直流發(fā)電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種增磁升壓內(nèi)濾波電勵(lì)磁雙凸極直流發(fā)電機(jī)，其特征在于電勵(lì)磁雙凸極發(fā)電機(jī)三相繞組A、B、C為末端開路繞組，相繞組電勢的正方向與勵(lì)磁磁通正方向符合正右手螺旋關(guān)系，相繞組電勢的正方向指向繞組的正端，每個(gè)相繞組，各自獨(dú)立分別接二極管和電容，經(jīng)導(dǎo)線引出，每相繞組的同名端分別接二極管的陽極，二極管的陰極接電容的正極，每相繞組的另一端接電容的負(fù)極，三個(gè)獨(dú)立的整流濾波部分再按照按電容的正負(fù)關(guān)系依次按照A相電容Ca的負(fù)極接B相電容Cb的正極，B相電容Cb的負(fù)極接C相電容Cc的正極，串聯(lián)后從電容Ca的正極和電容Cc的負(fù)極接導(dǎo)線，做為直流發(fā)電機(jī)的正極或負(fù)極使用。
【專利說明】增磁升壓內(nèi)濾波電勵(lì)磁雙凸極直流發(fā)電機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬發(fā)電機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及特種發(fā)電機(jī)，尤其是一種增磁升壓內(nèi)濾波電勵(lì)磁雙凸極直流發(fā)電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子均為凸極結(jié)構(gòu)，屬于變磁阻類電機(jī)。電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)(專利號(hào)ZL99114250.0)不需要轉(zhuǎn)子位置傳感器和功率變換器，系統(tǒng)可靠性高，采用多極結(jié)構(gòu)和雙定子結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)一步提高電機(jī)的功率密度和效率，有大的應(yīng)用前景。電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)用作直流發(fā)電機(jī)時(shí)，相繞組星型連接，并通過全橋整流器輸出直流電。受相繞組電感和全橋整流器二極管換相等因素的影響，使用全橋整流器的雙凸極發(fā)電機(jī)的輸出電壓隨負(fù)載增加而下降，常見的用電設(shè)備總希望供電電壓保持不變，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過增加勵(lì)磁電流來保持端電壓不變，從而增加了勵(lì)磁系統(tǒng)的勵(lì)磁損耗；同時(shí)，對(duì)電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)而言，由于凸極齒槽效應(yīng)的影響，作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大；作為發(fā)電機(jī)工作時(shí)，也存在輸出直流電壓脈動(dòng)大的缺陷，這極大限制了雙凸極電機(jī)在寬轉(zhuǎn)速運(yùn)行狀態(tài)尤其是低速運(yùn)行、大功率場合的應(yīng)用；另外，電勵(lì)磁雙凸極發(fā)電機(jī)用在寬轉(zhuǎn)速運(yùn)行狀態(tài)，特別是在轉(zhuǎn)速變比較大且變化劇烈的場合，后級(jí)負(fù)載為電力變換裝置時(shí)，傳統(tǒng)星-三角形接法的繞組結(jié)構(gòu)上瞬態(tài)尖峰電壓較高，容易破壞絕緣。因此,從電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)的基本電磁特性出發(fā)，提出具有低電壓調(diào)整率、低勵(lì)磁損耗、諧波脈動(dòng)小、繞組絕緣簡單可靠的增磁升壓內(nèi)濾波的電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)直流發(fā)電機(jī)，作為本發(fā)明的初衷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種具有低電壓調(diào)整率和低勵(lì)磁損耗，同時(shí)具有升壓、內(nèi)濾波效果、絕緣可靠的的增磁升壓內(nèi)濾波電勵(lì)磁雙凸極直流發(fā)電機(jī)。本發(fā)明的直流發(fā)電機(jī)，由電勵(lì)磁雙凸極發(fā)電機(jī)、二極管和電容組成，其中電勵(lì)磁雙凸極發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)為:定、轉(zhuǎn)子均為凸極齒槽結(jié)構(gòu)，定子和轉(zhuǎn)子鐵心均由娃鋼片疊壓而成，定子上除裝有集中電樞繞組外，還有勵(lì)磁繞組，空間相對(duì)的定子齒上的繞組串聯(lián)構(gòu)成一相，轉(zhuǎn)子上無繞組。該增磁升壓內(nèi)濾波電勵(lì)磁雙凸極直流發(fā)電機(jī)，包括有勵(lì)磁繞組、定子鐵心、相繞組、轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子連接軸構(gòu)成的電勵(lì)磁雙凸極發(fā)電機(jī)、二極管和電容，電勵(lì)磁雙凸極發(fā)電機(jī)的相繞組為末端開路結(jié)構(gòu)，形成各自獨(dú)立的三相模式。相繞組電勢的正方向與勵(lì)磁磁通正方向符合正右手螺旋關(guān)系，相繞組電勢的正方向指向繞組的正端。每個(gè)相繞組各自獨(dú)立經(jīng)導(dǎo)線引出，每相繞組的正端或負(fù)端分別接二極管的陽極或陰極，每相再接一個(gè)濾波電容，經(jīng)導(dǎo)線引出。三個(gè)獨(dú)立的整流濾波部分再按照按正負(fù)關(guān)系依次串聯(lián)，做為直流發(fā)電機(jī)的正極或負(fù)極使用。直流發(fā)電機(jī)的正極或負(fù)極分別接負(fù)載的正極和負(fù)極，對(duì)負(fù)載供電。調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的大小，即可調(diào)節(jié)發(fā)直流發(fā)電機(jī)的輸出電壓，從而保持輸出電壓的恒定。
[0004]本發(fā)明的直流發(fā)電機(jī)，其實(shí)現(xiàn)的原理是:電勵(lì)磁雙凸極發(fā)電機(jī)的相繞組磁鏈與轉(zhuǎn)子位置有關(guān)，當(dāng)轉(zhuǎn)子極滑入定子極時(shí)，空載磁鏈增加，繞組感應(yīng)出負(fù)的電勢，若此階段發(fā)電機(jī)向負(fù)載供電，由楞次定律可知，負(fù)載電流產(chǎn)生的磁鏈阻止空載磁鏈增加，為去磁電樞反應(yīng)，導(dǎo)致電勢降低；當(dāng)轉(zhuǎn)子極滑出定子極時(shí)，空載磁鏈減小，繞組感應(yīng)出正的電勢。若此階段發(fā)電機(jī)向負(fù)載供電，由楞次定律可知，負(fù)載電流產(chǎn)生的磁鏈阻止空載磁鏈的減小，為增磁電樞反應(yīng)，導(dǎo)致電勢升高。在轉(zhuǎn)子極滑出定子極的階段對(duì)負(fù)載供電，利用增磁電樞反應(yīng)來抵消或削弱相繞組電感和全橋整流器二極管換相等因素引起的電壓損失，從而降低了發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)整率和勵(lì)磁損耗。普通的整流型直流發(fā)電機(jī)輸出電壓，可根據(jù)星-三角接法的全波或半波整流關(guān)系，其直流輸出端電壓UO可簡化為每相繞組電壓和某一系數(shù)的乘積，本發(fā)明的直流發(fā)電機(jī)的直流輸出是對(duì)三個(gè)獨(dú)立的繞組進(jìn)行整流疊加，因而輸出直流電壓是每相整流電壓的3陪，對(duì)單獨(dú)相電壓而言形成明顯的增壓效果。同時(shí)在電壓疊加過程中，由于發(fā)電機(jī)三相繞組在空間互差120度分布，換相整流疊加，使用繞組內(nèi)在約束關(guān)系形成的濾波效果，減小電流諧波，減小電壓脈動(dòng)。在小勵(lì)磁電流工作時(shí)，電機(jī)磁路不飽和，增磁電樞反應(yīng)產(chǎn)生的電勢升高幅度隨負(fù)載的增加而增加；在大勵(lì)磁電流工作時(shí)，電機(jī)磁路飽和，隨負(fù)載的增加，增磁電樞反應(yīng)產(chǎn)生的電勢升高幅度降低，但同時(shí)由于磁路飽和，相繞組電感和二極管換相過程中引起的電壓損失也都相應(yīng)減小，所以在不同勵(lì)磁電流下，系統(tǒng)都有低的電壓調(diào)整率和勵(lì)磁損耗，拓寬了使用的場合。特別是在匹配電力變換型負(fù)載，由于在相同直流輸出電壓下每相繞組具有明顯低的電壓，因而在解決電力電子器件返射回繞組的高次諧波尖峰電壓時(shí)，由于基波電壓明顯降低，使因繞組電感而產(chǎn)生的尖峰電壓大大降低，保護(hù)了發(fā)電機(jī)的絕緣。適用于不同相數(shù)的電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)所有結(jié)構(gòu)形式。 [0005]本發(fā)明的直流發(fā)電機(jī)與現(xiàn)有技術(shù)相比，是從電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)的基本電磁特性和整流特性相結(jié)合出發(fā)，利用負(fù)載的增磁電樞反應(yīng)來降低電機(jī)的電壓調(diào)整率和勵(lì)磁損耗，增磁電樞反應(yīng)的電流為負(fù)載電流，不增加額外損耗；利用繞組的空間關(guān)系的換相整流疊加消除電流諧波，減小直流輸出電壓紋波和脈動(dòng)，從而改善直流發(fā)電機(jī)的性能和效率；使用繞組開路結(jié)構(gòu)進(jìn)行串聯(lián)，以較低的輸入相電壓實(shí)現(xiàn)高輸出電壓，拓展了使用范圍。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1是三相星型接法全波整流的直流發(fā)電機(jī)繞組連接圖；
圖2是本發(fā)明三相結(jié)構(gòu)電勵(lì)磁雙凸極直流發(fā)電機(jī)截面圖；
圖3是本發(fā)明增磁升壓內(nèi)濾波電勵(lì)磁雙凸極的直流發(fā)電機(jī)繞組連接圖。
[0007]圖中，1、勵(lì)磁繞組，2、定子鐵心，3、相繞組，4、轉(zhuǎn)子鐵心，5、轉(zhuǎn)子連接軸，if +代表勵(lì)磁繞組的正端，if-代表勵(lì)磁繞組的負(fù)端，A為A相繞組，B為B相繞組，C為C相繞組，A+代表A相繞組的正端，A-代表A相繞組的負(fù)端，B+代表B相繞組的正端，B-代表B相繞組的負(fù)端，C+代表C相繞組的正端，C-代表C相繞組的負(fù)端，Dl~D6為全波整流二極管，Da、Db,Dc為增磁升壓內(nèi)濾波電勵(lì)磁雙凸極直流發(fā)電機(jī)的二極管，Ca、Cb、Cc分別為A、B、C三相的整流電容，※表示三相繞組的同名端，Z為負(fù)載，Uo為直流輸出電壓。
【具體實(shí)施方式】
[0008]參照附圖，該增磁升壓內(nèi)濾波電勵(lì)磁雙凸極直流發(fā)電機(jī)，包括有勵(lì)磁繞組1、定子鐵心2、相繞組3、轉(zhuǎn)子鐵心4、轉(zhuǎn)子連接軸5構(gòu)成的電勵(lì)磁雙凸極發(fā)電機(jī)、二極管和電容，該電勵(lì)磁雙凸極發(fā)電機(jī)三相繞組A、B、C為末端開路繞組，相繞組電勢的正方向與勵(lì)磁磁通正方向符合正右手螺旋關(guān)系，相繞組電勢的正方向指向繞組的正端，每個(gè)相繞組，各自獨(dú)立分別接二極管和電容，經(jīng)導(dǎo)線引出，每相繞組的同名端分別接二極管的陽極，二極管的陰極接電容的正極，每相繞組的另一端接電容的負(fù)極，三個(gè)獨(dú)立的整流濾波部分再按照按電容的正負(fù)關(guān)系依次按照A相電容Ca的負(fù)極接B相電容Cb的正極，B相電容Cb的負(fù)極接C相電容Ce的正極，串聯(lián)后從電容Ca的正極和電容Ce的負(fù)極接導(dǎo)線，做為直流發(fā)電機(jī)的正極或負(fù)極使用。
[0009]由于不同相數(shù)不同結(jié)構(gòu)形式增磁升壓內(nèi)濾波電勵(lì)磁雙凸極直流發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)與3相6/4結(jié)構(gòu)電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)相似，下面以3相6/4結(jié)構(gòu)電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)來說明具體的實(shí)施方式。本發(fā)明的直流發(fā)電機(jī)，涉及的3相6/4結(jié)構(gòu)電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)如圖2所示。勵(lì)磁電流if+流入,從勵(lì)磁繞組的負(fù)端if-流出，在勵(lì)磁繞組內(nèi)部產(chǎn)生從左到右的勵(lì)磁磁通。若電流從A、B、C三相繞組的正端流出，負(fù)端流入，在繞組內(nèi)部產(chǎn)生從左到右的負(fù)載磁通，與勵(lì)磁磁通一致。A、B、C三相繞組的負(fù)端A-、B-、C-各自獨(dú)立，并經(jīng)導(dǎo)線引出分別接電容Ca、Cb、Ce的負(fù)端，A、B、C三相繞組的正端A+、B+、C+分別接二極管Da、Db、Dc的陽極，Da、Db、Dc的陰極分別連接到Ca、Cb、Ce的正端，將Ca的負(fù)端和Cb的正端相接，再將Cb的負(fù)端和Ce的正端相接，從Ca的正端和Ce的負(fù)端分別接導(dǎo)線引出，做直流發(fā)電機(jī)的正極、負(fù)極使用。直流發(fā)電機(jī)的正極和負(fù)極分別接負(fù)載Z的正極和負(fù)極，對(duì)負(fù)載供電。如圖3所示。調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流if的大小，即可調(diào)節(jié)增磁發(fā)電電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)的輸出電壓U0，從而保持輸出電壓UO恒定。本發(fā)明的增磁升壓內(nèi)濾波電勵(lì)磁雙凸極直流發(fā)電機(jī)，涉及的3相6/4結(jié)構(gòu)電勵(lì)磁雙凸極的相繞組磁鏈與轉(zhuǎn)子位置有關(guān)，定義轉(zhuǎn)子極與A相定子極對(duì)齊時(shí)為0度電角度，即圖2所示位置。在[0度電角度-120度電角度]區(qū)間，轉(zhuǎn)子極滑出A相定子極時(shí)，A相空載磁鏈減小,繞組感應(yīng)出正的電勢，A相二極管Da的陽極與陰極之間的電壓為正，Da導(dǎo)通，A相繞組電流從A+端流出，從A-端流入，產(chǎn)生的電樞磁場與勵(lì)磁磁場方向一致,增加A相繞組匝鏈的磁鏈，從而提高A相繞組電勢。繞組電勢的增加量可近似抵消相繞組電感和全橋整流器二極管換向等因素引起的電壓損失，輸出電壓Uo下降少，設(shè)計(jì)合理可使輸出電壓Uo基本保持不變，在120度電角度-240度電角度區(qū)間，A相定子極下為轉(zhuǎn)子槽，A相空載磁鏈基本不變，繞組感應(yīng)電勢接近為0，A相二極管Da的陽極與陰極之間的電壓為負(fù)，Da截止，A相繞組沒有電流；在240度電角度-360度電角度區(qū)間，轉(zhuǎn)子極滑入A相定子極時(shí)，A相空載磁鏈增加，繞組感應(yīng)出負(fù)的電勢，A相二極管Da的陽極與陰極之間的電壓為負(fù)，Da截止，A相繞組沒有電流。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到360度電角度時(shí)，下一個(gè)周期開始。B相、C相的工作原理與A相相同，時(shí)間分別滯后120度電角度和240度電角度，如圖2所示。本發(fā)明的增磁升壓內(nèi)濾波電勵(lì)磁雙凸極直流發(fā)電機(jī)，涉及的三相繞組A、B、C，在輸出時(shí)，首先連接到各自的整流二極管Da、Db、Dc及電容Ca、Cb、Cc，每一相構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的整流單元，通過三個(gè)單元的直流串聯(lián)疊加，形成升壓的輸出電壓Uo，如圖3所示。本發(fā)明的增磁升壓內(nèi)濾波電勵(lì)磁雙凸極直流發(fā)電機(jī)，涉及的每相輸出電壓，在經(jīng)過每相獨(dú)立整流單元后，各種高次諧波成份得到較大的衰減，同時(shí)由于三相繞組A、B、C在空間呈120度電角度分布，如圖2所示，這樣，直流電壓依次移開一定的相位角，然后進(jìn)行疊加，達(dá)到調(diào)整功率因數(shù)和消除諧波的目的。
【權(quán)利要求】
1.一種增磁升壓內(nèi)濾波電勵(lì)磁雙凸極直流發(fā)電機(jī)，包括有勵(lì)磁繞組(I)、定子鐵心(2)、相繞組(3)、轉(zhuǎn)子鐵心(4)、轉(zhuǎn)子連接軸(5)構(gòu)成的電勵(lì)磁雙凸極發(fā)電機(jī)、二極管和電容，其特征在于:該電勵(lì)磁雙凸極發(fā)電機(jī)三相繞組A、B、C為末端開路繞組，相繞組電勢的正方向與勵(lì)磁磁通正方向符合正右手螺旋關(guān)系，相繞組電勢的正方向指向繞組的正端，每個(gè)相繞組，各自獨(dú)立分別接二極管和電容，經(jīng)導(dǎo)線引出，每相繞組的同名端分別接二極管的陽極，二極管的陰極接電容的正極，每相繞組的另一端接電容的負(fù)極，三個(gè)獨(dú)立的整流濾波部分再按照按電容的正負(fù)關(guān)系依次按照A相電容Ca的負(fù)極接B相電容Cb的正極，B相電容Cb的負(fù)極接C相電容Ce的正極，串聯(lián)后從電容Ca的正極和電容Ce的負(fù)極接導(dǎo)線，做為直流發(fā)電機(jī)的正極或負(fù)極使用。
【文檔編號(hào)】H02K29/00GK103683786SQ201210338813
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月14日
【發(fā)明者】于功山, 張軍剛, 談學(xué)超, 張卓鴻, 王懷杰, 張文昌, 劉海鵬 申請人:濟(jì)南吉美樂電源技術(shù)有限公司