[发明专利]一种基于磁场调制原理的电励磁变压变频器及设计方法

说明书

本发明公开了一种基于磁场调制原理的电励磁变压变频器及设计方法，包括以下步骤：在内定子铁芯与外定子铁芯之间增设旋转调磁环，旋转调磁环的外侧设置凸极调磁块，在旋转调磁环的内侧设置电励磁隐极；利用旋转调磁环外侧的凸极调磁块以及旋转调磁环内侧的电励磁隐极，将p对极的内定子绕组产生的旋转磁动势调制为np对极的旋转磁场，与外定子绕组的np对极相对应，且使内定子绕组产生的旋转磁动势与调制后的三相旋转磁场以同步转速旋转，调制后的旋转磁场在外定子绕组中感应出n倍频的对称三相交流电压，该变压器及设计方法能够实现电能频率变换，且具有经济性高、运行可靠性高以及性能优越的特点。

技术领域

本发明属于新能源及电力工程技术领域，具体涉及一种基于磁场调制原理的电励磁变压变频器及设计方法。

背景技术

电网是关系国民经济的重要基础设施，是电力传输的载体和能源资源优化配置的重要平台。近年来，特别是随着清洁能源的加快发展，以及电网智能化技术的推广应用，传统电力系统正快速呈现出高比例电力电子化和高比例新能源电源的新特征。由于我国依次能源与生产力呈逆向分布，且能源生产远离用电负荷中心，为了满足经济社会发展不断增长的用电需要，对加强电网互联和灵活控制，提高电网优化配置能源资源的能力提出了更为紧迫的要求。可再生能源发电机组与传统同步发电机、柔性交直流输变电与传统输变电有重大区别，在不同频率电网之间异步互联方面需要变频器的介入，导致系统动态行为发生深刻变化，对系统稳定性(如功角稳定、电压稳定和频率稳定)产生重大影响。

目前，电网频率变换基本上使用电力电子设备来实现，在大功率的应用背景下大规模的电力电子设备造价十分昂贵，且系统需控制电路配合运行，系统复杂且容易发生故障。也有应用变频变压器来实现频率变换的功能，美国GE公司于20世纪90年代开始研发变频变压器，21世纪初成功应用于电网，核心技术是核心技术是在定子与转子侧都有三相绕组的旋转变压器，并通过直流电机驱动系统确保等效转子磁场与定子磁场在旋转空间上的同步，来调节转子磁场相比较定子磁场的相位差，从而改变由变频变压器传输的有功功率方向和大小。但是该装置需要外加直流电机驱动转子，效率难以进一步提高。

大功率电磁型电能转换装置在我国具有广阔的应用空间，但目前国内对这方面的研究较少，在电能频率变换领域尚未有一种经济性高、运行可靠性高、性能优越的装置被应用，应深化研究并适时推广应用该技术。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于磁场调制原理的电励磁变压变频器及设计方法，该变压器及设计方法能够实现电能频率变换，且具有经济性高、运行可靠性高以及性能优越的特点。

为达到上述目的，本发明所述的基于磁场调制原理的电励磁变压变频器设计方法包括以下步骤：

在内定子铁芯与外定子铁芯之间增设旋转调磁环，旋转调磁环的外侧设置凸极调磁块，在旋转调磁环的内侧设置电励磁隐极；

利用旋转调磁环外侧的凸极调磁块以及旋转调磁环内侧的电励磁隐极，将p对极的内定子绕组产生的旋转磁动势调制为np对极的旋转磁场，与外定子绕组的np对极相对应，且使内定子绕组产生的旋转磁动势与调制后的三相旋转磁场以同步转速旋转，调制后的旋转磁场在外定子绕组中感应出n倍频的对称三相交流电压。

本发明所述的基于磁场调制原理的电励磁变压变频器包括外定子铁芯、外定子绕组、旋转调磁环、内定子铁芯以及内定子绕组；

内定子铁芯、旋转调磁环及外定子铁芯由内到外依次分布，且内定子绕组缠绕于内定子铁芯上，外定子绕组缠绕于外定子铁芯内，旋转调磁环的外壁上设置有凸极调磁块；旋转调磁环的内壁上设置有起动笼及电励磁绕组。

凸极调磁块的个数为外定子绕组的极对数与内定子绕组的极对数之和。

电励磁隐极的极对数与内定子绕组的极对数相同。