专利名称：旋转电磁型有功与无功功率连续调整装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种旋转电磁型有功与无功功率连续调整装置，属于电机领域。
背景技术：
电力电子装置的应用日益广泛，许多电力电子装置的功率因数很低，给电网带来额外负担并影响供电质量，因此提高功率因数，已成为电力电子技术中的一个重大课题。用于补偿无功功率的典型装置主要有同步调相机和静止无功补偿器SVC。同步调相机可以看作空载状态的同步电动机，可以通过调整励磁电流的大小来调整同步调相机吸收的无功功率。同步调相机过励时，能从电网吸收超前的无功电流；欠励时，则从电网吸收滞后的无功电流。在SVC装置中，主要有固定电容器加晶闸管控制电抗器(FC+TCR)和晶闸管投切电容器(TSC)等类型，前者应用较多。SVC装置为补偿0～100％容量变化的无功功率，几乎需要100％容量的电容器和超过100％容量的晶闸管控制电抗器，铜和铁的消耗量很大，从技术发展的角度来说，这种类型的静补装置已不能说是先进的了。近年来的发展趋势是采用GTO构成的自换向交流器，通常称为静止无功发生器(SVG)，也有人称为高级静止无功补偿器(ASVC)，或静止调相机(STATCON)，它既可提供滞后的无功功率，又可提供超前的无功功率。但是同步调相机需要经常维护，而且损耗和噪声较大，而静止无功补偿器、静止无功发生器则由于都采用功率半导体器件，这一方面会提高装置的成本，另一方面也会降低装置的可靠性，而且装置的过载能力低，装置功率器件的开关对电力系统的干扰较大，有时还会降低电力系统的稳定性。
发明内容
为了解决现有的用于电网的无功及有功功率补偿的装置成本高、可靠性低、抗干扰性差以及其会降低电网的稳定性的问题，本发明提供了一种旋转电磁型有功与无功功率连续调整装置。
本发明的旋转电磁型有功与无功功率连续调整装置由检测单元、控制单元、转子驱动装置、第一绕线型转子感应电机、第二绕线型转子感应电机、阻抗单元和转换开关组成，第一绕线型转子感应电机和第二绕线型转子感应电机的结构相同，且第一绕线型转子感应电机的定子绕组和第二绕线型转子感应电机的定子绕组的相序相反，第一绕线型转子感应电机的转子绕组和第二绕线型转子感应电机的转子绕组的相序相同，第一绕线型转子感应电机的定子绕组和第二绕线型转子感应电机的定子绕组的三个电源端都并接到电力网的传输线上，第二绕线型转子感应电机的转子绕组为三相对称绕组，此三相对称绕组嵌在转子槽中但不相互连接，第一绕线型转子感应电机的转子绕组的三个电源端分别与第二绕线型转子感应电机的转子上的三相绕组的一端串联连接，第二绕线型转子感应电机的转子上的三相绕组的另一端通过阻抗单元和转换开关单元分别并接到第一绕线型转子感应电机的定子绕组的三相绕组的电源端上，第一绕线型转子感应电机和第二绕线型转子感应电机的转子同轴连接，并且转子驱动装置的力矩输出端与第一绕线型转子感应电机的转子同轴连接，检测单元将获取的电力网传输线的有功分量和无功分量信息送入到控制单元的输入端，控制单元的电机旋转角信息输出端连接转子驱动装置的控制信息输入端。所述第一绕线型转子感应电机和第二绕线型转子感应电机的定子绕组及第一绕线型转子感应电机的转子绕组为三相对称绕组。所述控制单元根据检测单元的检测结果按照预存的控制策略控制转子驱动装置带动第一绕线型转子感应电机的转子偏转一定的角度，随着转子位置的改变，两个绕线型转子感应电机的定子绕组与转子绕组的输出电压和也随之改变，即改变了施加于可调阻抗单元两端的电压，从而改变了可调阻抗单元上消耗的有功与无功功率，进而来调整电力系统得有功与无功功率。本发明采用两个电机同轴连接的目的是为了使两个电机产生的旋转磁场的方向相反以及使两个电机产生的转矩相互抵消从而减少了转子驱动装置的驱动力。
当第一绕线型转子感应电机的转子转过电角度δ时(δ为电机定子的一相绕组与其转子的对应一相绕组的轴线的夹角)，如图3所示， 为定子相绕组感应的电动势矢量， 为第一绕线型转子感应电机的转子相绕组感应电动势矢量， 为第二绕线型转子感应电机的转子相绕组感应电动势矢量， 和 的大小相等，即|E21·|=|E22·|=E2,]]>从而定子相绕组与转子相绕组的输出电压和，即施加于可调阻抗单元两端的电压Esr的大小按以下公式(1)计算Esr＝E1+E21cos(-δ)+E22cos(+δ)＝E1+2E2cos(δ)， (1)
当可调阻抗单元为电容器时，每个电容器输出的超前无功功率为QC=12CEsr2,---(2)]]>当可调阻抗单元为电抗器时，每个电抗器输出的超前无功功率为QL=12LIsr2,---(3)]]>当可调阻抗单元为电阻器时，每个电阻器消耗的有功功率为PR=Esr2R,---(4)]]>上式中C、L、R分别为可调阻抗单元的电容值、电抗值和电阻值，Isr为电抗器流过的电流值。根据上述分析可知，只要调整转子与定子之间的相对位置δ，就可以调整电力系统的有功与无功功率。
本发明通过绕线型转子感应电机调压装置与阻抗单元并联，构成了一种旋转电磁型有功与无功功率连续调整装置，该装置具有成本低、可靠性高、过载能力强、有功与无功功率连续可调、抗干扰性强及不会影响电网稳定性等优点，因此它可以在电力系统以及电网终端用户具有良好的应用前景。
图1是本发明的结构示意图；图2是具体实施方式
二至四的结构示意图；图3是本发明的两个绕线型转子感应电机定、转子绕组的感应电动势矢量示意图。
具体实施例方式
具体实施方式
一参见图1，本具体实施方式
的装置由检测单元6、控制单元5、转子驱动装置4、第一绕线型转子感应电机1、第二绕线型转子感应电机2、阻抗单元3和转换开关单元7组成，第一绕线型转子感应电机1和第二绕线型转子感应电机2的结构相同，且第一绕线型转子感应电机1的定子绕组1-1和第二绕线型转子感应电机2的定子绕组2-1的相序相反，第一绕线型转子感应电机1的转子绕组1-2和第二绕线型转子感应电机2的转子绕组2-2的相序相同，第一绕线型转子感应电机1的定子绕组1-1和第二绕线型转子感应电机2的定子绕组2-1的三个电源端都并接到电力网的传输线上，第二绕线型转子感应电机2的转子绕组2-2为三相对称绕组，此三相对称绕组嵌在转子槽中但不相互连接，第一绕线型转子感应电机1的转子绕组1-2的三个电源端分别与第二绕线型转子感应电机2的转子上的三相绕组的一端串联连接，第二绕线型转子感应电机2的转子上的三相绕组的另一端通过阻抗单元3和转换开关单元7分别并接到第一绕线型转子感应电机1的定子绕组1-1的三相绕组的电源端上，第一绕线型转子感应电机1和第二绕线型转子感应电机2的转子同轴连接，并且转子驱动装置4的力矩输出端与第一绕线型转子感应电机1的转子同轴连接，检测单元6将获取的电力网传输线的有功分量和无功分量信息送入到控制单元5的输入端，控制单元5的电机旋转角信息输出端连接转子驱动装置4的控制信息输入端。所述第一绕线型转子感应电机1和第二绕线型转子感应电机2的定子绕组及第一绕线型转子感应电机1的转子绕组1-2为三相对称绕组。所述第一绕线型转子感应电机1、第二绕线型转子感应电机2均采用常规方法获得。
具体实施方式
二参见图1和图2，本具体实施方式
与具体实施方式
一的不同点是所述转换开关单元7由三个三向转换开关7-1组成，所述阻抗单元3由三个电阻器3-1、三个电抗器3-2和三个电容器3-3组成，一个电阻器3-1、一个电抗器3-2和一个电容器3-3构成一组阻抗单元，在一组阻抗单元中电阻器3-1、电抗器3-2和电容器3-3的一端并接在一起且此端与第二绕线型转子感应电机2的转子绕组2-2的一个电源端相连，在一组阻抗单元中电阻器3-1、电抗器3-2和电容器3-3的另一端分别连接一个转换开关7-1的三个静触点，每个转换开关7-1的动触点分别接到第一绕线型转子感应电机(1)的定子绕组(1-1)的一相绕组的电源端上。其他组成和连接关系与具体实施方式
一相同。本具体实施方式
采用转换开关切换阻抗元件，结构简单而且实用，可以根据电力系统的需要选择阻抗元件。
具体实施方式
三参见图1和图2，本具体实施方式
与具体实施方式
一的不同点是所述第一绕线型转子感应电机1的定子绕组1-1含有A1、B1、C1三相对称绕组且为星形连接，所述第二绕线型转子感应电机2的定子绕组2-1含有A`2、B`2、C`2三相对称绕组且为星形连接，A1、B1、C1三相对称绕组和A`2、B`2、C`2三相对称绕组的相序相反；所述第一绕线型转子感应电机1的转子绕组1-2含有a1、b1、c1三相对称绕组且为星形连接，所述第二绕线型转子感应电机2的定子绕组2-2含有a`2、b`2、c`2三相对称绕组为星形排列但互不相连，a1、b1、c1三相对称绕组和a`2、b`2、c`2三相对称绕组的相序相同；所述第一绕线型转子感应电机1的定子绕组1-1的A1、B1、C1三相对称绕组和所述第二绕线型转子感应电机2的定子绕组2-1的A`2、B`2、C`2三相对称绕组的三个电源端都并接到电力网的传输线上；所述第二绕线型转子感应电机2的转子绕组2-2的c`2相绕组的一端与所述第一绕线型转子感应电机1的转子绕组1-2的c1相绕组的电源端相连，所述第二绕线型转子感应电机2的转子绕组2-2的b`2相绕组的一端与所述第一绕线型转子感应电机1的转子绕组1-2的b1相绕组的电源端相连，所述第二绕线型转子感应电机2的转子绕组2-2的a`2相绕组的一端与所述第一绕线型转子感应电机1的转子绕组1-2的a1相绕组的电源端相连，所述第二绕线型转子感应电机2的转子绕组2-2的a`2、b`2、c`2三相对称绕组的另一端分别连接所述阻抗单元3的一组阻抗单元中的电阻器3-1、电抗器3-2和电容器3-3的并联一端。其他组成和连接关系与具体实施方式
一相同。本具体实施方式
给出了一个具有具体的定转子绕组结构的绕线型转子感应电机的实施例，用以说明它们内部之间的连接关系。
具体实施方式
四参见图1和图2，本具体实施方式
与具体实施方式
三的不同点是所述第一绕线型转子感应电机1的定子绕组1-1的A1相绕组与所述第二绕线型转子感应电机2的定子绕组2-1的B`2相绕组轴线重合，所述第一绕线型转子感应电机1的定子绕组1-1的B1相绕组与所述第二绕线型转子感应电机2的定子绕组2-1的A`2相绕组轴线重合，所述第一绕线型转子感应电机1的定子绕组1-1的C1相绕组与所述第二绕线型转子感应电机2的定子绕组2-1的C`2相绕组轴线重合；所述第一绕线型转子感应电机1的转子绕组1-2的a1相绕组与所述第二绕线型转子感应电机2的转子绕组2-2的a`2相绕组轴线重合，所述第一绕线型转子感应电机1的转子绕组1-2的b1相绕组与所述第二绕线型转子感应电机2的转子绕组2-2的b`2相绕组轴线重合，所述第一绕线型转子感应电机1的转子绕组1-2的c1相绕组与所述第二绕线型转子感应电机2的转子绕组2-2的c`2相绕组轴线重合；确定此轴线重合标准的目的是为了使两个绕线型转子感应电机确实能按照控制单元输出转角控制信息发生相对运动。其他组成和连接关系与具体实施方式
三相同。
权利要求
1.旋转电磁型有功与无功功率连续调整装置，其特征在于所述装置由检测单元(6)、控制单元(5)、转子驱动装置(4)、第一绕线型转子感应电机(1)、第二绕线型转子感应电机(2)、阻抗单元(3)和转换开关单元(7)组成，第一绕线型转子感应电机(1)和第二绕线型转子感应电机(2)的结构相同，且第一绕线型转子感应电机(1)的定子绕组(1-1)和第二绕线型转子感应电机(2)的定子绕组(2-1)的相序相反，第一绕线型转子感应电机(1)的转子绕组(1-2)和第二绕线型转子感应电机(2)的转子绕组(2-2)的相序相同，第一绕线型转子感应电机(1)的定子绕组(1-1)和第二绕线型转子感应电机(2)的定子绕组(2-1)的三个电源端都并接到电力网的传输线上，第二绕线型转子感应电机(2)的转子绕组(2-2)为三相对称绕组，此三相对称绕组嵌在转子槽中但不相互连接，第一绕线型转子感应电机(1)的转子绕组(1-2)的三个电源端分别与第二绕线型转子感应电机(2)的转子上的三相绕组的一端串联连接，第二绕线型转子感应电机(2)的转子上的三相绕组的另一端通过阻抗单元(3)和转换开关单元(7)分别并接到第一绕线型转子感应电机(1)的定子绕组(1-1)的三相绕组的电源端上，第一绕线型转子感应电机(1)和第二绕线型转子感应电机(2)的转子同轴连接，并且转子驱动装置(4)的力矩输出端与第一绕线型转子感应电机(1)的转子同轴连接，检测单元(6)将获取的电力网传输线的有功分量和无功分量信息送入到控制单元(5)的输入端，控制单元(5)的电机旋转角信息输出端连接转子驱动装置(4)的控制信息输入端。
2.根据权利要求1所述的旋转电磁型有功与无功功率连续调整装置，其特征在于所述第一绕线型转子感应电机(1)和第二绕线型转子感应电机(2)的定子绕组及第一绕线型转子感应电机(1)的转子绕组(1-2)为三相对称绕组。
3.根据权利要求1或2所述的旋转电磁型有功与无功功率连续调整装置，其特征在于所述转换开关单元(7)由三个三向转换开关(7-1)组成，所述阻抗单元(3)由三个电阻器(3-1)、三个电抗器(3-2)和三个电容器(3-3)组成，一个电阻器(3-1)、一个电抗器(3-2)和一个电容器(3-3)构成一组阻抗单元，在一组阻抗单元中电阻器(3-1)、电抗器(3-2)和电容器(3-3)的一端并接在一起且此端与第二绕线型转子感应电机(2)的转子绕组(2-2)的一个电源端相连，在一组阻抗单元中电阻器(3-1)、电抗器(3-2)和电容器(3-3)的另一端分别连接一个转换开关(7-1)的三个静触点，每个转换开关(7-1)的动触点分别接到第一绕线型转子感应电机(1)的定子绕组(1-1)的一相绕组的电源端上。
4.根据权利要求3所述的旋转电磁型有功与无功功率连续调整装置，其特征在于所述第一绕线型转子感应电机(1)的定子绕组(1-1)含有A1、B1、C1三相对称绕组且为星形连接，所述第二绕线型转子感应电机(2)的定子绕组(2-1)含有A`2、B`2、C`2三相对称绕组且为星形连接，A1、B1、C1三相对称绕组和A`2、B`2、C`2三相对称绕组的相序相反；所述第一绕线型转子感应电机(1)的转子绕组(1-2)含有a1、b1、c1三相对称绕组且为星形连接，所述第二绕线型转子感应电机(2)的定子绕组(2-2)含有a`2、b`2、c`2三相对称绕组为星形排列但互不相连，a1、b1、c1三相对称绕组和a`2、b`2、c`2三相对称绕组的相序相同；所述第一绕线型转子感应电机(1)的定子绕组(1-1)的A1、B1、C1三相对称绕组和所述第二绕线型转子感应电机(2)的定子绕组(2-1)的A`2、B`2、C`2三相对称绕组的三个电源端都并接到电力网的传输线上；所述第二绕线型转子感应电机(2)的转子绕组(2-2)的c`2相绕组的一端与所述第一绕线型转子感应电机(1)的转子绕组(1-2)的c1相绕组的电源端相连，所述第二绕线型转子感应电机(2)的转子绕组(2-2)的b`2相绕组的一端与所述第一绕线型转子感应电机(1)的转子绕组(1-2)的b1相绕组的电源端相连，所述第二绕线型转子感应电机(2)的转子绕组(2-2)的a`2相绕组的一端与所述第一绕线型转子感应电机(1)的转子绕组(1-2)的a1相绕组的电源端相连，所述第二绕线型转子感应电机(2)的转子绕组(2-2)的a`2、b`2、c`2三相对称绕组的另一端分别连接所述阻抗单元(3)的一组阻抗单元中的电阻器(3-1)、电抗器(3-2)和电容器(3-3)的并联一端。
5.根据权利要求4所述的旋转电磁型有功与无功功率连续调整装置，其特征在于所述第一绕线型转子感应电机(1)的定子绕组(1-1)的A1相绕组与所述第二绕线型转子感应电机(2)的定子绕组(2-1)的B`2相绕组轴线重合，所述第一绕线型转子感应电机(1)的定子绕组(1-1)的B1相绕组与所述第二绕线型转子感应电机(2)的定子绕组(2-1)的A`2相绕组轴线重合，所述第一绕线型转子感应电机(1)的定子绕组(1-1)的C1相绕组与所述第二绕线型转子感应电机(2)的定子绕组(2-1)的C`2相绕组轴线重合。
6.根据权利要求4所述的旋转电磁型有功与无功功率连续调整装置，其特征在于所述第一绕线型转子感应电机(1)的转子绕组(1-2)的a1相绕组与所述第二绕线型转子感应电机(2)的转子绕组(2-2)的a`2相绕组轴线重合，所述第一绕线型转子感应电机(1)的转子绕组(1-2)的b1相绕组与所述第二绕线型转子感应电机(2)的转子绕组(2-2)的b`2相绕组轴线重合，所述第一绕线型转子感应电机(1)的转子绕组(1-2)的c1相绕组与所述第二绕线型转子感应电机(2)的转子绕组(2-2)的c`2相绕组轴线重合。
全文摘要
旋转电磁型有功与无功功率连续调整装置，它属于电机领域，它解决了现有的用于电网的无功及有功功率补偿的装置成本高、可靠性低、抗干扰性差以及其会降低电网的稳定性的问题。本发明采用了两个结构相同的第一绕线型转子感应电机(1)和第二绕线型转子感应电机(2)，两个绕线型转子感应电机的定子绕组的相序相反且并接到电力网的传输线上，第一绕线型转子感应电机(1)的转子绕组(1－2)通过阻抗单元(3)和转换开关单元(7)并接到定子绕组(1－1)上，两个绕线型转子感应电机的转子同轴连接且与转子驱动装置(4)的力矩输出端相连。本发明的装置具有成本低、可靠性高、过载能力强、有功与无功功率连续可调、抗干扰性强及不会影响电网稳定性等优点。
文档编号H02K17/24GK1862907SQ200610010100
公开日2006年11月15日 申请日期2006年5月31日 优先权日2006年5月31日
发明者寇宝泉, 刘奉海, 李立毅 申请人:哈尔滨工业大学