一種七次諧波勵磁無刷同步發電機的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種電力設備，具體涉及一種七次諧波勵磁無刷同步發電機。
【背景技術】
[0002]國家發明專利公開號CN101562382A ZL200910115439.8公開了一種五次諧波勵磁無刷同步發電機，五次諧波勵磁無刷同步發電機克服了基波勵磁短路電流倍數小和與主繞組有電磁干擾的缺陷，也克服了三次諧波勵磁發電機并聯時中線電流對三次諧波磁場去磁大的缺陷，因此，五次諧波勵磁無刷同步發電機電氣性能具有比基波勵磁和三次諧波勵磁無刷同步發電機電氣性能更優的特點。
[0003]上述專利五次諧波勵磁無刷同步發電機中發電機定子60槽，極數4極，相數3相，三相五次諧波繞組與三相主繞組之間正交，無電磁干擾，但若在發電機定子42槽，極數4極，相數3相時，無法布置三相五次諧波繞組與三相主繞組間正交，因而必然存在電磁干擾現象，達不到五次諧波勵磁無刷同步發電機所應具有的電氣性能，故有尋求新的諧波勵磁無刷同步發電機的必要。
【發明內容】
[0004]本實用新型的目的在于提供一種七次諧波勵磁無刷同步發電機，以克服在發電機定子42槽，極數4極，相數3相的條件下不適應采用五次諧波磁技術的缺陷，因為在這種條件下3相五次諧波繞組與3相主繞組之間無法正交布置，主繞組與五次諧波繞組兩套繞組間存在電磁干擾現象，影響了電氣性能，不能做成高品質無刷發電機。而在這種條件下，采用七次諧波勵磁技術，3相七次諧波繞組與3相主繞組之間采用適當的繞組結構，可以使七次諧波繞組與與主繞組正交布置，主繞組與七次諧波繞組之間實現無電磁干擾現象，電氣性能優良，可以做成高品質無刷同步發電機。
[0005]本實用新型是這樣來實現的，一種七次諧波勵磁無刷同步發電機，發電機由主發電機和交流勵磁二機同軸組成，交流勵磁機定子磁極繞組的直流勵磁源取自主發電機定子鐵芯中的三相七次諧波繞組經整流器整流形成的直流電源；其特征在于:發電機定子42槽，極數為4極，相數3相，主發電機轉子做成整體凸極式，定子與轉子間有均勻氣隙，極弧系數為0.8，發電機主繞組為分數槽不等匝的同心式雙層繞組，由六個相同的線圈組形成三相對稱繞組，每個線圈組有七個線圈，七個線圈又由兩部分同心式的線圈組成，第一部分由四個同心式線圈組成，線圈節距從大到小分別為10，8，6，4，而每個線圈的匝數從大到小分別為8，6，4，1 ;第二部分由三個同心式線圈組成，線圈節距從大到小分別為9，7，5，而每個線圈的匝數從大到小分別為7，5，2 ;三相七次諧波繞組的節距為1，極數是主繞組極數的7倍，是3相對稱的等匝線圈單層繞組，主繞組中無七次諧波含量，七次諧波繞組中無基波含量，因而七次諧波繞組與主繞組正交，無電磁干擾，故這種七次諧波自勵磁具有它勵勵磁性能，勵磁不受負載干擾。
[0006]本實用新型的技術效果是，雖然在發電機定子槽42槽，相數4極，相數3相中不宜采用五次諧波勵磁，因3相五次諧波繞組與3相主繞組無法正交布置，相互間不可避免有電磁干擾，而采取七次諧波勵磁，可以使3相七次諧波繞組與3相主繞組正交布置，互相無電磁干擾現象，電氣性能優良，可以做成高品質無刷同步發電機，達到了發明的目的。
【附圖說明】
[0007]圖1為本實用新型的定子主繞組U相(UN繞組)布置圖。
[0008]圖2為本實用新型的七次諧波繞組布置圖。
[0009]圖3為本實用新型的電氣原理圖。
[0010]圖中I為定子，2為轉子。
【具體實施方式】
[0011]如圖1所示，實施一臺七次諧波勵磁無刷同步發電機，定子槽數42槽，極數4極，相數3相，并聯支路數a = 2，定子主繞組是一種分數槽不等匝的雙層繞組。以U相為例，UN繞組并聯支路數a=2，UlNl為一條并聯支路，U2N2為另一條并聯支路，UlNl為一個線圈組，U2N2為另一個線圈組，每相，如UN (即U相)有2個線圈組，三相共有6個線圈組。
[0012]以一個線圈組UlNl為例，每個線圈組有七個線圈，七個線圈由兩部分同心式的線圈組成，第一部分有四個同心式線圈，線圈節距從大到小依次為10，8，6，4，而每個線圈的匝數從大到小依次為8，6，4，I ;第二部分有三個同心式線圈，線圈節距從大到小依次為9，7，5，而每個線圈的匝數從大到小依次為7，5，2 ;
[0013]U相繞組UN由二個線圈組UlNl和U2N2并聯組成，如圖1所示，同樣V相繞組VN由二個線圈組VlNl和V2N2并聯組成(未畫出)，W相繞組WN由二個線圈組WlNl和W2N2并聯組成(未畫出)，六個線圈組結構即節距和匝數規律完全相同，V，W與U相繞組，即VN，WN與UN繞組互差120°電角度，構成對稱的三相繞組，每相并聯支路數a=2，三相四線引出U，V，W，N，這種分數槽不等匝同心式繞組在定子槽內形成雙層結構，這種不等匝布置消除七次諧波，且五次諧波含量也很小，不但電壓波形畸變率小，而且有利于采用七次諧波勵磁方式，保證主繞組與七次諧波繞組無電磁干擾，主繞組的電樞反應也不對七次諧波磁場去磁，以保證七次諧波勵磁的動態能力。
[0014]如圖2所示，a7x7, b7y7，C7Z7所示，七次諧波繞組的節距為1，極數為主繞組極數的7倍，即28極，3相對稱，形成的繞組每個線圈等匝等距，3相構成對稱單層繞組，a7x7, b7y7，C7Z7為星形連接，即X 7，y7，z7相接在一起，不引出，只引出a 7，b7，C7，簡稱三相七次諧波繞組。因此發電機的每個槽中有雙層的主繞組，也有單層的七次諧波繞組，每個槽都是3層，槽滿率基本平衡。七次諧波繞組中無基波電勢，故七次諧波繞組不受主繞組的干擾，也不受基波電樞反應的干擾；因為主繞組中不含7次諧波，七次諧波繞組中也不含基波，故主繞組與七次諧波繞組是正交的，互相都無電磁干擾。除無干擾的優點之外，還有的優點是，主磁場中的七次諧波含量還隨負載增加，勵磁電流也增加，這也使得七次諧波磁場增加，以保證負載大小變化時，七次諧波能量大小也隨著變化的能力，動態性能好。這種方式克服了基波磁場源與主繞組有干擾及難以維持短路電流倍數等于或大于3倍額定電流的缺點，也克服了三相三次諧波勵磁繞組與主繞組也有干擾的缺點，還克服了三次諧波勵磁發電機并聯時中線電流大，對三次諧波磁場去磁大，容易造成的并聯振蕩，工作不穩定的缺點，也克服了在定子槽42槽，極數4極，相數為3相的情況下，三相五次諧波繞組無法與主繞組正交布置，互相有電磁干擾的缺點；在結構上無須附加永磁副勵磁機，只需要主發電機和交流勵磁機二機同軸組成，比具有副勵磁機的三機同軸組成的無刷發電機的軸向長度短，結構簡單，體積小，重量輕，成本低，而性能上又與具有永磁副勵磁機的三機同軸無刷同步發電機的性能相當。
[0015]下面更詳細的分析、計算，證明本實施例適宜采用七次諧波勵磁，而不宜采用五次諧波勵磁的原因。
[0016](—)7次諧波繞組中無基波感應的證明
[0017]以a7x7七圈線圈中左導體為例，感應的電勢形成7個矢量，7個矢量成正7邊形，故其基波感應電勢和為零，右導體7個電勢矢量和也為零，由此得出在7次諧波繞組中無基波感應電勢。
[0018](二)基波繞組中，7次諧波繞組系數Kad7=0。
[0019](三)基波繞組中，5次諧波繞組系數Kad5=-0.0149，故若用5次諧波勵磁，5次諧波磁場必然會對主繞組產生干擾現象，故在42槽4極3相的發電機中無法找到5次諧波繞組與主繞組正交無電磁干擾的布置結構。
[0020]根據上述(一)、(二)分析及計算，說明本實施具體方式方法的方案，七次諧波繞組確實與主繞組之間無電磁干擾，而(三)的計算說明本實施例中確實不宜采用五次諧波勵磁方式。
[0021]如圖3所示，定子I中U，V，W，N為主發電機三相主繞組，并聯支路數a=2，三相四線引出，a7，b7，C7為三相七次諧波繞組，主繞組和七次諧波繞組同下在主發電機的定子鐵芯槽中A為三相全波整流器，E1E2為勵磁機的定子勵磁繞組；轉子2中，F1F2為主發電機的凸極轉子勵磁繞組，a,b,c為勵磁機轉子三相對稱繞組，Z2為三相全波整流器，R為壓敏電阻，整臺發電機是由一臺凸極轉場式主發電機和一臺凸極轉樞式交流勵磁機二機同軸組成的。這種七次諧波勵磁無刷同步發電機結構上是主發電機和交流勵磁機二機同軸結構，但其電氣性能要優于基波勵磁方式的或三次諧波勵磁方式的二機同軸結構的無刷同步發電機的電氣性能，也克服了在定子42槽，4極3相的無刷同步發電機中不宜采用五次諧波勵磁的缺陷。
[0022]故具體實施方案，達到了發明的目的。
【主權項】
1.一種七次諧波勵磁無刷同步發電機，主要由主發電機和交流勵磁機二機同軸組成，交流勵磁機定子磁極繞組的直流勵磁源取自主發電機定子鐵芯中的三相七次諧波繞組經整流器整流而成的直流電源；其特征在于:發電機定子42槽，極數4極，相數3相，主發電機轉子做成整體凸極式，定子與轉子間有均勻氣隙，極弧系數為0.8 ;發電機主繞組為分數槽不等匝的同心式雙層繞組，由6個相同的線圈組形成三相對稱繞組，并聯支路數為a=2，每相由二個線圈組并聯，每個線圈組有七個線圈組成，七個線圈又由兩部分同心式的線圈組成，第一部分有四個同心線圈，線圈節距從大到小依次為10，8，6，4，而每個線圈的匝數從大到小依次為8，6，4，1，第二部分有3個同心式線圈，線圈節距從大到小依次為9，7，5，而每個線圈的匝數從大到小依次為7:5:2 ;三相七次諧波繞組的節距為1，極數是主繞組極數的7倍，即極數為28極，是等距等匝的3相對稱單層繞組；主繞組中無七次諧波含量，七次諧波繞組中無基波含量，七次諧波繞組與主繞組間無電磁干擾。
【專利摘要】本實用新型公開了一種七次諧波勵磁無刷同步發電機，所述發電機主要由主發電機和交流勵磁機二機同軸組成，交流勵磁機定子磁極繞組的直流勵磁源取自主發電機定子鐵芯中的三相七次諧波繞組經整流器整流而成的直流電源；發電機定子42槽，極數4極，相數3相，主發電機轉子做成整體凸極式。本實用新型七次諧波勵磁無刷同步發電機電氣性能具有比基波勵磁、三次諧波勵磁、五次諧波勵磁無刷同步發電機電氣性能都更優的特點。
【IPC分類】H02K19-28, H02K3-28, H02K19-38
【公開號】CN204334266
【申請號】CN201420819532
【發明人】林政安
【申請人】泰豪科技股份有限公司
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2014年12月23日