[其他]感应子式三相磁场调制发电机

说明书

本发明属于电机领域。是一种用作变速恒频或 调频电源的感应子式三相磁场调制发电机。

多年来，由于飞机、舰船、机车电源以及风能、太 阳能、波浪能等新能源发电的需要，很多电机研究人 员致力于将专门设计的交流发电机和功率电子电路 结合起来，以获得一种与原动机转速无关的恒频输 出。七十年代，美国W·L·休斯(W·L·Hughes)等 提出和研制的磁场调制发电机系统为解决这个问题 提供了一种性能良好而又比较经济的方案。这种磁 场调制发电机系统由专门设计的三相高频交流发电 机和一套功率电子电路组成。发电机本身具有较高 的旋转频率f_r，转子铁心采用隐极或凸极结构型式， 嵌有励磁绕组，三个彼此相差120°电角的电枢相绕 组嵌在通常的定子铁心上。当用频率为f_m的低频交 流电励磁时，电枢相绕组的输出电压波形是由频率 为(f_r+f_m)和(f_r-f_m)的两个分量组成的调幅波。 为了得到与转速无关的恒频输出，可用功率电子电 路将这个调幅波电压进行解调。即将发电机的三个 相绕组接到由三个全波整流桥组成的并联桥式整流 器，得到基本频率为f_m的整流正弦脉动波，再通过 可控硅开关电路，使这个正弦脉动波的一半反向， 最后经滤波电路滤去纹波，即可得到频率为f_m的正 弦波输出。(参见U·S·Patent No.3,727,122 和IEEE Summer Power Meeting Paper No· C74318-2，Anaheim，California，July 1974.)。

可以看出，在这种变速恒频发电系统中，对发 电机本身的要求就在于其电枢绕组的输出电压应是 由频率为(f_r+f_m)和(f_r-f_m)的两个分量组成的调 幅波，这样才可以通过功率电子电路解调，得到与转 速无关的恒频输出。但W·L·休斯等所研制的发电 机系统存在如下缺点：①发电机的三个相绕组的输 出电压波形具有相位相同的低频(f_m)包络线，解调 后从一台三相电机中只能得到一个单相恒频输出。 为了获得三相功率，需要三台这样的电机。②发电 机本身存在滑环和电刷，不利于维护和在恶劣环境 下运行。③转子绕有励磁绕组，电机极数不可能很 多，为了保证较好的输出波形，发电机的旋转频率 f_r应远大于励磁频率f_m，因而电机必须运行于相应 高的转速，这对于某些方面的应用(如风力发电等) 是不利的。

对磁场调制发电机和现有各种电机的构成原理 的研究分析表明，从一台普通隐极或凸极结构型式 的电机中难以得到三组具有彼此相移120°低频包络 线的调幅波电压，因而必须寻求其他结构型式。

感应子电机的工作原理是基于转子表面齿槽的 存在而使气隙磁导发生周期性的变化。其励磁绕组 和电枢绕组分别嵌置在定子铁心的大、小槽中，当 励磁绕组通以直流电时，在定子内腔形成极性分替 的磁场，从而在电枢绕组中感应出电压。(电机工程 手册第四卷  电机  1982年机械工业出版)。

本发明是基于现有的磁场调制发电机和感应子 发电机而提出的一种新的发电机结构型式，它可以 在一台电机上通过磁场调制和解调的方法产生三相 恒频功率输出，同时使电机转速可以有较大的选择 范围，根据应用需要，既可以设计成运行于较高的 转速(如飞机电源、太阳能发电等)，也可设计成运 行于较低的转速(如风力发电等)，以适应多种不同 的用途。本发明的另一目的是取消现有磁场调制发 电机的滑环和电刷，采用无刷结构，以减少维护并 适应恶劣的运行环境。

本发明的特点主要反映在发电机的定子铁心结 构和绕组的组成及布置上。定子铁心有均布的数量 为3的整倍数的大槽，嵌置三相励磁绕组，用远比 发电机旋转频率为低的三相低频交流电励磁，大槽 之间有若干均布的小槽，嵌置三组共九个彼此独立 的电枢绕组。转子没有绕组，铁心呈齿状，由硅钢 片叠成。

图1是说明本发明的原理和一种实例的定、转 子铁心冲片及绕组布置。其中1为定子铁心冲片， 2为转子铁心冲片。沿定子铁心内圆有3个均布的 大槽I、II、III，嵌置三励磁相绕组3。大槽之间 的小槽嵌置三组三相电枢绕组4，每组三相绕组处 于一相励磁线圈所包围的区域之内。