[其他]交流励磁变速恒频发电机

说明书

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。