CN204465291U - 一种变速恒频发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种发电机，尤其涉及一种输入转速可变、输出电流频率恒定的发电机，包括发电机本体，所述发电机本体顶端设有励磁机，所述发电机本体包括发电机转子、发电机磁极、发电机定子线棒、发电机定子引出线、发电机转轴和发电机磁极引出线，所述励磁机包括励磁机转动部件、励磁机电枢、励磁机磁极、励磁机磁极引线和励磁机转轴，所述励磁机转轴与发电机转轴连接，所述励磁机电枢的输出引线与发电机磁极引线连接，所述励磁机磁极的励磁输入为工频方波电流。本实用新型的有益效果是，发电机组转速可以按照原动机最优转速随时调整，而保持恒定频率的电流输出，使能源利用率最大化，同时发电机具有无刷励磁的优点。

Description

一种变速恒频发电机

技术领域

本实用新型涉及一种发电机，尤其涉及一种输入转速可变、输出电流频率恒定的发电机。

背景技术

目前发电机使用直流励磁电流，其输出恒定频率电流需要恒定的转速，即需要在同步转速下运行。但是原动机在不同输入条件下要达到最优效率状态运行时的转速并不恒定，通常为使发电机发出的电流频率恒定，而使原动机也在恒定转速下运行，这样能源利用率就不能最大化，造成一定的浪费；

而且普遍的励磁装置输出的是直流电流，而变速恒频电机励磁需要使用方波电流，因而目前的励磁装置不能满足变速恒频电机励磁需要。

实用新型内容

为了克服目前转子采用凸极结构发电机输出恒定频率电流必须在同步转速下运行、而使原动机必须转速恒定的缺点，本实用新型提供了一种可以输出变速恒频电机励磁需要的方波电流，能够满足非同步转速下可满足恒定频率电流输出的发电机，机组转速可按照原动机具有最优效率的转速下运行，使能源利用最大化。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种变速恒频发电机，包括发电机本体，所述发电机本体顶端设有励磁机，所述发电机本体包括发电机转子、发电机磁极、发电机定子线棒、发电机定 子引出线、发电机转轴和发电机磁极引出线，所述励磁机包括励磁机转动部件、励磁机电枢、励磁机磁极、励磁机磁极引线和励磁机转轴，所述励磁机转轴与发电机转轴连接，所述励磁机电枢的输出引线与发电机磁极引线连接，所述励磁机磁极的励磁输入为工频方波电流。

优选地，所述发电机本体外设有上机架和下机架，所述励磁机与上机架连接。

优选地，所述励磁机磁极的对数与发电机磁极的对数相同。

优选地，所述励磁机电枢与发电机磁极引线通过导线直接连接。

优选地，所述励磁机与发电机磁极线圈之间连接有励磁附加装置，所述励磁附加装置包括两个并联支路，每个支路上有两个串联晶闸管，分别为一个阳极晶闸管和一个阴极晶闸管，两个阳极晶闸管共用一个阳极，两个阴极晶闸管共用一个阴极，两个共阳极晶闸管接点连接励磁装置输出的阳极，两个共阴极晶闸管接点连接励磁装置输出的阴极，在两个支路的晶闸管之间引出接点，分别连接发电机磁极线圈的两端，发电机磁极线圈中电流方向由各个晶闸管导通、关断实现变换。

优选地，两个共阳极晶闸管分别为第一阳极晶闸管和第二阳极晶闸管，两个共阴极晶闸管分别为第一阴极晶闸管和第二阴极晶闸管。

优选地，所述发电机磁极线圈一端连接第一阳极晶闸管与第一阴极晶闸管之间，发电机磁极线圈另一端连接第二阳极晶闸管与第二阴极晶闸管之间。

优选地，该发电机还包括励磁整流装置，所述励磁整流装置包括 连接在三相交流电源上的两组晶闸管，每组晶闸管数量为6只，6只晶闸管形成三相全波全控整流桥，其中一组三相全波全控整流桥输出的正极与负极分别和另一组三相全波全控整流桥输出的负极与正极相接作为整流装置的两个输出端。

优选地，两组三相全波全控整流桥按变速恒频电机需要的规律交替导通关断，整流桥输出相应规律的方波电流，适应变速恒频电机励磁需要。

优选地，当仅使用一组整流桥时整流装置输出直流电流，可以满足普通同步电机励磁需求。

本实用新型的励磁机电枢与发电机磁极引线之间只有导线直接连接，不使用电刷，无其它电气元件，简化结构，节省成本。

本实用新型在发电机顶端设置同轴励磁机，该励磁机固定磁极对数与发电机转子磁极对数相同，励磁机磁极使用工频方波电流供电，励磁机电枢直接给发电机转子供电。当转动部件处于同步转速时，励磁机电枢输出即发电机磁极的输入电流为直流，定子线棒接受工频磁极磁场转换，定子输出工频电流。当转动部件不以同步转速时，励磁机电枢输出将是由工频、转频合成方波电流，这个方波电流加载在发电机转子磁极上，使得磁极极性跟随电流变化规律发生改变，磁极极性改变规律与转频叠加，从而使定子线棒接受磁场变换频率保持工频恒定，输出工频电流。

本实用新型还在励磁机与发电机本体之间的增加了励磁附加装置，它将普通励磁装置输出直流电流转变为变速恒频电机励磁需要的 方波电流。普通励磁装置采用本实用新型的附加装置后可以满足变速恒频电机的励磁需要。

同时增加了励磁整流装置，由两组晶闸管组成，每组6只晶闸管形成三相全波全控整流桥，两组整流桥输出不同极性接点相接，作为两个输出端，按需要的规律交替使用两个整流桥，可以输出变速恒频电机需要的方波励磁电流；当仅使用其中一组晶闸管整流桥时输出为直流电流，可以满足普通同步电机励磁需求。

本实用新型的有益效果是，发电机组转速可以按照原动机最优转速随时调整，而保持恒定频率的电流输出，使能源利用率最大化，同时发电机具有无刷励磁的优点。

附图说明

图1为实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型中同步转速时发电机各参数随时间变化情况；

图3为本实用新型中转速低于同步转速时发电机各参数随时间变化情况；

图4为本实用新型中转速高于同步转速时发电机各参数随时间变化情况；

图5为本实用新型中励磁附加装置的原理框图；

图6为本实用新型中励磁整流装置的原理框图；

图7为本实用新型中励磁整流装置的单独一组晶闸管导通整流图形；

图8为本实用新型中励磁整流装置的两组晶闸管交替导通整流图 形；

图中1.发电机磁极引线，2.励磁机转动部件，3.励磁机电枢，4.励磁机磁极引线，5.励磁机磁极，6.励磁机转轴，7.上机架，8.发电机转子，9.发电机磁极，10.发电机定子线棒，11.发电机定子引出线，12.下机架，13.发电机转轴，21.第一阳极晶闸管，22.第二阴极晶闸管，23.第二阳极晶闸管，24.第一阴极晶闸管，25.发电机磁极线圈。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明，但并不是对本实用新型保护范围的限制。

图1所示，一种变速恒频发电机，包括发电机本体，发电机本体顶端设有励磁机，发电机本体包括发电机转子8、发电机磁极9、发电机定子线棒10、发电机定子引出线11、发电机转轴13和发电机磁极引出线1，励磁机包括励磁机转动部件2、励磁机电枢3、励磁机磁极5、励磁机磁极引线4和励磁机转轴6，励磁机转轴6与发电机转轴13连接，励磁机电枢3的输出引线与发电机磁极引线1连接，励磁机磁极5的励磁输入为工频方波电流。发电机本体外设有上机架7和下机架12，励磁机与上机架7连接。励磁机磁极5的对数与发电机磁极9的对数相同。励磁机电枢3与发电机磁极引线1通过导线直接连接。

本实用新型中励磁机转轴6与发电机转轴13直接连接，使励磁机转动部件2与发电机转子8具有相同的转速。励磁机磁极5与发电机磁极9具有相同的数量。励磁机电枢3的输出引线直接与发电机磁 极引线1相连，为发电机磁极9提供励磁电流。下机架12与上架7为机组转动部分提供支承，励磁机定子包括励磁机磁极5也固定在上机架7上，通过励磁机磁极引线4给励磁机磁极5通入图2所示“励磁机输入电流”(与图3、图4此波形相同)波形的励磁电流，当机组具有同步转速时，励磁机电枢3将输出方向不变的电流，即如图2“励磁机输出电流”所示的单向电流，此时如图2“定子线棒对应的磁场变换”曲线所示频率为工频，发电机定子输出即为工频电流。当机组转速低于同步转速时，如图3“励磁机电枢线圈边变换”曲线所示，励磁机电枢线圈边的变换频率低于励磁机输入电流频率(即励磁机磁极极性变换频率)，此时所得励磁机电枢电流如图3“励磁机输出电流”所示波形，发电机转子转速与励磁机转子转速相同，即图3中“发电机转子实体磁极变换”与“励磁机电枢线圈边变换”曲线一致，因而由“励磁机输出电流”曲线与“发电机转子实体磁极变换”曲线相复合得到的“定子线棒对应的磁场变换”曲线具有工频频率，因而发电机定子输出为工频电流。图4所示为转速高于同步转速的情况，变换过程与机组转速低于同步转速时输出工频电流的原理相同。

图2-4分别示出了机组处于同步转速、机组转速低于同步转速、机组转速高于同步转速情况下，发电机保持工频电流输出，从励磁机输入电流波形、励磁电枢输出电流波形、发电机转子磁场变换规律、到发电机定子电流输出的过程。

如图5所示，所述励磁机与发电机磁极线圈之间连接有励磁附加装置，所述励磁附加装置包括两个并联支路，每个支路上有两个串联 晶闸管，分别为一个阳极晶闸管和一个阴极晶闸管，两个阳极晶闸管共用一个阳极，两个阴极晶闸管共用一个阴极，两个共阳极晶闸管接点连接励磁装置输出的阳极，两个共阴极晶闸管接点连接励磁装置输出的阴极，在两个支路的晶闸管之间引出接点，分别连接发电机磁极线圈25的两端，发电机磁极线圈25中电流方向由各个晶闸管导通、关断实现变换。两个共阳极晶闸管分别为第一阳极晶闸管21和第二阳极晶闸管23，两个共阴极晶闸管分别为第一阴极晶闸管24和第二阴极晶闸管22。发电机磁极线圈25一端连接第一阳极晶闸管21与第一阴极晶闸管24之间，发电机磁极线圈25另一端连接第二阳极晶闸管23与第二阴极晶闸管22之间。

本实用新型使用时，第一阳极晶闸管1、第二阳极晶闸管3共阳极引线接点标记为“+”，第二阴极晶闸管2、第一阴极晶闸管4共阴极引线接点标记为“-”，第一阳极晶闸管1、第一阴极晶闸管4之间引出线接点标记为“A”，第二阳极晶闸管3、第二阴极晶闸管2之间引出线接点标记为“B”，“+”接励磁装置输出的阳极，“-”接励磁装置输出的阴极，“A”、“B”分别接发电机磁极线圈5的两端。第二阳极晶闸管3、第一阴极晶闸管4关断状态下，第一阳极晶闸管1、第二阴极晶闸管2同时触发导通，发电机励磁电流由“A”经发电机磁极线圈5流向“B”。第一阳极晶闸管1、第二阴极晶闸管2同时关断状态下，第二阳极晶闸管3、第一阴极晶闸管4触发导通，电机励磁电流由“B”经发电机磁极线圈5流向“A”。第一阳极晶闸管1、第二阴极晶闸管2为一组，第二阳极晶闸管3、第一阴极晶闸管4为一 组，每组的晶闸管的导通或关断动作一致，两组之间的动作相反：即一组关断后另一组马上导通。两组晶闸管按电机励磁要求规律交替关断、导通，为变速恒频电机的磁极线圈提供方波电流。一组长期导通、另一组长期关断时可为同步运行普通电机磁极线圈供电。

如图6-8所示，该发电机还包括励磁整流装置，所述励磁整流装置包括连接在三相交流电源上的两组晶闸管，每组晶闸管数量为6只，6只晶闸管形成三相全波全控整流桥，其中一组三相全波全控整流桥输出的正极与负极分别和另一组三相全波全控整流桥输出的负极与正极相接作为整流装置的两个输出端。两组三相全波全控整流桥按变速恒频电机需要的规律交替导通关断，整流桥输出相应规律的方波电流，适应变速恒频电机励磁需要。当仅使用一组整流桥时整流装置输出直流电流，可以满足普通同步电机励磁需求。

如图6所示，晶闸管1-6为一组晶闸管(M组)，晶闸管1、3、5共阴极，晶闸管2、4、6共阳极，形成Q为“+”极，P为“-”极的三相全波全控整流电路。晶闸管1’-6’为一组晶闸管(N组)，晶闸管1’、3’、5’共阴极，晶闸管2’、4’、6’共阳极，形成P为“+”极，Q为“-”极的三相全波全控整流电路。

图7中，(1)为三相交流电源图形，(M)为M组晶闸管导通顺序，(2)为仅使用M组晶闸管整流电路时的整流装置输出图形，(N)为N组晶闸管导通顺序，(3)为仅使用N组晶闸管整流电路时的整流装置输出图形。仅使用M或N一组晶闸管时可以满足普通同步电机励磁需要

图8中，(1)为三相交流电源图形，(M)为M组晶闸管导通顺序，(N)为N组晶闸管导通顺序，(M)与(N)中阴影处表示相应时段该处晶闸管关断，非阴影处表示相应时段该处晶闸管导通，(2)为对应(M)(N)导通、关断规律下的整流装置输出图形。通过调整(M)和(N)两组导通、关断规律，得到相应规律的UQP方波输出，满足变速恒频电机励磁需求。

本实用新型的励磁整流装置可以根据需要输出方波电流或单向电流，满足变速恒频电机或同步电机励磁需要，可为变速恒频电机提供励磁电流的励磁整流装置。

Claims (10)

1.一种变速恒频发电机，包括发电机本体，其特征在于：所述发电机本体顶端设有励磁机，所述发电机本体包括发电机转子、发电机磁极、发电机定子线棒、发电机定子引出线、发电机转轴和发电机磁极引出线，所述励磁机包括励磁机转动部件、励磁机电枢、励磁机磁极、励磁机磁极引线和励磁机转轴，所述励磁机转轴与发电机转轴连接，所述励磁机电枢的输出引线与发电机磁极引线连接，所述励磁机磁极的励磁输入为工频方波电流。

2.根据权利要求1所述的变速恒频发电机，其特征在于：所述发电机本体外设有上机架和下机架，所述励磁机与上机架连接。

3.根据权利要求1所述的变速恒频发电机，其特征在于：所述励磁机磁极的对数与发电机磁极的对数相同。

4.根据权利要求1所述的变速恒频发电机，其特征在于：所述励磁机电枢与发电机磁极引线通过导线直接连接。

5.根据权利要求1所述的变速恒频发电机，其特征在于：所述励磁机与发电机磁极线圈之间连接有励磁附加装置，所述励磁附加装置包括两个并联支路，每个支路上有两个串联晶闸管，分别为一个阳极晶闸管和一个阴极晶闸管，两个阳极晶闸管共用一个阳极，两个阴极晶闸管共用一个阴极，两个共阳极晶闸管接点连接励磁装置输出的阳极，两个共阴极晶闸管接点连接励磁装置输出的阴极，在两个支路的晶闸管之间引出接点，分别连接发电机磁极线圈的两端，发电机磁极线圈中电流方向由各个晶闸管导通、关断实现变换。

6.根据权利要求5所述的一种变速恒频发电机，其特征在于：两个共阳极晶闸管分别为第一阳极晶闸管和第二阳极晶闸管，两个共阴极晶闸管分别为第一阴极晶闸管和第二阴极晶闸管。

7.根据权利要求6所述的一种变速恒频发电机，其特征在于：所述发电机磁极线圈一端连接第一阳极晶闸管与第一阴极晶闸管之间，发电机磁极线圈另一端连接第二阳极晶闸管与第二阴极晶闸管之间。

8.根据权利要求1所述的一种变速恒频发电机，其特征在于：该发电机还包括励磁整流装置，所述励磁整流装置包括连接在三相交流电源上的两组晶闸管，每组晶闸管数量为6只，6只晶闸管形成三相全波全控整流桥，其中一组三相全波全控整流桥输出的正极与负极分别和另一组三相全波全控整流桥输出的负极与正极相接作为整流装置的两个输出端。

9.根据权利要求8所述的一种变速恒频发电机，其特征在于：两组三相全波全控整流桥按变速恒频电机需要的规律交替导通关断，整流桥输出相应规律的方波电流，适应变速恒频电机励磁需要。

10.根据权利要求9所述的一种变速恒频发电机，其特征在于：当仅使用一组整流桥时整流装置输出直流电流，可以满足普通同步电机励磁需求。