定子磁路控制飞轮脉冲发电机系统技术方案

定子磁路控制飞轮脉冲发电机系统，属于电机和电力电子技术领域，为了解决现有的脉冲发电机组功率密度低、能量密度低、体积重量大的问题。本发明专利技术的输入逆变器的输出端与输入电动机的引出线相连；磁路控制交流绕组的引出线与磁路控制直流电源的输出端相连；交流发电机的电枢绕组输出端与输出整流器的交流输入端相连，交流发电机的电枢绕组输出端并接励磁电流调节单元；输入电动机的转子、交流发电机的转子与惯性飞轮同轴连接。有益效果为控制简单、效率高、电压调整率小、过载能力强和可靠性高等特点，可用作大容量脉冲电源，在核聚变试验技术、等离子体和电磁发射技术等领域具有良好的应用前景。

Stator magnetic circuit control flywheel pulse generator system

The stator magnetic circuit control flywheel pulse generator system belongs to the field of motor and power electronics technology. In order to solve the problems of low power density, low energy density and large volume and weight of the existing pulse generator set. The output end of the input inverter is connected with the outgoing line of the input motor; the outgoing line of the AC winding controlled by the magnetic circuit is connected with the output end of the DC power controlled by the magnetic circuit; the output end of the armature winding of the alternator is connected with the AC input end of the output rectifier; the output end of the armature winding of the AC generator is connected with the excitation current regulating unit; the rotor and AC of the input motor are connected with each other The rotor of the alternator is coaxially connected with the inertia flywheel. The beneficial effects are simple control, high efficiency, small voltage regulation, strong overload capacity and high reliability. It can be used as a large capacity pulse power supply and has a good application prospect in the fields of fusion test technology, plasma and electromagnetic emission technology.

【技术实现步骤摘要】
定子磁路控制飞轮脉冲发电机系统
本专利技术涉及一种内嵌永磁体转子飞轮脉冲同步发电机系统，属于电机和电力电子

技术介绍
飞轮脉冲发电机是利用轴系的大惯量存储能量、同轴电动以及发电机实现机电能量转换的一种飞轮储能装置；目前投入应用或正在开发的飞轮储能装置有两种类型：第一种是储能与释能功率等级相当，可用一台电机交替实现电动和发电功能，中小容量的磁悬浮飞轮储能系统为这一类型，具有结构紧凑、效率高等特点，一般用作飞轮电池；第二种是储能功率比释能功率小一个数量级以上，由两台电机分别实现电动和发电功能，大容量交流脉冲发电机组为这一类型，以小功率、长时间存储能量，大功率、短时间释放能量，一般用作大容量脉冲电源，可应用于受控核聚变试验、核爆炸模拟、强流粒子束加速器、高功率脉冲激光器、高功率微波、等离子体和电磁发射技术等领域。常用飞轮脉冲发电机系统的结构如图1所示；系统的基本工作原理为：当系统充电时，由外部电网给系统提供能量，经由电力电子器件构成的功率变换器控制并驱动电机，带动飞轮高速旋转，达到并保持在恒定高速运行，以动能的方式储存所需能量，完成从电能到机械能的转换和能量存储；当脉冲负载需要供电时，将高速旋转运行的飞轮当成原动机带动电机发电运行，经过电力电子变换器输出适合脉冲负载的电压与电流，完成能量转换过程。现有的脉冲发电机组通常采用“电动机—飞轮—发电机”的结构形式；驱动电动机通常采用三相感应电动机，而脉冲发动机通常采用多相隐极同步发电机，电动机与发电机同轴旋转，惯性飞轮安装在发电机转轴上；飞轮和发电机采用刚性联轴器联接，电动机和飞轮采用柔性联接，机组有多个轴承来支撑转子。但是，该飞轮脉冲发电机组存在如下缺点：整个机组的轴系长、转速低，系统的功率密度低、能量密度低、体积重量大；脉冲发电机的转子上有励磁绕组，采用多级旋转整流器励磁，系统的可靠性低、成本高，不适合用于移动平台中。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有的脉冲发电机组功率密度低、能量密度低、体积重量大的问题，提出了定子磁路控制飞轮脉冲发电机系统。本专利技术所述的第一种定子磁路控制飞轮脉冲发电机系统包括输入逆变器、输入电动机、交流发电机、输出整流器、磁路控制直流电源、励磁电流调节单元和惯性飞轮；所述交流发电机包括定子和转子，定子和转子之间为气隙；定子包括定子铁心、多相电枢绕组和磁路控制直流绕组；定子铁心为圆筒形，在定子铁心的内表面和外表面沿轴向开槽，所开各槽沿圆周方向均布，定子铁心非气隙侧所开槽为闭口槽或半闭口槽，若为半闭口槽，槽口嵌放由高磁导率材料构成的导磁条；在定子铁心的气隙侧槽中嵌放多相电枢绕组；在定子铁心的非气隙侧每个齿上，都绕有一个磁路控制线圈，相邻齿上线圈的绕向相反，所有齿上的磁路控制线圈依次串联形成磁路控制直流绕组；输入逆变器的输出端与输入电动机的引出线相连；磁路控制直流绕组的引出线与磁路控制直流电源的输出端相连；交流发电机的电枢绕组输出端与输出整流器的交流输入端相连，交流发电机的电枢绕组输出端并接励磁电流调节单元；输入电动机的转子、交流发电机的转子与惯性飞轮同轴连接。本专利技术所述的第二种定子磁路控制飞轮脉冲发电机系统包括输入逆变器、输入电动机、交流发电机、输出整流器、磁路控制直流电源、励磁电流调节单元和惯性飞轮；交流发电机包括定子和转子，定子和转子之间为气隙；定子包括定子铁心、多相电枢绕组和磁路控制直流绕组；定子铁心为圆筒形，在定子铁心的内表面和外表面沿轴向开数量相同的槽，所开各槽沿圆周方向均布，定子铁心非气隙侧所开槽为闭口槽或半闭口槽，若为半闭口槽，槽口嵌放由高磁导率材料构成的导磁条；在定子铁心的气隙侧槽中嵌放多相电枢绕组；在定子铁心外侧槽和内侧槽之间的轭部绕有磁路控制线圈，即每个磁路控制线圈的一个边在外侧槽中，另一个边在内侧槽中，所有磁路控制线圈的绕向相同，各磁路控制线圈依次串联形成磁路控制直流绕组；输入逆变器的输出端与输入电动机的引出线相连；磁路控制直流绕组的引出线与磁路控制直流电源的输出端相连；交流发电机的电枢绕组输出端与输出整流器的交流输入端相连，交流发电机的电枢绕组输出端并接励磁电流调节单元；输入电动机的转子、交流发电机的转子与惯性飞轮同轴连接。本专利技术所述的第三种定子磁路控制飞轮脉冲发电机系统包括输入逆变器、输入电动机、交流发电机、输出整流器、磁路控制直流电源、励磁电流调节单元和惯性飞轮；所述交流发电机包括定子和转子，定子和转子之间为气隙；定子包括定子铁心、多相电枢绕组和磁路控制交流绕组；定子铁心为圆筒形，在定子铁心的内表面和外表面沿轴向开数量相同的槽，所开各槽沿圆周方向均布，定子铁心非气隙侧所开槽为闭口槽或半闭口槽，若为半闭口槽，槽口嵌放由高磁导率材料构成的导磁条；在定子铁心的气隙侧槽中嵌放多相电枢绕组；在定子铁心外侧槽和内侧槽之间的轭部绕有磁路控制交流线圈，即每个磁路控制交流线圈的一个边在外侧槽中，另一个边在内侧槽中，所有磁路控制线圈联结成多相对称磁路控制交流绕组；输入逆变器的输出端与输入电动机的引出线相连；磁路控制交流绕组的引出线与磁路控制直流电源的输出端相连；交流发电机的电枢绕组输出端与输出整流器的交流输入端相连，交流发电机的电枢绕组输出端并接励磁电流调节单元；输入电动机的转子、交流发电机的转子与惯性飞轮同轴连接。本专利技术的有益效果是发电机采用交流发电机，利用磁路控制电源调节磁路控制绕组，改变发电机定子轭部磁路的饱和程度及磁路磁阻，改变控制发电机主磁场和反电势的大小，保证发电机在负载及转速变化状态下输出电压保持恒定；发电机转子上没有电刷和滑环，结构简单，转子强度高和可靠性高，成本低，维护方便；发电机的体积小、重量轻，适合高速运行；可将飞轮与转子合二为一，机组轴系短、功率密度和能量密度高；通过控制励磁电流调节单元输出无功电流的大小即可实现系统的输出电压调节，控制容易，励磁功率小，发电机系统过载能力强，具有较宽的电压调节能力或宽范围变速恒压输出能力；随着发电机速度的变化，通过磁路控制绕组改变定子轭部磁路的饱和程度，进而改变主磁路磁阻以及主磁通的大小，保持电动势不变，保持输出电压不变；由于发电机定子漏抗随负载电流的大小而改变，轻载时，电枢绕组电流小，磁路不饱和，漏抗大，漏抗压降也大；重载时，电枢绕组电流大，磁路饱和，漏抗小，漏抗压降也小；同时，随着发电机速度和负载的变化，通过控制励磁电流调节单元输出无功电流大小，还可以进一步调节主磁通的大小，保证发电机的电动势不变。因此，发电机的电压调整率低；由于该飞轮脉冲发电机系统具有控制简单、效率高、电压调整率小、过载能力强和可靠性高等特点，可用作大容量脉冲电源，在核聚变试验技术、等离子体和电磁发射技术等领域具有良好的应用前景；很好的解决了现有的脉冲发电机组功率密度低、能量密度低、体积重量大的问题。附图说明图1为
技术介绍
中常用飞轮脉冲发电机系统的结构框图；图2为具体实施方式一中交流发电机的结构示意图；图3为具体实施方式一和二所述的定子磁路控制飞轮脉冲发电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种定子磁路控制飞轮脉冲发电机系统，其特征在于，该发电机系统包括输入逆变器(1)、输入电动机(2)、交流发电机(3)、输出整流器(4)、磁路控制直流电源(5)、励磁电流调节单元(6)和惯性飞轮；/n所述交流发电机(3)包括定子和转子(3-11)，定子和转子(3-11)之间为气隙；定子包括定子铁心(3-12)、多相电枢绕组(3-13)和磁路控制直流绕组(3-14)；定子铁心(3-12)为圆筒形，在定子铁心(3-12)的内表面和外表面沿轴向开槽，所开各槽沿圆周方向均布，定子铁心(3-12)非气隙侧所开槽为闭口槽或半闭口槽，若为半闭口槽，槽口嵌放由高磁导率材料构成的导磁条；在定子铁心(3-12)的气隙侧槽中嵌放多相电枢绕组(3-13)；在定子铁心(3-12)的非气隙侧每个齿上，都绕有一个磁路控制线圈，相邻齿上线圈的绕向相反，所有齿上的磁路控制线圈依次串联形成磁路控制直流绕组(3-14)；/n输入逆变器(1)的输出端与输入电动机(2)的引出线相连；磁路控制直流绕组(3-14)的引出线与磁路控制直流电源(5)的输出端相连；交流发电机(3)的电枢绕组(3-13)输出端与输出整流器(4)的交流输入端相连，交流发电机(3)的电枢绕组(3-13)输出端并接励磁电流调节单元(6)；/n输入电动机(2)的转子、交流发电机(3)的转子(3-11)与惯性飞轮同轴连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种定子磁路控制飞轮脉冲发电机系统，其特征在于，该发电机系统包括输入逆变器(1)、输入电动机(2)、交流发电机(3)、输出整流器(4)、磁路控制直流电源(5)、励磁电流调节单元(6)和惯性飞轮；
所述交流发电机(3)包括定子和转子(3-11)，定子和转子(3-11)之间为气隙；定子包括定子铁心(3-12)、多相电枢绕组(3-13)和磁路控制直流绕组(3-14)；定子铁心(3-12)为圆筒形，在定子铁心(3-12)的内表面和外表面沿轴向开槽，所开各槽沿圆周方向均布，定子铁心(3-12)非气隙侧所开槽为闭口槽或半闭口槽，若为半闭口槽，槽口嵌放由高磁导率材料构成的导磁条；在定子铁心(3-12)的气隙侧槽中嵌放多相电枢绕组(3-13)；在定子铁心(3-12)的非气隙侧每个齿上，都绕有一个磁路控制线圈，相邻齿上线圈的绕向相反，所有齿上的磁路控制线圈依次串联形成磁路控制直流绕组(3-14)；
输入逆变器(1)的输出端与输入电动机(2)的引出线相连；磁路控制直流绕组(3-14)的引出线与磁路控制直流电源(5)的输出端相连；交流发电机(3)的电枢绕组(3-13)输出端与输出整流器(4)的交流输入端相连，交流发电机(3)的电枢绕组(3-13)输出端并接励磁电流调节单元(6)；
输入电动机(2)的转子、交流发电机(3)的转子(3-11)与惯性飞轮同轴连接。


2.一种定子磁路控制飞轮脉冲发电机系统，其特征在于，该发电机系统包括输入逆变器(1)、输入电动机(2)、交流发电机(3)、输出整流器(4)、磁路控制直流电源(5)、励磁电流调节单元(6)和惯性飞轮；
交流发电机(3)包括定子和转子(3-21)，定子和转子(3-21)之间为气隙；定子包括定子铁心(3-22)、多相电枢绕组(3-23)和磁路控制直流绕组(3-24)；定子铁心(3-22)为圆筒形，在定子铁心(3-22)的内表面和外表面沿轴向开数量相同的槽，所开各槽沿圆周方向均布，定子铁心(3-22)非气隙侧所开槽为闭口槽或半闭口槽，若为半闭口槽，槽口嵌放由高磁导率材料构成的导磁条；在定子铁心(3-22)的气隙侧槽中嵌放多相电枢绕组(3-23)；在定子铁心(3-22)外侧槽和内侧槽之间的轭部绕有磁路控制线圈，即每个磁路控制线圈的一个边在外侧槽中，另一个边在内侧槽中，所有磁路控制线圈的绕向相同，各磁路控制线圈依次串联形成磁路控制直流绕组(3-24)；
输入逆变器(1)的输出端与输入电动机(2)的引出线相连；磁路控制直流绕组(3-24)的引出线与磁路控制直流电源(5)的输出端相连；交流发电机(3)的电枢绕组(3-23)输出端与输出整流器(4)的交流输入端相连，交流发电机(3)的电枢绕组(3-23)输出端并接励磁电流调节单元(6)；
输入电动机(2)的转子、交流发电机(3)的转子(3-21)与惯性飞轮同轴连接。


3.一种定子磁路控制飞轮脉冲发电机系统，其特征在于，该发电机系统包括输入逆变器(1)、输入电动机(2)、交流发电机(3)、输出整流器(4)、磁路控制直流电源(5)、励磁电流调节单元(6)和惯性飞轮；
所述交流发电机(3)包括定子和转子(3-31)，定子和转子(3-31)之间为气隙；定子包括定子铁心(3-32)、多相电枢绕组(3-33)和磁路控制交流绕组(3-34)；定子铁心(3-32)为圆筒形，在定子铁心(3-32)的内表面和外表面沿轴向开数量相同的槽，所开各槽沿圆周方向均布，定子铁心(3-32)非气隙侧所开槽为闭口槽或半闭口槽，若为半闭口槽，槽口嵌放由高磁导率材料构成的导磁条；在定子铁心(3-32)的气隙侧槽中嵌放多相电枢绕组(3-33)；在定子铁心(3-3...

【专利技术属性】
技术研发人员：寇宝泉，张浩泉，张庆杰，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23