专利名称：双频变频无刷同步发电机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种旋转电源，尤其是一种双频变频无刷同步发电机。
本实用新型的技术方案为一种双频变频无刷同步发电机，工频50Hz和中频400Hz发电机为双枢式铁芯，同转轴装有一个双频复合式无刷励磁机和变频无刷投励装置。中频发电机的定子铁芯槽内嵌有二套绕组，一套中频真分数槽双迭式的等匝而不等距的正弦绕组1W，一套为单相的中频谐波绕组1WS作为励磁机的励磁源，二套绕组之间为正交设计，无电磁干扰结构；中频发电机的转子铁芯槽内嵌有二种绕组，一种阻尼笼的鼠笼式短路绕组，该绕组由紫铜制作，第二种绕组为中频凸极隐极化励磁绕组WF，其励磁电流由同轴的双频复合式无刷励磁机第一电枢绕组1WJ经三相旋转整流模块1XQ整流供给。工频发电机的定子铁芯槽内嵌有二套绕组，一套工频正弦绕组2W、一套为单相的谐波绕组2WS作为励磁机的励磁源，二套绕组之间为正交设计，无电磁干扰结构；工频发电机的转子铁芯槽内嵌有二种绕组，一种绕组是阻尼绕组，该绕组由紫铜制作，第二种绕组为工频励磁绕组2WF，其励磁电流由同轴的双频复合式无刷励磁机第二电枢绕组2WJ经三相旋转整流模块2XQ整流供给，转子铁芯为凸极，且有轴向通风槽。双频复合式无刷励磁机包括定子和转子，定子和转子上分别有两套无互感绕组1WE、1WJ、2WE、2WJ，两套无互感绕组共一个铁芯，转子铁芯两端面分别安装变频无刷投励装置和三相旋转整流器模块1XQ、2XQ，双频复合式无刷励磁机为工频发电机和中频发电机提供励磁电源；变频无刷投励装置包括三相旋转整流模块2XQ、旋转可控管KX、分压电阻R1、R2和限压电阻10Rf组成以及变频无刷投励装置的组成电路，无刷变频时，能实现自动投励使工频发电机牵入同步运行。
其工作原理双频无刷发电状态时，当发动机驱动发电机达到额定转速后，发电机各自谐波绕组WS剩磁电压经种自电压调节器AVR整流，供给各自励磁机励磁绕组WE加强各自励磁机励磁磁场，各自励磁机电枢绕组WJ感应交流电压，经各自三相旋转整流模块XQ整流，供给各自主磁场绕组(WF)加强主磁场，各自定子主绕组(W)感应交流电压(中频与工频)，该电压不断升高直到额定电压稳定。调节电压调节器AVR可整定发电机各自电压。变频无刷发电状态时，当相序正确的市电输入工频电机，工频电机开始异步启动，转速达到95％同步转速后，同步投励装置立即给同步电动机励磁，使电动机进入同步转速，然后驱动中频发电机发出中频电源。
本实用新型的优点在于双频变频无刷同步发电机能使双频发电和变频发电实现无刷化，取消了滑环电刷，无火花高频干扰，无滑环与炭刷磨损问题；发电时工频和中频电压互不干扰，电压波形正弦性好，供电品质优良；发电机可靠性高，维护简单，容易实现电站的智能自动化控制。如权利要求书所述的双频变无刷同步发电机结构特征，还可构成50Hz和400Hz输出，或50Hz和1000Hz输出，或50Hz和与整数倍50Hz频率电输出的不同功率的双频变频无刷同步发电机。
双频变频无刷同步发电机包括中频(400Hz)发电机5、工频(50Hz)发电机6、交流励磁机8、旋转整流器9、无刷投励装置7、离合器1、风扇3、机座4、前端盖2、后端盖12和轴承11。机座4内同转轴10布置带绕组的中频定子铁芯13和工频定子铁芯15，转子轴上与定子13、15铁芯对应布置带绕组的中频转子14铁芯和工频转子16铁芯，中频定子13铁芯侧的机座4止口上安装前端盖2，前端盖2与转轴10间通过轴承11安装，前端盖1内转轴10上安装离合器1和风扇3，后端盖12内安装带绕组的交流励磁机定子17铁芯，工频定子16铁芯侧的机座4止口上安装后端盖12，后端盖12与转轴10间通过轴承10安装，后端盖12内转轴10安装带绕组的交流励磁机转子18铁芯，中频定子13铁芯有中频主绕组和谐波绕组，工频定子15铁芯有工频主绕组和谐波绕组，中频转子14铁芯有中频主励磁绕组，工频转子16铁芯有工频主励磁绕组，交流励磁机定子17铁芯有两套无互感的中频和工频励磁绕组，交流励磁机转子18铁芯有两套无互感的中频和工频交流绕组，交流励磁机转子18铁芯的两侧分别安装旋转整流器9和无刷投励装置7。当双频发电时，双频复合式无刷励磁机8同时为两种频率的主发电机提供互不干扰的励磁电源，当变频发电时，双频复合式无刷励磁机8为同步电动机提供励磁进行同步运行，也同时为发电机提供励磁进行发电。双频复合式无刷励磁机8由定子17和转子18组成，定子17和转子18上分别有两套无互感绕组，两套无互套绕组共一个铁芯。
当变频发电时，即同步电动机运行，必须进行异步启动、同步投励、同步运行过程。无刷变频运行时，整个过程通过变频无刷投励装置7实现。
在异步启动过程中，转子磁极绕组会感应出高频率高电压交流电，对磁极绕级2wf绝缘和已接上的三相旋转整流模块2XQ产生冲击而损坏，变频无刷技术首先要解决此问题，为此，在磁极绕组上并联一个10倍于磁极绕组的限压电阻10Rf，限制高频高电压，同时三相旋转整流模块2XQ会受感应电压而导通造成短路而损坏，为此在磁极绕组与三相旋转整流模块2XQ负电极间串一旋转可控管KX，旋转可控管KX负极与三相旋转整流模块2XQ负电机相连，旋转可控管KX正极与磁极绕组相连，这样解决了异步启动过程中磁极绕组绝缘和三相旋转整流模块2XQ不受感应高频高电压冲击问题，使异步启动过程顺利完成。
同步电机异步启动过程后，转速达到95％同步转速，此时磁极绕组感应电压低频率也低，是电机牵入同步转速的最佳状态，此时必须给电机励磁使电机牵入同步，即同步投励过程。在同步投励过程中，给励磁机定子一定的励磁电压，励磁机电枢感应交流电，经三相旋转整流模块2XQ整流，由分压电阻(R1和R2)分压给旋转可控管KX控制极，使旋转可控管KX导通，为同步电机提供励磁电源，使同步电机进入同步，完成无刷自动同步投励过程。
同步投励过程后，同步电动机转速达到额定同步转速，驱动发电机发电，发电机加上负载后，如果励磁电压不变，同步电机就会失步，转速波动，为此设计了功率因数调节器，其根据负载情况及时调节励磁电流，使同步电动机稳定运行。
权利要求1.一种双频变频无刷同步发电机，工频50Hz(6)和中频400Hz(5)发电机为双枢式铁芯，同转轴(10)装有一个双频复合式无刷励磁机(8)和变频无刷投励装置(7)，其特征是中频发电机(5)的定子(13)铁芯槽内嵌有二套绕组，一套中频真分数槽双迭式的等匝而不等距的正弦绕组1W，一套为单相的中频谐波绕组1WS作为励磁机的励磁源，二套绕组之间为正交设计，无电磁干扰结构，中频发电机(5)的转子(14)铁芯槽内嵌有二种绕组，一种阻尼笼的鼠笼式短路绕组，该绕组由紫铜制作，第二种绕组为中频凸极隐极化励磁绕组WF，其励磁电流由同轴的双频复合式无刷励磁机第一电枢绕组1WJ经三相旋转整流模块1XQ整流供给；工频发电机(6)的定子(15)铁芯槽内嵌有二套绕组，一套工频正弦绕组2W、一套为单相的谐波绕组2WS作为励磁机的励磁源，二套绕组之间为正交设计，无电磁干扰结构，工频发电机(6)的转子(16)铁芯槽内嵌有二种绕组，一种绕组是阻尼绕组，该绕组由紫铜制作，第二种绕组为工频励磁绕组2WF，其励磁电流由同轴的双频复合式无刷励磁机第二电枢绕组2WJ经三相旋转整流模块2XQ整流供给，转子(16)铁芯为凸极，且有轴向通风槽(19)；双频复合式无刷励磁机(8)包括定子(17)和转子(16)，定子(17)和转子(16)上分别有两套无互感绕组1WE、1WJ、2WE、2WJ，两套无互感绕组共一个铁芯，转子(16)铁芯两端面分别安装变频无刷投励装置(7)和三相旋转整流器模块1XQ、2XQ(9)，双频复合式无刷励磁机(8)为工频发电机(6)和中频发电机(5)提供励磁电源；变频无刷投励装置(7)包括三相旋转整流模块2XQ(9)、旋转可控管KX、分压电阻R1、R2和限压电阻10Rf组成以及变频无刷投励装置的组成电路，无刷变频时，能实现自动投励使工频发电机(6)牵入同步运行。
专利摘要本实用新型公开一种双频变频无刷同步发电机，该双频变频无刷同步发电机由中频(400Hz)发电机、工频(50Hz)发电机、交流励磁机、旋转整流器、无刷投励装置、离合器、风扇、机座、前端盖、后端盖和轴承等组成，变频无刷发电机则是某种频率(50Hz)的发电机利用外电进行异步启动、同步投励、同步运行，驱动另一种频率(400Hz)的发电机发电，整个过程都是无刷化。能实现无刷双频发电，也能实现无刷变频发电。双频变频无刷同步发电机能使双频发电和变频发电实现无刷化，取消了滑环电刷，无火花高频干扰，无滑环与炭刷磨损问题；发电时工频和中频电压互不干扰，电压波形正弦性好，供电品质优良；发电机可靠性高，维护简单，容易实现电站的智能自动化控制。
文档编号H02K19/38GK2528153SQ0222855
公开日2002年12月25日 申请日期2002年2月28日 优先权日2002年2月28日
发明者徐剑萍 申请人:清华泰豪科技股份有限公司