双馈变速凸极同步电机制造技术

双馈变速凸极同步电机，属于电机原理及结构的改进，特别涉及凸极同步电机。本发明专利技术所要解决的问题是实现凸极同步电机特别是大型水轮发电机组变速，以适应国民经济发展需求。本发明专利技术电机定子与普通交流电机定子结构相同，具有Ｐ对极，它由对称三相工频电源馈电。转子结构具有ｍＰ对分裂凸极磁极，其励磁绕组由ｍ相各Ｐ对极励磁绕组组成，ｍ相励磁绕组在空间上相差３６０°／ｍ电角度分布，它分别由时间上相差３６０°／ｍ电角度的低频交流变频电流源馈电，ｍ＝２～６。构成双馈变速凸极同步电机。本发明专利技术能适合大型水轮发电机组在蓄能电站、二期开发以及水轮机的最优工况运行等方面要求，能满足电力系统对于变速同步电机的要求，具备异步化同步发电机功能。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术属于电机原理及结构的改进，特别涉及凸极同步电机。
技术介绍
我国是一个蕴藏水力资源极其丰富的国家，开发水力资源是国家长期发展的一项基本国策当前西部大开发中，要开发建设一大批大型水电建设项目，特别是抽水蓄能电站。在抽水蓄能电站中，蓄能机组当作电动机—水泵运行时，其转速往往要求以略高于发电机转速为宜，要求同步电机具有变速功能，转速可调。若采用变速同步电机，在发电机运行时，它能使水轮机能始终处在最佳工况下，且在轻载下也能稳定运行，而不致产生震动。在水泵运行时，实现输入功率调整，控制抽水工况负荷，从而控制电网的频率波动。在大型水电站高坝建设中，往往希望二期开发，即在低坝低水头和高坝高水头时均可发电。由于水头变化大，水轮机很难适应其要求。若采用变速同步电机，可适应水轮机转速比很大变化，边建设边发电，改善运行工况。当前我国水力资源，由于环境和生态的破坏，河流多泥沙，水头变化大。长期以来，水轮机行业苦于无法解决汛期泥沙多，水轮机转轮选型困难的矛盾。变速同步电机可使水轮机无论汛期或非汛期始终处于最佳工况，大大减少水轮机叶片气蚀与泥沙磨损，既提高机组效率，又延长机组寿命。通过改变水轮机转速，解决叶片气蚀与泥沙磨损，选择最优转轮工况运行，其经济效益十分明显。基于上述水电机组在蓄能电站、二期开发以及水轮机的最优工况运行等方面的要求，此外，在风力发电、潮汐电站以及舰船、航空发电机等领域，也要求一种具有变速功能的同步电机面世，这是国民经济发展的需要。由于电力工业的发展，特别是对电网频率自动控制能力(AFC)的要求。当系统处于低负荷时，要进行无功补偿。对有功调节、电机功角稳定运行及其动态响应能力，将要求更高。在西部大开发中，西电东送、水电机组、长输电线路、无功调节和补偿等都是重大的问题。若同步电机能异步化运行，能进行无功调节，必将提高电网质量。这是当前我国电力工业所必将面临的问题，为此也要求同步电机能变速，即异步化同步发电机。1992年国际大电网会议上，第11(旋转电机)学术委员会全体会议，新型变速同步电机作为第一优先主题“电机的新发展和经验”，前苏联，日本等国学者作了专题报告。交流励磁电机的研制与发展，引起了世人注目。日本日立公司于1987制造容量为22MVA的成出(Narude)电站1#机投入运行。东芝公司制造容量为85MVA的八木泽(Yagisawa)电站2#机，于1990年12月投入运行，成为世界首台变速抽水蓄能机组。1994年，日本日立公司制造容量为400MW大河内电站变速抽水蓄能机组投入运行。前苏联第一台200MW(ASTG-200)异步化汽轮发电机于1985年制造并投入运行，1991年完成第二台。目前，正在从事300MW异步化汽轮发电机组的研制。九十年代以来，国内外对于变速同步电机的研究，主要分为二种典型电机。首先是双馈交流励磁电机DFIM(Double-FedInduction Machine)，即以日本日立公司大河内电站为代表的交流励磁电机，参见文献Kita E etc.A 400MW Adjustable speed pumped-storagesystem Water power&Dam construction 1991 No.11；其次是双馈无刷电机BDFM(Brushless Double-Fed Machines)，以英国学者Hunt L.J和Broadway A.R等为代表，参见文献S.Willianmson Generalised theory ofthe brushless doubly-fed machine Part 1Analysis；Part2 model verificationand pertormance，Proc.IEE Electr.Power Appl.Vol.144 No2 march 1997p111-129。它们在蓄能电站、风力发电等领域作为变速同步发电机得到应用。近年来，在国内引起有关研究所、高校及制造厂的关注。应当指出，无论是双馈交流励磁电机，还是双馈无刷电机，从本质和结构上讲，它们均属异步电机范畴。双馈交流励磁电机，它实质上是绕线式异步电机，依靠滑差功率进行调速。它的定子，即电枢，与交流电机定子相同，转子结构为绕线式异步电机转子。定子与普通三相电源联结馈电，转子由交流变频电源通过滑环相联结馈电，输入滑差频率电源。从而构成双馈交流励磁电机DFIM(Double-Fed Induction Machine)。对于大型立式水轮发电机，特别是在大型蓄能机组中，由于这种电机转子直径很大，达十几米，转速高，离心力大，致使转子绕组的端部固定十分困难。为此，日本学者提出了一系列的专利技术专利技术，在转子结构上采取措施。从大河内电站的考察分析，机组变频装置、控制系统设备极其庞大复杂，变频装置容量大，设备昂贵，为此厂房要多增加一层高度，机组成本增加30-40％。从国内的开发研究耒看，机组谐波含量大，机组转速变化时过渡过程时间长，机组的动态稳定性欠佳。双馈无刷电机，它实质上是特殊结构的鼠笼电机，转子采用鼠笼套(‘nest’loop)结构。对于双馈无刷磁阻电机(Brushless Doubly FedReluctance Machine)。其定子与交流电机定子相同，定子上具有p、q对不同的极数二套绕组，其中p对极的绕组与普通三相电源联结馈电，形成主绕组，另外，q对极的绕组与交流变频电源联结馈电，形成调速付绕组。在转子上，安放鼠笼套(‘nest’loop)结构。它相当于在同一转子上，分别感应不同p、q对极的频率的电机，利用转子鼠笼套(‘nest’loop)的特殊结构，使定转子气隙磁场同步旋转，以达到机电能量转换，从而形成双馈无刷电机。这种电机，由于转子为特殊的鼠笼套(‘nest’loop)结构，同时，它利用d、q轴磁导的不同，要使它在大型水电机组上实施，转子直径要达十几米，产生几十万千瓦的功率，在结构上也无法实现。同时，对于双馈交流励磁电机和双馈无刷电机，它们对无功调节及系统的稳定性存在诸多问题，要满足大型水电机组对于变速同步的要求，尚有相当的困难。
技术实现思路
本专利技术提出一种双馈变速凸极同步电机，它所要解决的问题是实现凸极同步电机变速，特别是在大型水轮发电机组上实现凸极同步电机调速，以满足电力系统适应国民经济发展的需求，即该种新型变速同步电机，具有异步化同步发电机功能。本专利技术的双馈变速凸极同步电机，包括定子和转子，定子与普通交流电机定子结构相同，由电枢铁芯和定子绕组构成，具有P对极，它由对称三相工频交流电源馈电。转子为凸极结构，转子磁极上装有励磁绕组和阻尼绕组，阻尼绕组与传统凸极同步电机纵横轴阻尼绕组相同，其特征在于所述转子具有mP对分裂凸极磁极，mP对分裂凸极磁极的励磁绕组由m相各P对励磁绕组组成，m相励磁绕组在空间上相差360°/m电角度分布，为正整数，m＝2～6。所述的双馈变速凸极同步电机，其进一步特征在于所述定子绕组由对称三相工频交流电源馈电，所述m相转子励磁绕组分别由时间上相差360°/m电角度的低频交流变频电流源馈电，从而产生圆形的旋转磁场。所述的双馈变速凸极同步电机，所述转子可以具有2P对分裂凸极磁极，2P对凸磁极的励磁绕组由2相各P对励本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双馈变速凸极同步电机，包括定子和转子，定子与普通交流电机定子结构相同，由电枢铁芯和定子绕组构成，具有Ｐ对极，转子为凸极结构，转子磁极上装有励磁绕组和阻尼绕组，阻尼绕组与传统凸极同步电机纵横轴阻尼绕组相同，其特征在于所述转子具有ｍＰ对分裂凸极磁极，ｍＰ对分裂凸极磁极的励磁绕组由ｍ相各Ｐ对励磁绕组组成，ｍ相励磁绕组在空间上相差３６０°／ｍ电角度分布，Ｐ＝１，２，…为正整数，ｍ＝２～６。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：宁玉泉，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]