[发明专利]一种无励磁电源恒频恒压发电系统

说明书

一种无励磁电源恒频恒压发电系统，它用于各种蒸汽轮机、水轮机或燃气轮机为动力源的高转速发电站，特别适用于如象用燃气轮机为动力源的移动式电站或某些不适合用同步发电机的特殊电站。

现在并网供电的发电机组，其中的发电机都是采用有励磁电机，转子磁场是通过励磁电流产生的。在一般情况下，励磁电机与主发电机同轴。在发电机所带负载发生变化时，为保持输出的恒频恒压，需同时调整励磁电流的大小和汽轮机气门大小，调整相当复杂。同时，由于为保持输出交流电频率满足标准的50或60赫芝，发电机必须工作于同步转速，在不采用减速器的情况下，驱动两极电机的蒸汽轮机或燃气轮机的转速必须为3000转/分或3600转/分，这对蒸汽轮机或燃气轮机来说并不是最佳转速，蒸汽轮机或燃气轮机的尺寸较大。而使用减速器的话，结构复杂，减速器也将产生能损和噪声，特别是不能利用已有的燃气轮机。近年来趋向用航空燃气轮机作为油田动力。航空燃气轮机原设计的输出转速不适应电网的同步转速。为解决转速问题，也有个别的发电机组，它使用高转速发电机，在发电机输出端加有一整流和逆变电装置，这样输出交流电频率由逆变电装置决定，而发电机可以在高转速下工作。但是，由于发电机还是使用励磁发电机，存在转子在高速运行下由于机械结构的原因，在设计上存在难于解决的问题。同时，采用励磁电流励磁，要产生一定的铜损和铁损，一般是总输出的1-2%。

本发明的目的是发明一种适用于各种负荷的、调整简单、动力机转速不受电网约束的高效无励磁电源恒频恒压发电系统。

本发明的组成如附图1所示，它由整流逆变电装置（1），发电机（2），动力源（3）和控制机构（4）组成，其特征在于：发电机（2）为稀土永磁转子的无励磁发电机。

本发明中，动力源（3）带动无励磁发电机（2）旋转发电，所产生的交流电经整流逆变电装置后变为标准频率的交流电输出。同时，通过控制动力源（3）的转速来控制输出的标准频率交流电的电压，达到恒压的目的。该发电机组的控制简单。由于输出交流电的频率由整流逆变电装置所决定，与发电机转速无关，不受同步转速的限制，可以使发电机和动力源在各种工作状态下始终能保持最佳转速匹配。同时，由于负荷变化引起的输出电压变化，可以通过简单的方法调整动力源和输出转速以保持输出电压的恒定。

本发明中的动力源（3）可以采用轻型燃气轮机。由于稀土永磁材料的磁能积高，可使得稀土永磁发电机的尺寸减小，特别是径向尺寸的减小，有利于与高转速的燃气轮机相匹配，而不必使用减速器。燃气特别是可使用现在已有的航空燃气轮机改作地面电站，只须进行极少的改装，降低了改装费用，减少了改装难度。

本发明的一个实施例可以如下。动力源（3）为罗.罗公司的斯贝-512发动机改装，将航空发动机去除风扇，在风扇轴前端输出，直接带动无励磁稀土永磁发电机。发电机功率为5000千瓦，转速为8000转/分左右根据负载而调节。发电机输出经整流逆变电路变为50赫芝6000伏交流。发动机排出的中品位热气作为联合循环的热源。控制机构（4）可以通过输出负荷的变化对斯贝发动机油量和逆变器的输出电压参数进行最优控制。