[发明专利]一种三次谐波励磁同步电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种电励磁同步电机，特别涉及一种新型三次谐波励磁同步电机。

背景技术

电机中的谐波磁场是客观存在的，通常都设法减弱或消除谐波对电机性能的影响。然而，在不影响电机性能的前提下，采用谐波进行励磁，则是巧妙地利用电机中的谐波磁场。自20世纪70年代起，国内一些学者和电机厂技术人员开始对气隙中三次谐波磁场的利用进行研究，并成功地应用于同步发电机的励磁系统中，形成了一种三次谐波励磁的同步发电机。

三次谐波励磁同步电机结构与普通同步电机相似，区别在于电机定子铁心槽里除了布置电枢绕组外，还布置了一套三次谐波绕组，三次谐波绕组用于获取气隙中的三次谐波磁场能量，整流后提供给发电机的励磁绕组进行励磁。

采用三次谐波励磁的励磁方式与基波相复励相比，具有线路简单、反应速度快以及良好的相复励特性等优点，但由于三次谐波绕组在定子侧，需要借助电刷和集电环输入到转子励磁绕组中，形成有刷的三次谐波励磁同步发电机，或者需要借助交流励磁机形成无刷的三次谐波励磁同步发电机，从而降低了电机运行的可靠性以及增加了电机维护的工作量和制造成本。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种新型三次谐波励磁同步电机。该电机在传统三次谐波励磁同步电机的基础上，增加了一套转子谐波绕组，通过定子三次谐波绕组与转子谐波绕组之间的磁场耦合关系实现了将定子三次谐波绕组感应的三次谐波电动势传递到转子励磁绕组，取消了电刷和集电环或者交流励磁机。

本发明是通过以下技术方案是实现的。

一种新型三次谐波励磁同步电机，包括一机壳，机壳内装有由定子铁心、定子电枢绕组、定子三次谐波绕组组成的定子，以及由转子铁心、转子励磁绕组、转子谐波绕组、转轴组成的转子。定子电枢绕组和定子三次谐波绕组分布于定子铁心上沿圆周方向开设的槽中。转子励磁绕组布置于转子磁极极身，转子谐波绕组分布于转子铁心上沿圆周方向开设的槽中。定子三次谐波绕组通过一对反并联的晶闸管短接，晶闸管触发脉冲的相位由励磁控制器决定，转子励磁绕组与转子谐波绕组通过二极管整流电路相连。

所述的定子电枢绕组可以为三相绕组，也可以为单相或者多相绕组；可以为整数槽绕组，也可以为分数槽绕组。

所述的定子三次谐波绕组为单相绕组。

所述的转子谐波绕组可以为三相绕组，也可以为单相或者多相绕组。

所述的定子电枢绕组极距为定子三次谐波绕组极距的三倍。

所述的定子三次谐波绕组节距与转子谐波绕组节距相等。

所述的三次谐波励磁同步电机定子极对数与转子极对数相同。

所述的三次谐波励磁同步电机可以为凸极结构，也可以为隐极结构。

本发明的三次谐波励磁同步电机定子上布置两套绕组：定子电枢绕组和定子三次谐波绕组。定子电枢绕组用于机电能量转换，定子三次谐波绕组用于获取气隙中的三次谐波磁场能量，定子三次谐波绕组极对数为定子电枢绕组极对数的三倍。电机转子上也布置两套绕组：转子励磁绕组和转子谐波绕组，定子三次谐波绕组节距与转子谐波绕组节距相等。转子极对数与定子电枢绕组极对数相同。定子电枢绕组和定子三次谐波绕组分别与励磁磁动势产生的基波磁场和三次谐波磁场相对应，产生电磁感应作用，相当于一台旋转磁极的同步发电机。定子三次谐波绕组与转子谐波绕组相对应，产生电磁感应作用，相当于一台旋转电枢的同步发电机。转子谐波绕组感应的电动势经过二极管整流电路得到的直流电直接提供给转子励磁绕组进行励磁，通过控制定子反并联的晶闸管触发脉冲相位，可以实现转子励磁绕组电流的调节，从而达到调节定子电枢绕组电压的目的。

与现有技术相比，本发明的三次谐波励磁同步电机具有如下特点：

1、通过定子三次谐波绕组与转子谐波绕组之间的磁场耦合关系实现了将定子三次谐波绕组感应的三次谐波电动势传递到转子励磁绕组，取消了电刷和集电环或者交流励磁机，提高了电机运行的可靠性、减少了电机维护的工作量和制造成本。

2、通过控制定子反并联的晶闸管触发脉冲的相位可调节转子励磁绕组电流以及发电机端电压，具有控制方便、易于调节的优点。

附图说明

图1是图2的A-A截面图，为三次谐波励磁同步电机结构示意图。其中1为机壳，2为定子铁心，3为定子电枢绕组，4为定子三次谐波绕组，5为转子励磁绕组，6为转子谐波绕组，7为转子铁心，8为转轴，9为轴承。