专利名称:交流励磁变速恒频发电机的制作方法
本发明涉及一种发电装置，特别涉及交流励磁变速恒频发电机。
变速恒频发电机允许原动机根据工况变化，自由选择工作转速，使原动机始终接近或达到最佳工作状态。对于诸如水轮机、风动机等利用流体能源的原动机，尤为如此。1986年1月26日授权公告的中国专利CN-ZL85105662是浙江大学的“同步-异步变速恒频发电机”发明专利，这是一种由电枢和磁极都旋转的双转子同步电机和线绕转子异步电机构成的变速恒频发电机。它必须制造双动转子，机械结构较之单转子式复杂，且电枢输出的电能必需经电刷和导电环引出，使发电容量受到限制。
本发明旨在设计一种制造工艺简单，且制造容量不受特别限制的变速恒频发电机。
本发明是由多相交流励磁绕组的交流励磁同步发电机、变频励磁装置及频率调节器构成闭环自动频率调节系统。同步发电机由原动机拖动。同步发电机的定子可以是电枢，也可以是磁场。当定子是电枢时，转子为旋转电磁场;当定子是旋转电磁场时，转子为电枢。
常规发电机无一例外地采用直流电励磁形成固定磁场，由原动机拖动旋转，电枢内产生感性电势。在电机制成后，其磁极对数为常量，发电机频率f仅决定于原动机转速n原动机，f＝F(n原动机)为一元函数。
本发明的主要特征在于引入多相交流励磁，使发电机转子产生旋转电磁场，而转子又同时在原动机拖动下做机械转动。这样，发电机频率f不仅决定于原动机转速n原动机，还与旋转电磁场的转速n电磁场有关，即f＝F(n电磁场，n原动机)是二元函数。
理论分析和实践证明，将多相交流电引入多相绕组会产生旋转电磁场，该旋转电磁场的转速n电磁场正比于供电频率f供。n电磁场＝ (f供)/(P) ，其中P为磁极对数。通过改变供电频率f供，可以改变旋转电磁场的转速n电磁场。当原动机工况变化引起原动机转速n原动机随机变化时，只要实时调节n电磁场，以随时抵消n原动机的变化，就能维持发电机频率f恒定。这就是本发明所依据的恒频发电原理。根据运动学叠加原理，运行中磁场相对于电枢的实际转速 ()/(n) 与电磁场转速 ()/(n)电磁场和机械转速 ()/(n)原动机之间有如下的关系 ()/(n) ＝ ()/(n)电磁场+ ()/(n)原动机。
本发明是用以下方案实现的。
旋转电磁场由多相交流电对多相交流励磁绕组供电产生，通常采用三相。它由三相或多相变频励磁装置提供。变频励磁装置可以是现有的各种电调变频电源，如原动机-电磁转差离合器-发电机、调速电动-发电机组或电子逆变装置等。在结构上，交流励磁同步发电机和变频励磁装置可以制成各自独立的结构，也可以合并为一整体，安置于同一个机座之内。变频励磁装置与多相交流励磁绕组按一定相序联接。它根据频率调节器输出的调节量，产生一定频率的多相交流电供发电机交流励磁用。其频率是受频率调节器的控制而连续变化的，从而适应恒频发电的要求。频率调节器的功能是，将发电机频率f与基准频率(50赫芝)比较，其差值经比例、积分、微分运算后，输出作为变频励磁装置的频率给定值。本发明的励磁自动调节与常规发电机配置的基本相同。交流励磁机的励磁可以采用自励、他励等常用方式，励磁机能源直接取自原动机或同步发电机。
交流励磁变速恒频发电机可以在原动机变速的情况下输出恒定频率的交流电，从而允许水轮机、风动机等原动机自由选择工作转速，使之接近或达到最佳工作状态，提高能量转换效率。对大、中型水力发电站而言，更简化了水轮机的调速和有关机构，从而降低了成本。它的制造工艺要求与常规发电机相同，仍然采用单转子式，因此，结构简单，运行可靠。而且它调节速度快，并网后不易失步，有利于电网稳定。由于同步发电机本身具有放大能力，多相交流励磁绕组所需励磁功率较之同步发电机输出功率要小得多，因此，所需的变频励磁装置可以是小容量的。按几级放大的原则，能够方便地制造大容量的变速恒频发电机。制造容量不受特别限制是本发明的一个突出优点。它可以广泛应用于大、中、小型水力发电站或其它各类动力发电站作配套发电机。
此外，由于频率调节是通过同步电机的特殊励磁部分进行的，因此所需控制功率也很小。这样，采用简单的电子频率调节器就能使整机有较宽的调频范围和较高的频率控制精度。
交流励磁变速恒频发电机既能并网也可独立运行。频率调节可闭环运行，即自动调节，也可开环运行，即手动调节。采用手动开环运行方式时，它实质上是一台额定转速可无级调节的发电机。
附图描述了本发明的一个实施例。结合附图可以更详细地说明发明的细节。
附图是一种交流励磁变速恒频发电机的电原理图。图中(1)为原动机，采用额定转速750转/分的水轮机。(2)、(3)、(4)为交流励磁同步发电机，功率12瓩，磁极对数2，额定转速750转/分，交流励磁额定频率25赫芝，其中(2)同步发电机转子三相交流励磁绕组，(3)同步发电机定子电枢，(4)同步发电机定子副绕组。(5)、(6)、(7)构成一台变频励磁装置。其中(5)电磁转差离合器，(6)、(7)分别为小容量三相同步发电机即交流励磁机的转子磁极和定子电枢。(8)频率调节器。(9)可控整流器，它控制电磁转差离合器(5)的励磁绕圈电流，起到调频作用。(10)励磁调节器。(11)可控整流器，它控制同步发电机转子磁极(6)的励磁电流，使定子电枢(7)输出电压改变，实现对交流励磁同步发电机转子三相交流励磁绕组(2)的励磁调节。(12)交流励磁同步发电机的负载。
附图中，由原动机(1)拖动的机械旋转和交流电磁场的旋转为同向运行。电磁场的旋转方向由改变转子三相交流励磁绕组(2)的相序方便地确定。
原动机(1)、交流励磁同步发电机的转子、电磁转差离合器(5)输入轴同轴联接。由原动机(1)拖动;电磁转差离合器(5)输出端则与小容量三相同步发电机的转子联接。启动时，电磁转差离合器(5)和交流励磁机(6)、(7)的励磁绕组分别由辅助电源(图中未画出)励磁。这样，在原动机拖动下，输入轴驱动输出轴转动，交流励磁机(6)、(7)产生的三相交流电经三相交流励磁绕组(2)产生旋转电磁场，其转速为 ()/(n)电磁场，交流励磁同步发电机的转子又在原动机(1)拖动下做机械旋转，其转速为 ()/(n)原动机。这样，电磁场以合速度(矢量和 ()/(n)电磁场+ ()/(n)原动机)作用于交流励磁同步发电机的定子电枢(3)，使定子电枢(3)、定子副绕组(4)产生交流电，定子副绕组(4)通过可控整流器(9)和(11)，分别对电磁转差离合器(5)的励磁绕圈和交流励磁机转子磁极(6)励磁，于是，变速恒频发电机建压发电。
建压后，辅助电源自行退出。
当原动机(1)转速 ()/(n)原动机变化时，由频率调节器(8)、可控整流器(9)和电磁转差离合器(5)组成的具有频率负反馈的频率自动调节机构，通过交流励磁机(6)、(7)，实时调节交流励磁同步发电机转子的电磁场旋转速度 ()/(n)电磁场，以维持同步发电机输出频率的恒定。
当同步发电机端电压或并列机组间无功变化时，由励磁调节器(10)和可控整流器(11)组成的具有端电压或无功负反馈的励磁自动调节机构，将通过交流励磁机(6)、(7)的励磁绕组，实时改变交流励磁同步发电机的磁场强弱，以维持端电压恒定或无功分配的稳定。
补正86107898文件名称 页 行 补正前 补正后说明书 1 18 产生感生电势 产生感性电势
权利要求
1.一种变速恒频发电机，其特征在于由有多相交流励磁绕组的交流励磁同步发电机、变频励磁装置及频率调节器构成闭环自动频率调节系统，多相交流励磁，使发电机转子产生旋转电磁场，而转子又同时在原动机拖动下做机械运动，变频励磁装置与交流励磁绕组按一定相序联接，它根据频率调节器输出的调节量产生一定频率的多相交流电供发电机交流励磁用。
2.按权利要求
1所说的变速恒频发电机，其特征在于交流励磁同步发电机的定子可以是电枢，也可以是磁场，当定子是电枢时，转子为旋转电磁场，当定子是旋转电磁场时，转子为电枢。
3.按权利要求
1所说的变速恒频发电机，其特征在于多相交流励磁绕组励磁用交流电由三相或多相变频励磁装置提供。
4.按权利要求
1所说的变速恒频发电机，其特征在于频率调节可以手动开环运行，采用手动开环运行方式时，它实质上是一台额定转速可无级调节的发电机。
5.按权利要求
1至5中的任一权利要求
所说的变速恒频发电机，其特征在于交流励磁同步发电机和变频励磁装置可以制成各自独立的结构，也可以合并为一整体，安置于同一个机座之内。
专利摘要
一种交流励磁变速恒频发电机，由有多相交流励磁绕组的交流励磁同步发电机、变频励磁装置及频率调节器构成闭环自动频率调节系统。其特征在于变频励磁装置与交流励磁绕组按一定相序联接，根据频率调节器输出的调节量产生一定频率的多相交流电供发电机交流励磁用。它允许原动机自由选择工作转速，使之接近或达到最佳工作状态，并有较宽的调频范围和较高的频率控制精度。它可以应用于水力发电站或其它各类动力发电站作配套发电机。
文档编号H02P9/48GK86107898SQ86107898
公开日1987年8月12日 申请日期1986年11月18日
发明者宋怀淳 申请人:宋怀淳导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan