专利名称：采用开关电源实现同步电机无刷励磁装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种采用开关电源实现同步电机无刷励磁装置。
背景技术：
永磁同步电机由于其转速高、体积小、结构简单、运行可靠等优点，在各个领域都 得到了广泛应用，但是由于稀土永磁体的高矫顽力，使得永磁发电机的磁场难以调节，可控 性差，而且成本较高。相比之下，励磁电机通过励磁电流建立可以灵活控制和调节励磁磁 场，而且成本较低，所以励磁电机正在逐步取代永磁电机。目前的有刷励磁电机最大的优点 是电机与励磁系统界限明显，相对独立，直观明了，而且转子励磁电流、励磁电压容易取得， 数值准确，检修方便。但是由于电刷的存在，增加了接触电阻，随着励磁电流的增大，电刷和 滑环常常因接触不良导致发热，严重时会产生环火而烧坏刷架和滑环，并且电刷的质量也 直接影响到运行稳定性，因而故障率较高。另外电刷在磨损时产生的碳粉给环境卫生造成 一定的影响，而且容易污染轴承座，降低其绝缘，给安全运行带来隐患。由于电刷存在磨损， 运行人员要经常巡视，更换电刷。同时，电刷在工作过程中经常引起较强的高频电磁干扰， 恶化电机系统的电磁环境，给驱动系统带来严重的电磁干扰。公开号为CN2309013Y的同步发电机无刷励磁装置，与同步发电机同轴装有直流 励磁机，直流励磁机有两个定子，且两个定子的磁极错开布置，每个定子的磁极个数与发电 机转子的磁极个数相同，每个定子的各磁极线圈分别串联，并分别通以大小相同相位相差 90°的交流电来实现无刷励磁。但是该装置为了实现起励、强励、灭磁和测量的功能，仍然 需要滑环和电刷，并没有实现真正意义的无刷励磁。公开号为CN86100740A的晶体管开关自动励磁装置，采用大功率晶体管开关电 源，通过测量电压控制晶体管开关导通比的方式调节励磁电流。这种自动励磁调节器只是 利用开关技术关注励磁磁场的建立与调节，并没有实现无刷。公开号CN1329393A的同步发电机开关电源励磁系统，采用超大功率开关电源取 代交流励磁机、附励磁机和可控硅整流电路，使得发电机的励磁电流与电网电压、发电机输 出电压完全无关。该系统虽然将开关电源应用到励磁系统，但是只是取代了励磁机，并没有 取代电刷和滑环。以上专利都存在一个共同点，就是没有真正的取消电刷和滑环，同时结构较复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用开关电源取代有刷励磁系统的电刷和滑环装置的 无刷励磁系统，使得电机既具有永磁同步电机效率高的优点，又具有磁通可调的特点。上述的目的通过以下的技术方案实现采用开关电源实现同步电机无刷励磁装置，其组成包括同步电机的定子和转子， 所述的定子里面安装控制器，所述的控制器连接逆变器，所述的逆变器连接磁罐变压器，所 述的磁罐变压器连接整流器，所述的整流器连接励磁绕组，所述的励磁绕组绕置于所述的转子的铁心。所述的采用开关电源实现同步电机无刷励磁装置，所述的磁罐变压器包括安装在 所述的定子上的初级线圈，所述的初级线圈通过气隙耦合次级线圈，所述的次级线圈安装 在所述的转子的转轴上。所述的采用开关电源实现同步电机无刷励磁装置，所述的气隙在0.4-0. 6mm之 间。有益效果1.本发明利用磁罐变压器可以取代励磁系统的集电环和电刷，实现了无刷励磁，
结构简单。2、通过调节开关电源的开关管来调压，达到调节磁通的目的。3、电励磁部分损耗小，具有永磁发电机高效率的特点。
附图1是本发明的结构示意图。附图2是本发明的主视图。附图3是附图2的A-A剖面图。附图4是本发明的结构框图。附图5是全桥整流开关电源工作原理图。附图6是全波整流开关电源工作原理图。
具体实施例方式实施例1 采用开关电源实现同步电机无刷励磁装置，其组成包括同步电机的定子1和转 子2，所述的定子里面安装控制器3，所述的控制器连接逆变器4，所述的逆变器连接磁罐变 压器，所述的磁罐变压器连接整流器5，所述的整流器连接励磁绕组6，所述的励磁绕组绕 置于所述的转子的铁心。所述的采用开关电源实现同步电机无刷励磁装置，所述的磁罐变压器包括安装在 所述的定子上的初级线圈7，所述的初级线圈通过气隙耦合次级线圈8，所述的次级线圈安 装在所述的转子的转轴9上。所述的采用开关电源实现同步电机无刷励磁装置，所述的气隙在0. 4-0. 6mm之 间。实施例2 如附图1-3所示，磁罐变压器的次级铁心10和整流器与电机转子铁心和励磁绕组 同轴排列。开关电源的另一部分安装在同步电机定子上，控制器和逆变器放置在定子壳体 空腔内，共用直流母线排列于定子壳体内表面，而磁罐变压器初级铁心11固定在电机定子 端部，并与磁罐变压器的次级铁心相对，初、次级铁心之间间隙0. 5mm左右。磁罐变压器的 次级线圈缠绕在次级铁心里面，初级线圈缠绕在初级铁心里面。如附图4所示，控制器在直流母线电压供电下完成对逆变器的控制，输出4路PWM 信号控制逆变器的4路开关管，实现直流信号变交流信号的逆变过程，将交流信号供给磁罐变压器的初级绕组，初级绕组在交流信号作用下产生交变磁场，通过气隙耦合到次级绕 组产生交变的励磁电流，经整流器整流后供给转子励磁绕组从而产生电机的励磁磁场。虚 线框内所有器件为电机转动部分。 图5和图6具体说明了开关电源实现无刷励磁的过程，开关电源采用隔离式全桥 DC-DC变换器。图5的4个开关晶体管VI，V2，V3，V4组成全桥开关逆变电路，高频PWM脉 冲信号轮流控制开关管的导通和关断，一个开关周期内，第一半周期VI，V4导通，V2，V3关 断；第二半周期V2，V3导通，VI，V4关断。于是直流输入电压VCC变换为高频交流方波电 压，实现DC-AC变换，而交流方波电压的频率由PWM频率决定。交流方波电压经高频变压器 升降压，再经整流和LC滤波电路，得到直流输出电压，实现AC-DC变换，负责给电机转子励 磁绕组供电。其中的整流部分可以采用不带抽头变压器进行单相全桥整流，如图5所示。也 可以采用中间带抽头变压器进行单相全波整流，如图6所示。
权利要求
一种采用开关电源实现同步电机无刷励磁装置，其组成包括同步电机的定子和转子，其特征是所述的定子里面安装控制器，所述的控制器连接逆变器，所述的逆变器连接磁罐变压器，所述的磁罐变压器连接整流器，所述的整流器连接励磁绕组，所述的励磁绕组绕置于所述的转子的铁心。
2.根据权利要求1所述的采用开关电源实现同步电机无刷励磁装置，其特征是所述 的磁罐变压器包括安装在所述的定子上的初级线圈，所述的初级线圈通过气隙耦合次级线 圈，所述的次级线圈安装在所述的转子的转轴上。
3.根据权利要求2所述的采用开关电源实现同步电机无刷励磁装置，其特征是所述 的气隙在0. 4-0. 6mm之间。
全文摘要
本发明涉及一种采用开关电源实现同步电机无刷励磁装置。同步电机由于电刷存在磨损，运行人员要经常巡视，更换电刷。同时，电刷在工作过程中经常引起较强的高频电磁干扰，恶化电机系统的电磁环境，给驱动系统带来严重的电磁干扰。本发明的组成包括同步电机的定子(1)和转子(2)，所述的定子里面安装控制器(3)，所述的控制器连接逆变器(4)，所述的逆变器连接磁罐变压器，所述的磁罐变压器连接整流器(5)，所述的整流器连接励磁绕组(6)，所述的励磁绕组绕置于所述的转子的铁心。本发明用于同步电机。
文档编号H02P9/14GK101924440SQ20101025029
公开日2010年12月22日 申请日期2010年8月11日 优先权日2010年8月11日
发明者余腾伟, 刘金凤, 王旭东, 金宁治 申请人:哈尔滨理工大学