一種三次諧波勵磁同步電的制造方法
【專利摘要】一種三次諧波勵磁同步電機，包括一機殼、定子鐵心、定子電樞繞組、定子三次諧波繞組、轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子勵磁繞組、轉(zhuǎn)子諧波繞組、轉(zhuǎn)軸。電樞繞組和三次諧波繞組分布于定子槽中；勵磁繞組套在磁極極身，諧波繞組分布于轉(zhuǎn)子槽中，三次諧波繞組通過反并聯(lián)晶閘管短接，晶閘管觸發(fā)脈沖的相位由勵磁控制器給定，勵磁繞組與諧波繞組通過二極管整流電路相連。本發(fā)明通過定子三次諧波繞組與轉(zhuǎn)子諧波繞組之間的磁耦合實現(xiàn)了將三次諧波繞組感應(yīng)的電動勢傳遞到勵磁繞組進行勵磁，取消了電刷和集電環(huán)或者交流勵磁機，具有可靠性高、維護量小和制造成本低等優(yōu)點；通過控制反并聯(lián)晶閘管的觸發(fā)脈沖相位實現(xiàn)了發(fā)電機端電壓的調(diào)節(jié)，具有控制方便、易于調(diào)節(jié)的優(yōu)點。
【專利說明】一種三次諧波勵磁同步電機
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電勵磁同步電機，特別涉及一種新型三次諧波勵磁同步電機。
【背景技術(shù)】
[0002]電機中的諧波磁場是客觀存在的，通常都設(shè)法減弱或消除諧波對電機性能的影響。然而，在不影響電機性能的前提下，采用諧波進行勵磁，則是巧妙地利用電機中的諧波磁場。自20世紀70年代起，國內(nèi)一些學(xué)者和電機廠技術(shù)人員開始對氣隙中三次諧波磁場的利用進行研究，并成功地應(yīng)用于同步發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)中，形成了一種三次諧波勵磁的同步發(fā)電機。
[0003]三次諧波勵磁同步電機結(jié)構(gòu)與普通同步電機相似，區(qū)別在于電機定子鐵心槽里除了布置電樞繞組外，還布置了一套三次諧波繞組，三次諧波繞組用于獲取氣隙中的三次諧波磁場能量，整流后提供給發(fā)電機的勵磁繞組進行勵磁。
[0004]采用三次諧波勵磁的勵磁方式與基波相復(fù)勵相比，具有線路簡單、反應(yīng)速度快以及良好的相復(fù)勵特性等優(yōu)點，但由于三次諧波繞組在定子側(cè)，需要借助電刷和集電環(huán)輸入到轉(zhuǎn)子勵磁繞組中，形成有刷的三次諧波勵磁同步發(fā)電機，或者需要借助交流勵磁機形成無刷的三次諧波勵磁同步發(fā)電機，從而降低了電機運行的可靠性以及增加了電機維護的工作量和制造成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種新型三次諧波勵磁同步電機。該電機在傳統(tǒng)三次諧波勵磁同步電機的基礎(chǔ)上，增加了一套轉(zhuǎn)子諧波繞組，通過定子三次諧波繞組與轉(zhuǎn)子諧波繞組之間的磁場耦合關(guān)系實現(xiàn)了將定子三次諧波繞組感應(yīng)的三次諧波電動勢傳遞到轉(zhuǎn)子勵磁繞組，取消了電刷和集電環(huán)或者交流勵磁機。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案是實現(xiàn)的。
[0007]一種新型三次諧波勵磁同步電機，包括一機殼，機殼內(nèi)裝有由定子鐵心、定子電樞繞組、定子三次諧波繞組組成的定子，以及由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子勵磁繞組、轉(zhuǎn)子諧波繞組、轉(zhuǎn)軸組成的轉(zhuǎn)子。定子電樞繞組和定子三次諧波繞組分布于定子鐵心上沿圓周方向開設(shè)的槽中。轉(zhuǎn)子勵磁繞組布置于轉(zhuǎn)子磁極極身，轉(zhuǎn)子諧波繞組分布于轉(zhuǎn)子鐵心上沿圓周方向開設(shè)的槽中。定子三次諧波繞組通過一對反并聯(lián)的晶閘管短接，晶閘管觸發(fā)脈沖的相位由勵磁控制器決定，轉(zhuǎn)子勵磁繞組與轉(zhuǎn)子諧波繞組通過二極管整流電路相連。
[0008]所述的定子電樞繞組可以為三相繞組，也可以為單相或者多相繞組；可以為整數(shù)槽繞組，也可以為分數(shù)槽繞組。
[0009]所述的定子三次諧波繞組為單相繞組。
[0010]所述的轉(zhuǎn)子諧波繞組可以為三相繞組，也可以為單相或者多相繞組。
[0011]所述的定子電樞繞組極距為定子三次諧波繞組極距的三倍。
[0012]所述的定子三次諧波繞組節(jié)距與轉(zhuǎn)子諧波繞組節(jié)距相等。[0013]所述的三次諧波勵磁同步電機定子極對數(shù)與轉(zhuǎn)子極對數(shù)相同。
[0014]所述的三次諧波勵磁同步電機可以為凸極結(jié)構(gòu)，也可以為隱極結(jié)構(gòu)。
[0015]本發(fā)明的三次諧波勵磁同步電機定子上布置兩套繞組:定子電樞繞組和定子三次諧波繞組。定子電樞繞組用于機電能量轉(zhuǎn)換，定子三次諧波繞組用于獲取氣隙中的三次諧波磁場能量，定子三次諧波繞組極對數(shù)為定子電樞繞組極對數(shù)的三倍。電機轉(zhuǎn)子上也布置兩套繞組:轉(zhuǎn)子勵磁繞組和轉(zhuǎn)子諧波繞組，定子三次諧波繞組節(jié)距與轉(zhuǎn)子諧波繞組節(jié)距相等。轉(zhuǎn)子極對數(shù)與定子電樞繞組極對數(shù)相同。定子電樞繞組和定子三次諧波繞組分別與勵磁磁動勢產(chǎn)生的基波磁場和三次諧波磁場相對應(yīng)，產(chǎn)生電磁感應(yīng)作用，相當于一臺旋轉(zhuǎn)磁極的同步發(fā)電機。定子三次諧波繞組與轉(zhuǎn)子諧波繞組相對應(yīng)，產(chǎn)生電磁感應(yīng)作用，相當于一臺旋轉(zhuǎn)電樞的同步發(fā)電機。轉(zhuǎn)子諧波繞組感應(yīng)的電動勢經(jīng)過二極管整流電路得到的直流電直接提供給轉(zhuǎn)子勵磁繞組進行勵磁，通過控制定子反并聯(lián)的晶閘管觸發(fā)脈沖相位，可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)子勵磁繞組電流的調(diào)節(jié)，從而達到調(diào)節(jié)定子電樞繞組電壓的目的。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的三次諧波勵磁同步電機具有如下特點:
[0017]1、通過定子三次諧波繞組與轉(zhuǎn)子諧波繞組之間的磁場耦合關(guān)系實現(xiàn)了將定子三次諧波繞組感應(yīng)的三次諧波電動勢傳遞到轉(zhuǎn)子勵磁繞組，取消了電刷和集電環(huán)或者交流勵磁機，提高了電機運行的可靠性、減少了電機維護的工作量和制造成本。
[0018]2、通過控制定子反并聯(lián)的晶閘管觸發(fā)脈沖的相位可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁繞組電流以及發(fā)電機端電壓，具有控制方便、易于調(diào)節(jié)的優(yōu)點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是圖2的A-A截面圖，為三次諧波勵磁同步電機結(jié)構(gòu)示意圖。其中I為機殼，2為定子鐵心，3為定子電樞繞組，4為定子三次諧波繞組，5為轉(zhuǎn)子勵磁繞組，6為轉(zhuǎn)子諧波繞組，7為轉(zhuǎn)子鐵心,8為轉(zhuǎn)軸,9為軸承。
[0020]圖2是圖1中電機截面圖，以4極為例。其中2為定子鐵心，3為定子電樞繞組，4為定子三次諧波繞組，5為轉(zhuǎn)子勵磁繞組，6為轉(zhuǎn)子諧波繞組，7為轉(zhuǎn)子鐵心，8為轉(zhuǎn)軸，10為定子鐵心上布置繞組的槽，11為轉(zhuǎn)子鐵心上布置轉(zhuǎn)子諧波繞組的槽。
[0021 ] 圖3是三次諧波勵磁同步電機電路原理圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0023]實施例。
[0024]由圖1和圖2可知，本發(fā)明的新型三次諧波勵磁同步電機，包括機殼，機殼內(nèi)配置有定子鐵心，定子鐵心上沿圓周方向開槽，槽內(nèi)布置有定子電樞繞組和定子三次諧波繞組。機殼與定子鐵心固定不動，機殼內(nèi)配置有轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸通過軸承與機殼連接。轉(zhuǎn)子勵磁繞組布置在轉(zhuǎn)子磁極極身上，轉(zhuǎn)子諧波繞組分布于轉(zhuǎn)子鐵心上沿圓周方向開設(shè)的槽中。轉(zhuǎn)子勵磁繞組、轉(zhuǎn)子諧波繞組、轉(zhuǎn)子鐵心可一起隨著轉(zhuǎn)軸在定子鐵心內(nèi)旋
[0025]本發(fā)明的工作原理是:當發(fā)電機空載運行時，轉(zhuǎn)軸以同步速旋轉(zhuǎn)，電機剩磁會在定子電樞繞組和定子三次諧波繞組中分別感應(yīng)同步頻率的電動勢和感應(yīng)3倍同步頻率的電動勢，3倍同步頻率的電動勢產(chǎn)生3倍同步頻率的電流，該電流產(chǎn)生的磁場在轉(zhuǎn)子諧波繞組中感應(yīng)諧波電動勢，經(jīng)二極管整流后提供給轉(zhuǎn)子勵磁繞組進行勵磁，以增強電機的氣隙磁場，從而建立電機的空載電壓。為了調(diào)節(jié)定子電樞繞組電動勢，在普通電勵磁同步電機的基礎(chǔ)上增加了一套定子三次諧波繞組和一套轉(zhuǎn)子諧波繞組，通過控制反并聯(lián)晶閘管的觸發(fā)脈沖相位便可以調(diào)節(jié)定子三次諧波繞組中電流大小，從而控制轉(zhuǎn)子諧波繞組電動勢以及勵磁繞組電流大小，實現(xiàn)了調(diào)節(jié)發(fā)電機端電壓的功能。晶閘管觸發(fā)脈沖的相位由勵磁控制器檢測發(fā)電機端電壓后決定，電路原理圖如圖3所示。
[0026]下面具體說明定子三次諧波繞組和轉(zhuǎn)子諧波繞組之間的電磁作用，以凸極結(jié)構(gòu)的同步電機為例進行說明。
[0027]當不考慮定子齒槽影響時，氣隙導(dǎo)磁系數(shù)為

[0028]
【權(quán)利要求】
1.一種三次諧波勵磁同步電機，包括一機殼，其特征在于:機殼內(nèi)裝有由定子鐵心、定子電樞繞組、定子三次諧波繞組組成的定子和由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子勵磁繞組、轉(zhuǎn)子諧波繞組、轉(zhuǎn)軸組成的轉(zhuǎn)子；定子電樞繞組和定子三次諧波繞組分布于定子鐵心上沿圓周方向開設(shè)的槽中，轉(zhuǎn)子勵磁繞組布置于轉(zhuǎn)子磁極極身，轉(zhuǎn)子諧波繞組分布于轉(zhuǎn)子鐵心上沿圓周方向開設(shè)的槽中，定子三次諧波繞組通過一對反并聯(lián)的晶閘管短接，轉(zhuǎn)子勵磁繞組與轉(zhuǎn)子諧波繞組通過二極管整流電路相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機，其特征是所述的定子電樞繞組為三相繞組、單相或多相繞組。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機，其特征是所述的定子電樞繞組為整數(shù)槽繞組或分數(shù)槽繞組。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機，其特征是所述的定子三次諧波繞組為單相繞組。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機，其特征是所述的轉(zhuǎn)子諧波繞組為三相繞組、單相或多相繞組。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機，其特征是所述的定子電樞繞組極距為定子三次諧波繞組極距的三倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機，其特征是所述的定子三次諧波繞組節(jié)距與轉(zhuǎn)子諧波繞組節(jié)距相等。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機，其特征是所述的三次諧波勵磁同步電機定子極對數(shù)與轉(zhuǎn)子極對數(shù)相同。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機，其特征是所述的三次諧波勵磁同步電機為凸極結(jié)構(gòu)或隱極結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機，其特征是所述的反并聯(lián)晶閘管由兩只晶閘管組成或由一只具有雙向功能的晶閘管組成。
【文檔編號】H02K19/12GK103683775SQ201310651551
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月3日
【發(fā)明者】夏永洪, 黃新, 黃劭剛, 龔文軍, 陳瑛, 楊玉文, 張景明 申請人:南昌大學(xué)