专利名称：旋转可控硅整流无刷励磁发电机的制作方法
技术领域：
本方案属于发电机制造技术领域，是对现有无刷励磁发电机的改进和提高。
背景技术：
1950年问世的旋转二极管式无刷励磁发电机，由于取缔了电刷滑环和整流子，消除了电刷、滑环、整流子运行时产生的电弧、碳粉、铜沫引起的励磁系统故障，使运行可靠性、极限容量、效率得到提高，使维护工作量维护费用减少，消除了碳粉铜污染发电机绝缘引起的转子接地、短路事故对发电机安全的威胁，提高了发电机电的安全性和使用寿命。但还存在如下问题(1)它的励磁调节速度慢，不适应现代电网的要求；(2)它的转子电压电流直接测量问题、转子接地保护问题、转子直接灭磁问题至今悬而未决，转子安全得不到有效保护。
为了提高这种发电机的励磁调节速度，国外于1976年制造了一台6万千瓦的旋转可控硅整流无刷励磁发电机的样机，它的可控硅整流桥、可控硅触发器都随主轴旋转，而可控硅触发器的发电机电压信号是从发电机外经旋转变压器输入的，输入可控硅触发器的发电机电压信号，在励磁不变的情况下，也会随发电机、旋转变压器的转速变化而产生偏差，这一偏差经放大单元放大将使可控硅触发系统的励磁调节精度降低。旋转变压器是单相的，不能与三相电压互感器和电流互感器构成调差单元，无调差功能，不适应于并列、并网运行，适用性差。。现有无刷励磁发电机的技术状况，见华中工学院樊俊等人编的水利电力出版社1981年10月出版的《同步发电机半导体励磁原理及应用》第14-16页，231-233页。
ZL94203617.4号专利《光控旋转可控硅式无刷励磁发电机》所述的技术方案能使上述问题得到解决，但由于交流励磁机和整流器是单相的，励磁电流脉动较大，交流励磁机的利用率较低，从而限制了发电机的容量的提高。
1996年12月提出的题为《大中型光控旋转可控硅整流无刷励磁发电机》的专利申请中，提出了三相交流励磁机的技术方案，但该方案中的可控硅触发器不是以交流励磁机的电枢电压为同步信号，而是以一台和交流励磁机同轴的永磁发电机的定子电压为同步信号，当交流励磁机带负载时，其电枢电压与永磁发电机的定子电压并不同步，因此，该方案是不可行的。
发明内容
本方案的目的是提出构思相同、主体结构相同的旋转可控硅整流无刷励磁发电机系列，它能实现从旋转二极管整流到旋转可控硅整流的质的飞跃，它的励磁性能优越(时间常数最小、励磁调节速度最快、调节精度高)、运行可靠性高，可实现微机控制，可使1950年至今悬而未决的转子电压电流的直接测量问题、转子接地保护问题、转子直接灭磁问题得到解决。
旋转可控硅整流无刷励磁发电机系列包括属于同一构思的交流励磁机为三相的旋转可控硅整流无刷励磁发电机、交流励磁机为单相的旋转可控硅整流无刷励磁发电机、交流励磁机为三相的光控旋转可控硅整流无刷励磁发电机及交流励磁机为单相的光控旋转可控硅整流无刷励磁发电机，它们都由同轴的一台旋转磁极式三相交流发电机、一台旋转电枢式交流励磁机、一个可控硅整流环、5-6个微型无刷旋转导电机构及可控硅励磁系统组成。光控旋转可控硅整流无刷励磁发电机的主轴末端中心处装有一只光电二极管，距主轴末端很近的支架上装着一只发光二极管。
旋转磁极式三相交流发电机由主轴、转子、定子组成，旋转电枢式交流励磁机可以是三相的也可以是单相的，由主轴、旋转的电枢、静止的磁极组成，可控硅整流环是一个装在主轴上的环形支架，支架上装着三相或单相可控硅整流桥、分流器、续流二极管、电阻分压器、可控硅触发系统的旋转部份。可控硅整流环可以装在主轴末端，也可以紧靠交流励磁机安装。微型无刷磁旋转导电机构是一个对主轴对地绝缘的旋转机构，由旋转部份和静止部份组成，它能传输电信号，但不产生电弧、碳粉、铜沫。
可控硅励磁系统的旋转部份由交流励磁机电枢绕组、可控硅整流桥、分流器、续流二极管、发电机转子绕组、电阻分压器、可控硅触发器的旋转部份(以下简称KCCQxb)、无刷旋转导电机构(以下简称WXDJ)的旋转部份组成，静止部份由电压互感器、电流互感器、同步变压器或电源变压器、熔断器、可控硅触发器的静止部份(以下简称KGCQjb)、WXDJ的静止部份、转子电压表、转子电流表、转子接地继电器组成。
交流励磁机为三相的旋转可控硅整流无刷励磁发电机的励磁系统的电气接线如下可控奎整流桥的输入端、电阻分压器的输入端都接在交流励磁机的三相电枢绕组上，发电机转子绕组、续流二极管并联后经分流器接在可控硅整流桥的输出端，可控硅的控制极、阴极、电阻分压器的输出端都接KGCQxb，KGCQxb经两个WXDJ与KGCQjb相接，电压互感器的一次侧经熔断器接发电机出线，二次侧经熔断器接KGCQ，电源变压器一次侧经熔断器接交流220伏电源，二次侧经熔断器接KGCQjb，电流互感器一次侧接发电机出线，二次侧接KGCQjb，转子电压表与转子接地继电器并联后经两个WXDJ接在转子绕组的两端，转子电流表经两个WXDJ接在分流器的两端。
交流励磁机为三相的旋转可控硅整流无刷励磁发电机的KGCQjb包括稳压电源、调差单元、测量比较单元、放大单元，各单元都是现有常规电路，各单元之间也按常规联接，KGCQxb包括移相触发单元、脉冲放大单元，它们也是常规电路，也按常规联接。KGCQjb的放大单元的输出端经两个WXDJ与KGCQjx的移相触发单元的输入端相接，移相触发单元的同步信号输入端接电阻分压器的输出端。移相触发单元的输出端接脉冲放大单元的输入端，脉冲放大单元的输出端接可控硅控制极、阴极。
交流励磁机为单相的旋转可控硅整流无刷励磁发电机的组成部份、电气接线与交流励磁机为三相的相同，但由于交流励磁机、可控硅整流桥、可控硅触发器都是单相的，因而励磁系统的电子线路十分简单，旋转电子元件的数量大为减少。
交流励磁机为三相的光控旋转可控硅整流无刷励磁发电机的励磁系统是这样接线的可控硅整流桥的输入端、电阻分压器的输入端，都接在交流励磁机的电枢绕组上，发电机转子绕组与续流二极管并联后经分流器接可控硅整流桥的输出端。可控硅的控制极、阴极、电阻分压器的输出端都接KGCQxb，装在主轴末端中心处的一只光电二极管接KGCQxb，同步变压器一次侧依次经熔断器、WXDJ接交流励磁机电枢绕组，二次侧经熔断器接KGCQjb，电压互感器经熔断器接发电机出线，二次侧熔断器接KGCQjb，电流互感器的一次侧接发电机出线，二次侧接KGCQjb，距主轴末端很近的支架上的发光二极管也接KGCQjb，转子电压表与转子接地继电器并联后经两个WXDJ接在转子绕组的两端，转子电流表经两个WXDJ接在分流器的两端。
交流励磁机为三相的光控旋转可控硅整流无刷励磁发电机的KGCQjb包括稳压电源、调差单元、测量经较单元、放大单元、移相触发单元、光脉冲信号编码发射0单元，KGCQxb包括稳压电源、光脉冲接收放大单元。稳压电源、调差单元、测量比较单元、放大单元、移相触发单元都是现有常规电路，它们之间也按常规电路联接。移相触发单元的输出端接光脉冲信号编码发射单元的输入端，光脉冲信号编码发射单元的输出端接装在距主轴末端很近的支架上的发光二极管。光脉冲信号接收放大单元的输入端接主轴末端中心处的光电二极管。光脉冲信号编码发射单元输出的光脉冲信号，经光电二极管输入光脉冲接收放大单元，光脉冲信号接收放大单元的输出端接可控制极、阴极。光脉冲接收放大单元的电源端接稳压电源的输出端，稳压电源的输入端接电阻分压的输出端。
交流励磁机为单相的光控旋转可控硅整流无刷励磁发电机的组成部份、电气接线与交流励磁机为三相的基本相同，但由于交注励磁机、可控硅整流桥、可控硅触发器都是单相的，KGCQjb中的光脉冲编码发射单元只是一只发光二极管。KGCQxb的光脉冲接收放大单元的解码电路变成了一只光电管，旋转电子元件的个数最少。
与现有无刷励磁发电机相比，这个系列的发电机具有如下优越性(1)实现了从旋转二极管整流到旋转可控硅整流的质的大飞跃；(2)励磁性能优越(时间常数最小、励磁调节速度最快、调节精度很高)；(3)使1950年无刷励磁发电机问世以来至今悬而未决的转子电压电流的直接测量问题、转子接地保护问题、转子直接灭磁问题得到解决，使发电机转子安全得到有效的保护；(4)由于可控硅触大多数电子元件都处于静止状态，维修比较方便。
图1是交流励磁机为三相的旋转可控硅整流无刷励磁发电机的电气接线图。
图2是交流励磁机为三相的旋转可控硅整流无刷励磁发电机的可控触发器的电子线路图。
图3是交流励磁机为三相的旋转可控硅整流无刷励磁发电机的主体结构图。
图4是交流励磁机为三相的光控旋转可控硅整流无刷励磁发电机的电气接线图。
图5是交流励磁机为三相的光控旋转可控硅整流无刷励磁发电机的可控硅触发器的静止部份的电子线路图。
图6是交流励磁机为三相的光控旋转可控硅整流无刷励磁发电机的可控硅触发器的旋转部份的电子线路图。
图7是交流励磁机为三相的光控旋转可控硅整流无刷励磁发电机的主体结构图。
具体实施方式
实施例1、交流励磁机为三相的旋转可控硅整流无刷励磁发电机(参看图1-3)。
这种发电机由一台旋转磁极式三相交流发电机、一台旋转电枢式三相交流励磁机、一个可控硅整流环、5个微型无刷转导电机构及可控硅励磁系统组成。
旋转磁极式三相交流发电机由主轴(1)、转子(2)、定子(3)组成。旋转电枢式三相交流励磁机由主轴(1)、旋转的电枢(4)、静止的磁极(5)组成。可控硅整流环(6)是一个固定在主轴上的环形支架，支架上装着三相可控硅整流桥KZ，续流二极管D、电阻分压器(1-6R组成)、分流器FL、KGCQxb。微型无刷旋转导电机构(7)是一个对主轴对地绝缘的旋转机构，由旋转部份、静止部份组成。
可控硅励磁系统的旋转部份由三相交流励磁机的电枢绕组JL、分流器FL、续流二极管D、发电机转子绕组FLQ、电阻分压器、KGCQxb、WXDJ的旋转部份组成，静止部份由电压互感器YH、电源变压器DB、熔断器1-4RD、KGCQjb、转子电压表V、转子电流表A、转子接地继电器ZBZ-2组成。
可控硅整流桥KZ的输入端、电阻分压器的输入端都接在交流励磁机JL的电枢绕组上。发电机转子绕组FLQ、续流二极管D并联后经分流器接在可控硅整流桥KZ的输出端。可控硅的控制极Ka、Kb、Kc阴极Ke和电阻分压器的输出端都接KGCQxb。电压互感器YH的一次侧经熔断器1RD接发电机出线，二次侧经熔断器2RD接KGCQjb，电源变压器DB的一次侧经3RD接交流220V电源，二次侧经4RD接KGCQjb，电流互感器LHa、LHc的一次侧接发电机出线，二次侧接KGCQjb，KGCQjb经两个WXDJ与KGCQx相接，转子电压表V转子接地继电器ZBZ-2并联后经两个WXDJ接在转子绕组FLQ的两端，转子电流表A经两个WXDJ接在分流器FL的两端。
KGCQjb包括稳压电源、调差单元、测量比较单元、放大单元。KGCQxb包括移相触发单元、脉冲放大单元。各单元的电路都是现有常规电路，各单元之间也按常规联接。KGCQjb的放大单元的输出端经两个WXDJ与KGCQxb的移相触发单元的输入端相接。脉冲放大单元的输出端与可控硅的控制极、阴极相接。
图2右端的集成块IC为NE555型，它的作用是把来自移相触发脉冲单元的触发脉冲信号进行放大后去触发旋转可控硅。
实施例2、交流励磁机为单相的旋转可控硅整流无刷励磁发电机。
这种发电机的组成部份、电气接线与交流励磁机为三相的相同，但交流励磁机、可控硅整流桥、可控硅触发器都是单相的，励磁线路十分简单，旋转的电子元件数量大为减少。
实施例3、交流励磁机为三相的光控旋转可控硅整流无刷励磁发电机(参看图4-7)。
这种发电机的主体部份及各部份结构与旋转可控硅整流无刷励磁发电机相同，所不同的是在主轴末端的中心处装有一只光电二极管GD，在距主轴末商很近的支架上有一只发光二极管FD，励磁系统的静止部份有一个同步变压器，但没有电源变压器。
可控硅整流桥的输入端、电阻分压器的输入端都接在三相交流励磁机JL的电枢绕组上。转子绕阻FLQ、续流二极管D并联后经分流器FL接可控硅整流桥的KZ的输出端，可控硅控制极Ka、Kb、Kc及阴极Ke、电阻分压器输出端f、g都接KGCQxb，距主轴末端很近的支架上的发光二极管FD也接KGCQjb，转子电压表V与转子接地继电器ZBZ-2并联后，经两个WXDJ接在转子绕组FLQ的两端，转子电流表经两个WXDJ接分流器FL的两端。
交流励磁机为三相的光控旋转可控硅整流无刷励磁发电机的KGCQjb包括稳压电源、调差单元、测量比较单元、放大单元、移相触发单元、光脉冲编码发射单元。KGCQxb包括稳压电源、光脉冲接收放大单元。稳压电源、调差单元、测量比较单元、放大单元、移相触发单元都是现有常规电路，各单元之间也按常规电路联接。移相触发单元的输出端接距主轴末端很近的支架上的发光二极管FD，光脉冲接收放大单元的输入端接主轴末商中心处的光电二极管GD。光脉冲编码发射单元与光脉冲信号接收单元靠光脉冲信号联系。光脉冲接收放大单元的输出端接可控硅的控制极、阴极。
图5右端的集成块IC为LC2199型，它与外接元件组成触发脉冲信号编码器，其作用是把来自触发脉冲单元的脉冲信号进行编码后，由发光二级管FD输出。
图6中的集成块1IC为CX20106型，2IC为LC2200型，1IC、2IC与外接元件组成光脉冲信号接收器，光脉冲信号接收器把光电管GD接收到的光脉冲信号解码后输入下一级进行放大。
图6右端的集成块3IC为NE555型，它把来自解码器输出的触发脉冲信号放大后去触发旋转可控硅。
实施例4、交流励磁机为单相的光控旋转可控整流无刷励磁发电机。
该发电机的组成部份、电气接线与交流励磁机为三相的相同，但由于交流励磁机、可控硅整流桥、可控硅触发器都是单相的，KGCQjb的光脉冲编码发射单元只是一只发光二极管FD，KGCQxb的光脉冲接收放大单元的解码电路变成了一只光电管GD，旋转电子元件的个数最少。
权利要求1.旋转可控硅整流无刷励磁发电机，包括属于同一构思的交流励磁机为三相的旋转可控硅整流无刷励磁发电机、交流励磁机为单相的旋转可控硅整流无刷励磁发电机、交流励磁机为三相的光控旋转可控硅整流无刷励磁发电机、交流励磁机为单相的光控旋转可控硅整流无刷励磁发电机，它们都由同轴的一台旋转磁极式三相交流发电机、一台旋转电枢式交流励磁机、一个整流环及励磁系统组成，其特征在于主轴上还有5-6个微型无刷旋转导电机构，整流环上装的是可控硅整流桥、续流二极管、分流器、电阻分压器、可控硅触发器的旋转部份，光控旋转可控硅整流无刷励磁发电机的主轴末端的中心处有一只光电二极管，距主轴末端很近的支架上还有一只发光二极管，旋转电枢式交流励磁机可以是三相的也可以是单相的，整流环是一个装在主轴上的环形支架，上面装着三相或单相可控硅整流桥、分流器、续流二极管，电阻分压器、可控硅触发器的旋转部份，微型无刷旋转导电机构是一个对主轴对地绝缘的旋转机构，它由旋转部份、静止部份组成，可控硅励磁系统的旋转部份由交流励磁机电枢绕组、可控硅整流桥、分流器、续流二极管、发电机转子绕组、电阻分压器，可控硅触发器的旋转部份 以下简称KGCQxb，微型无刷旋转导电机构 以下简称WXDJ的旋转部份组成，静止部份由电压互感器、电流互感器、同步变压器或电源变压器、熔断器、可控硅触发器的静止部份 以下简称KGCQjb，WXDJ的静止部份、转子电压表、转子电流表、转子接地继电器组成，交流励磁机为三相的旋转可控硅整流无刷励磁发电机的励磁系统的电气接线如下可控硅整流桥的输入端、电阻分压器的输入端都接在三相交流励磁机的电枢绕组上，发电机转子绕组、续流二极管并联后经分流器接在可控硅整流桥的输出端，可控硅的控制极、阴极、电阻分压器的输出端都接KGCQxb，KGCQxb经两个WXDJ与KGCQjb相接，电压互感器的一次侧经熔断器接发电机出线，二次侧经熔断器接KGCQjb，电源变压器经熔断器接交流220伏电源，二次侧经熔断器接KGCQjb，电流互感器一次侧接发电机出线，二次侧接KGCQjb，转子电压表与转子接地继电器并联后经两个WXDJ接在转子绕组的两端，转子电流表也经两个WXDJ接在分流器的两端，变流励磁机为三相的旋转可控硅整流无刷励磁发电机的KGCQjb包括稳压电源、调差单元、测量比较单元、放大单元，各单元都是常规电路，各单元之间也按常规联接，KGCQxb包括移相触发单元、脉冲放大单元，它们也是常规电路，也按常规联接，KGCQjb的放大单元的输出端经两个WXDJ与KGCQxb的移相触发单元的输入端联接，移相触发单元的同步信号输入端接电阻分压器的输出端，移相触发单元的输出端接脉冲放大单元的输入端，脉冲放大单元的输出端接可控硅的控制极和阴极，交流励磁机为单相的旋转可控硅整流无刷励磁发电机的组成部份、电气接线与交流励磁机为三相的相同，但由于交流励磁机、可控硅整流桥、可控硅触发器都是单相的，因而励磁系统的电子线路十分简单，旋转的电子元件大为减少，交流励磁机为三相的光控旋转可控硅整流无刷励磁发电机的励磁系统是这样接线的可控硅整流桥的输入端、电阻分压器输入端都接在三相交流励磁机的电枢绕组上，发电机转子绕组与续流二极管并联后经分流器接可控硅整流桥的输出端，可控硅的控制极、阴级、电阻分压器的输出端都接KGCQxb，装在主轴末端中心处的光电二极管接KGCQxb，同步变压器的一次侧依次经熔断器、WXDJ接交流励磁机电枢绕组，二次侧经熔断器接KGCQjb，电压互感器一次侧经熔断器接发电机出线，二次侧经熔断器接KGCQjb，电流互感器的一次侧接发电机出线，二次侧接KGCQjb，距主轴末端很近的支架上的发光二极管也接KGCQjb，转子电压表与转子接地继电器并联后经两个WXDJ接在发电机转子绕组的两端，转子电流表也经两个WXDJ接在分流器的两端，交流励磁机为三相的光控旋转可控硅整流无刷励磁发电机的KGCQjb包括稳压电源、调差单元、测量比较单元、放大单元、移相触发单元、光脉冲信号编码发射单元，KGCQxb包括稳压电源、光脉冲接收放大单元，稳压电源、调差单元、测量比较单元、放大单元、移相触发单元都是现有常规电路，它们之间也按常规电路联接，移相触发单元的输出端接光脉冲编码发射单元的输入端，光脉冲编码发射单元的输出端接装在距主轴末端很近的支架上的发光二极管，光脉冲接收放大单元的输入端接主轴末端中心处的光电二极管，光脉冲接收放大单元的输出端接可控硅的控制极、阴极，光脉冲信号接收放大单元的电源端接稳压电源的输出端，稳压电源的输入端接电阻分压器的输出端，变流励磁机为单相的光控旋转可控硅整流无刷励磁发电机的组成部份、电气接线与交流励磁机为三相的相同，但由于交流励磁机、可控硅整流桥、可控硅触发器都是单相的，KGCQjb中的光脉冲编码发射单元只是一只发光二极管，KGCQxb的光脉冲接收放大单元的解码电路变成了一只光电二极管，旋转电子元件的个数最少。
2.根据权利要求1所述的旋转可控硅整流无刷励磁发电机，其特征在于它的可控硅触发器的稳压电源、调差单元、测量比较单元、放大单元是静止不动的，而它的移相触发单元、脉冲放大单元装在可控硅整流环内，可随主轴旋转，放大单元的输出信号经两个WXDJ输入移相触发单元。
3.根据权利要求1所述的光控旋转可控硅整流无刷励磁发电机，其特征在于它的稳压电源、调差单元、测量比较单元、放大单元、移相触发单元、光脉冲编码发射单元都是静止不动的，它的光脉冲接收放大单元装在可控硅整流环内，可随主轴旋转，光脉冲信号经发光二极管、光电二极管输入光脉冲接收放大单元。
4.根据权利要求1所述的旋转可控硅整流无刷励磁发电机，其特征在于它的可控硅触发器的旋转部分的移相触发单元的同步信号和工作电源是由电阻分压器提供的。
5.根据权利要求1所述的光控旋转可控硅整流无刷励磁发电机，其特征在于它的旋转部份的稳压电源的交流电源是由电阻分压器提供的。
6.根据权利要求1所述的旋转可控硅整流无刷励磁发电机，其特征在于它们的转子电压、电流都经过微型无刷旋转导电机构引到发电机外进行直接测量。
专利摘要本系列包括同一构思的四种无刷励磁发电机，都由旋转磁极式三相交流发电机、旋转电枢式交流励磁机、可控硅整流环、微型无刷旋转导电机构、励磁系统构成。其特点是(1)实现了从旋转二极管整流到旋转可控硅整流的质的大飞跃，励磁性能优越；(2)使1950年至今悬而未决的转子电压电流直接测量问题、转子接地保护问题得到解决；(3)改进部分新增成本不超过旧机型的2‰，投资少、见效快、低投入、低风险、高性能、高附加值，可能成为更新换代产品，特别适合老企业的产品结构调整。
文档编号H02K19/38GK2545746SQ01230609
公开日2003年4月16日 申请日期2001年7月7日 优先权日2001年7月7日
发明者普朝文 申请人:普朝文