一种自励无刷同步发电系统的制作方法

发电;变电;配电装置的制造技术1.本发明涉及发电机技术领域，具体地说是一种结构简单、减少电压谐波、电压波形畸变率低、无火花、寿命长的自励无刷同步发电系统。背景技术：2.众所周知，目前小型三相同步发电机产品都是小型有刷同步发电机，由于电刷的存在，元件使用寿命短，维护麻烦，使用环境要求高，为了克服上述问题，许多大专院校和电机生产企业对三相无刷同步发电机进行了研究和开发，但是生产出的三相无刷同步发电机存在两大问题：一是采用了电容电流逆序励磁技术，由于电容器存在自放电现象，发电机若久置不用，往往无法启动；二是电压波形畸变严重，由于存在大量谐波（电压波形正弦性畸变率在20%以上），导致电网不稳，容易造成通讯干扰，而且电气损耗高。技术实现要素：3.本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种结构简单、减少电压谐波、电压波形畸变率低、无火花、寿命长的自励无刷同步发电系统。4.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种自励无刷同步发电系统，设有机壳，机壳内设有定子和转子，定子包括定子铁芯、三相负载绕组，三相负载绕组分别为负载绕组wa、负载绕组wb、负载绕组wc，负载绕组wa、负载绕组wb、负载绕组wc缠绕在定子铁芯的定子槽内，负载绕组wa、负载绕组wb、负载绕组wc的一端连接形成中性点，另一端各自引出至机壳侧面的接线盒的a、b、c接线柱上，其特征在于所述的定子铁芯的定子槽内设有定子副绕组和三次谐波绕组，所述的定子副绕组分别与负载绕组wa、负载绕组wb、负载绕组wc缠绕在定子槽内，三次谐波绕组与负载绕组wa缠绕在定子槽内，定子副绕组的两端、三次谐波绕组的两端分别与整流桥相连，定子副绕组与整流桥之间串联可变电阻。5.本发明所述的转子包括转子铁芯和励磁绕组，所述的转子铁芯上设有四个凸极，四个凸极上分别缠绕励磁绕组，所述的励磁绕组缠绕在凸极后两端经二极管连接。6.本发明所述的转子铁芯上的凸极设为t型，t型凸极的竖向部缠绕励磁绕组，t型凸极的横向部卡住被缠绕的励磁绕组，相邻的转子铁芯上的凸极之间设有弧形磁板，弧形磁板的下方压在励磁线圈上，弧形磁板的上方的两端分别卡在相邻凸极的横向部下方。7.本发明所述的弧形磁板的下方两端与励磁绕组之间经绝缘板塞紧，保证连接紧密性。8.本发明由于采用上述结构，具有结构简单、减少电压谐波、电压波形畸变率低、无火花、寿命长等优点。附图说明9.图1是本发明的结构示意图。10.图2是定子副绕组we与整流桥q之间串联可变电阻r连接电路图。11.图3是本发明转子结构示意。具体实施方式12.下面结合附图对本发明进一步说明：如附图所示，一种自励无刷同步发电系统，设有机壳，机壳内设有定子和转子，定子包括定子铁芯1、三相负载绕组，三相负载绕组分别为负载绕组wa、负载绕组wb、负载绕组wc，负载绕组wa、负载绕组wb、负载绕组wc缠绕在定子铁芯1的定子槽2内，负载绕组wa、负载绕组wb、负载绕组wc的一端连接形成中性点，另一端各自引出至机壳侧面的接线盒的a、b、c接线柱上，其特征在于所述的定子铁芯1的定子槽2内设有定子副绕组we和三次谐波绕组w3，所述的定子副绕组we分别与负载绕组wa、负载绕组wb、负载绕组wc缠绕在定子槽2内，三次谐波绕组w3与负载绕组wa缠绕在定子槽2内，定子副绕组we的两端、三次谐波绕组w3的两端分别与整流桥相连，定子副绕组we与整流桥q之间串联可变电阻r，整流桥q的a端和b端与三次谐波绕组w3相连，整流桥q的c端和d端与定子副绕组we、可变电阻r相连。13.进一步，所述的转子包括转子铁芯3和励磁绕组，所述的转子铁芯3上设有四个凸极，四个凸极上分别缠绕励磁绕组，分别为wf1、wf2、wf3、wf4，所述的励磁绕组缠绕在凸极后两端经二极管连接，与励磁绕组wf1、wf2、wf3、wf4分别对应的二极管为d1、d2、d3、d4。14.进一步，所述的转子铁芯3上的凸极6设为t型，t型凸极6的竖向部缠绕励磁绕组，t型凸极6的横向部卡住被缠绕的励磁绕组，相邻的转子铁芯3上的凸极6之间设有弧形磁板4，弧形磁板4的下方压在励磁线圈上，弧形磁板4的上方的两端分别卡在相邻凸极6的横向部下方。15.进一步，所述的弧形磁板4的下方两端与励磁绕组之间经绝缘板5塞紧，保证连接紧密性。16.进一步，所述的负载绕组wa、负载绕组wb、负载绕组wc分别占定子槽2的槽容积的约2/3，定子副绕组we占定子槽2的槽容积的约1/3，三次谐波绕组w3与负载绕组wa、定子副绕组we一同设置在定子槽内，上述所述的整流桥和可变电阻置于接线盒内。17.本发明的优点如下：（1）本发明采用了一种无刷励磁方式，由于励磁系统无滑动接触导电部分，不会产生火花，特别适用于有易燃气体、多粉尘等恶劣环境下运行，而且维护简单，使用寿命长。18.（2）本发明去掉了电容器，因此电压谐波可以减少很多。19.（3）转子凸极6的相邻两个极之间安装一个弧形磁板4，形成一个圆形的转子磁路，使定子负载绕组感应产生的电力波形趋于完美的正弦波，实测电压波形畸变率在3%以下。20.（4）充分利用定子槽2空间，定子槽2利用率高，使发电机输出功率更大。21.（5）定子三次谐波绕组w3、定子副绕组we和整流桥q相当于一台励磁机，这样一台励磁机和发电机共用一个铁芯，因此本小型三相自励无刷同步发电机体积更小，成本低。22.实施例：通过理论分析和实验发现，小型三相同步发电机电压波形畸变大的主要原因有两条：一是电容逆序磁场以两倍同步转速切割转子，在转子绕组中感应出两倍基频的电流，这个电流将产生一个两倍基频的脉振磁场，最终形成高次谐波；二是转子凸极6结构本身的磁场是不连续，从而导致电流波形不是完美的连续正弦波。23.因此要想消除小型三相无刷同步发电机电压波形畸变，应从消除电容电流和凸极6结构两方面着手。如果励磁系统不采用电容电流技术，即不采用电容器来励磁，就可大大减少电流谐波。24.因此，本专利设计的小自励无刷同步发电系统见图1，定子上装有三套绕组：一套是负载绕组wa、wb、wc，占约2/3定子槽2容量（wa、wb、wc负载绕组一端连在一起形成中性点，另一端各自引出到接线盒a、b、c接线柱）；定子副绕组we，占约1/3定子槽2容量；三次谐波绕组w3分散放置在负载绕组wa槽内，整流桥q和可变电阻r放在接线盒里。这样可以充分利用定子铁芯1所有的槽，是发电机出力大幅度增加。25.定子三次谐波绕组w3中以二极管整流桥q代替电容器，以消除电容电流引起的电压波形畸变。26.定子三次谐波绕组w3采用单相谐波绕组，将负载绕组wa设计成每相每极导体数量不等的同心绕组，负载绕组导体数量较少的槽内放置三次谐波绕组w3。27.定子副绕组we串联一个可变电阻r，通过改变可变电阻r的值，可以调节定子副绕组中的直流电流，达到整定空载电压的目的。28.转子上装有励磁绕组wf1～wf4，励磁绕组的极数是定子绕组的2倍，定子负载绕组是2两极绕组，那么转子励磁绕组就是4极。励磁绕组wf1～wf4分别经过二极管d1～d4闭合，进行半波整流。29.为了消除转子凸极6结构的影响，在相邻两个极之间安装一个弧形磁板4，弧形磁板4为铁板。30.同步发电机凸极6磁极上都有剩磁，在剩磁磁场中必然含有三次及三的奇数倍数次谐波分量，当同步发电机被原动机（如柴油机）拖动时，凸极6上主磁极旋转，剩磁磁场切割负载绕组wa外，还切割三次谐波绕组w3，于是谐波绕组输出端获得三次谐波及三的奇数倍数次谐波电势，这些电势经整流后送给定子副绕组we，形成静止的定子直流磁势f，励磁绕组wf1～wf4切割直流磁势f产生25赫兹的电流，经整流后加强了凸极6上的主磁场和三次谐波磁场，于是在三次谐波绕组w3中再感应出较大的谐波电势，如此循环往复，发电机的气隙磁场不断增强，发电机空载电压不断的升高，使磁路趋向饱和，空载起励过程达到一个平衡点时，发电机空载电压就稳定在一定数值上，所以这是一个自励系统。









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