一种宽转速范围无刷电励磁同步发电机的制作方法

本发明属无刷电励磁同步发电机领域，涉及一种宽转速范围电励磁同步发电机。

背景技术：

无刷电励磁同步发电机又称三级式发电机，包括永磁发电机、励磁机以及主发电机，发电机工作时永磁发电机为励磁机的励磁电源，其输出的交流电经控制器整流后通过调节串联在励磁回路的开关管的占空比为励磁机励磁绕组供电，从而使得励磁机电枢绕组及旋转整流器为主发电机的励磁绕组提供合适的直流励磁电流，保证主电机电枢绕组为用电负载提供恒定的电压。现有技术方案当发电机的转速范围较宽时存在以下问题：

(1)随着转速的升高，永磁发电机电压成比例升高，而主发电机及励磁机所需的励磁电流(或励磁电压)降低，导致发电机占空比迅速降低，当控制器占空比小到一定的值后调压性能急剧下降；

(2)高转速条件下，永磁机电压很高，若此时串联在励磁回路上的开关管短路，永磁机电压经整流后全部施加在励磁绕组上，使得励磁机励磁电流很大，而此时发电机转速很高因此主发电机电枢绕组产生的电压更高，可能上千伏，如此高的电压可能在保护动作前就损坏用电设备的电子元器件。

上述问题使得无刷电励磁同步发电机使用转速范围受到限制，目前在航空电源系统中，要求最高转速与最低转速之比不大于2倍，同时安全性降低。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种宽转速范围无刷电励磁同步发电机。

该无刷电励磁同步发电机随着转速升高，励磁机的励磁电源电压能够降低，从而保证在电机在宽转速范围内占空比均在控制器能够调节的范围内；同时当励磁回路上的开关管短路时，主发电机输出电压全转速范围内均在负载元器件能够承受的范围内。

基于此，本发明的技术方案为：

一种宽转速范围无刷电励磁同步发电机，包括混合励磁发电机1、三相交流励磁机2、第一旋转整流器3、单相励磁机4、第二旋转整流器5以及主发电机6；

所述混合励磁发电机1的转子包括励磁绕组1-2以及永磁体1-3；励磁绕组1-2通入正向的励磁电流时产生的磁场与永磁体1-3产生的磁场方向相反；所述混合励磁发电机1的定子绕组1-1为三相对称绕组；

所述三相交流励磁机2包含定子绕组2-1与转子绕组2-2，均为三相对称绕组，且三相交流励磁机定子绕组2-1相序与混合励磁发电机1的定子绕组1-1相序相反；

所述混合励磁发电机1的定子绕组1-1与所述三相交流励磁机2的定子绕组2-1对应相相连，混合励磁发电机1的定子绕组1-1同时给调压控制器及三相交流励磁机2的定子绕组2-1提供三相交流电；

所述混合励磁发电机1的励磁绕组1-2与所述三相交流励磁机2的转子绕组2-2通过第一旋转整流器3相连，三相交流励磁机2的转子绕组2-2为混合励磁发电机1的励磁绕组1-2提供经整流后的励磁电流；

所述单相励磁机4包括励磁绕组4-1和电枢绕组4-2，混合励磁发电机1输出的交流电经调压控制器整流后，为单相励磁机4的励磁绕组4-1供电；单相励磁机4的电枢绕组4-2及第二旋转整流器5为主发电机6的励磁绕组6-2提供直流励磁电流，使主电机电枢绕组6-1为用电负载提供恒定电压。

进一步的，励磁绕组1-2通入正向的励磁电流时产生的磁场与永磁体1-3产生的磁场方向相反，使得励磁磁场对永磁磁场具有削弱作用。

进一步的，所述混合励磁发电机1的定子绕组1-1的相序为a-b-c，所述三相交流励磁机定子绕组2-1的相序为a-c-b。

进一步的，所述混合励磁发电机1的定子绕组1-1与所述三相交流励磁机定子绕组2-1在通入相同的电枢电流时产生的旋转磁场方向相反，而混合励磁发电机1的定子绕组产生的旋转磁场的转向与电励磁同步发电机转子旋转方向相同，则三相交流励磁机定子绕组2-1产生的旋转磁场方向与电励磁同步发电机转子旋转方向相反。

进一步的，三相交流励磁机转子绕组2-2切割定子旋转磁场的转速为2倍的转子转速；随着转子转速的增加，三相交流励磁机定子绕组2-1切割转子绕组2-2的速度也增加，三相交流励磁机转子绕组2-2经整流后为混合励磁机励磁绕组1-2提供的励磁电流增加，使得混合励磁发电机的转子磁场减弱，混合励磁发电机1的输出电压降低。

进一步的，混合励磁发电机1输出的交流电经调压控制器整流后，通过调节串联在单相励磁机4励磁回路的开关管的占空比，为单相励磁机4的励磁绕组4-1供电。

有益效果

采用本发明后，无刷电励磁同步发电机即使在宽转速范围内运行时励磁回路开关管的占空比也不会太低，同时即使高转速开关管短路时，单相励磁机励磁电流也较小，主发电机输出电压不会升高过大使得用电负载的电子元器件损坏。

采用本发明使得无刷电励磁同步发电机的运行转速范围增加，同时提高了产品的安全性。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

附图1为宽转速范围无刷电励磁同步发电机组成及原理图；

附图2为宽转速范围无刷电励磁同步发电机结构图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本实施例用于100kva无刷电励磁同步发电机，其转速范围为(10000～25000)rpm。

如图1和图2所示，宽转速范围电励磁同步发电机包括混合励磁发电机1、三相交流励磁机2、第一旋转整流器3、单相励磁机4、第二旋转整流器5以及主发电机6。

电机工作时，混合励磁发电机1为单相励磁机4的励磁电源，其输出的交流电经控制器整流后，通过调节串联在单相励磁机4励磁回路的开关管的占空比，为单相励磁机4的励磁绕组4-1供电，从而使得单相励磁机电枢绕组4-2及第二旋转整流器5为主发电机6的励磁绕组6-2提供合适的直流励磁电流，保证主电机电枢绕组6-1为用电负载提供恒定的电压。

同时混合励磁发电机1的定子绕组1-1与三相交流励磁机2的定子绕组2-1相连。

混合励磁发电机1定子绕组1-1为三相对称绕组，其相序为a-b-c，即在发电机规定的转向下a相绕组超前b相绕组120°电角度，b相绕组超前c相绕组120°电角度；混合励磁发电机1的转子包括励磁绕组1-2以及永磁体1-3，励磁绕组1-2通入正向的励磁电流时产生的磁场与永磁体1-3产生的磁场方向相反，即励磁磁场对永磁磁场具有削弱作用。

三相交流励磁机2包含定子绕组2-1与转子绕组2-2，均为三相对称绕组，且三相交流励磁机定子绕组2-1相序与混合励磁发电机1的定子绕组1-1相序相反，为a-c-b，即在发电机规定的转向下a相绕组超前c相绕组120°电角度，c相绕组超前b相绕组120°电角度。混合励磁发电机1的定子绕组1-1与三相交流励磁机2的定子绕组2-1对应相相连，即a-a相连，b-b相连和c-c相连。

当电励磁同步发电机转子旋转时，混合励磁发电机1的定子绕组1-1同时给调压控制器及三相交流励磁机的定子绕组2-1提供三相交流电，因混合励磁发电机的定子绕组1-1与三相交流励磁机的定子绕组2-1相序相反，因此当其通入相同的电枢电流时产生的旋转磁场方向相反时，又因混合励磁发电机1的定子绕组产生的旋转磁场的转向与电励磁同步发电机转子旋转方向一定相同，则三相交流励磁机定子绕组2-1产生的旋转磁场方向与电励磁同步发电机转子旋转方向相反，这样三相交流励磁机转子绕组2-2切割定子旋转磁场的转速为2倍的转子转速，即随着转子转速的增加，三相交流励磁机定子绕组2-1切割转子绕组2-2的速度也增加，三相交流励磁机转子绕组2-2经整流后为混合励磁机励磁绕组1-2提供的励磁电流增加，使得混合励磁发电机的转子磁场减弱，相当于励磁机的励磁电源具有“转速负反馈”特性，使得随着转速的升高混合励磁发电机1的输出电压降低。从而使得发电机即使在宽转速范围内运行时励磁回路开关管的占空比也不会太低，同时即使高转速开关管短路时，单相励磁机励磁电流也较小，主发电机输出电压不会升高过大使得用电负载的电子元器件损坏。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。