一种并列结构混合励磁同步发电机的交流励磁控制系统技术方案

本实用新型专利技术公开了属于同步电机交流发电设备领域的一种并列结构混合励磁同步发电机的交流励磁控制系统。所述交流励磁控制系统包括并列结构混合励磁同步发电机、输出电压检测调理电路、三个电流传感器、励磁电流检测调理电路、转子位置检测处理电路、整流桥、滤波电容和数字调压交流励磁控制器。混合励磁发电机的永磁部分和电励磁部分在同一机壳内，沿轴向并列安装，两部分定子铁芯彼此独立，但共用一套定子电枢绕组，励磁绕组的分布形式和电枢绕组相同，布置在电励磁部分的定子铁芯中；交流励磁电流控制系统采用矢量控制方法调节励磁电流大小和相位，从而调节电励磁电动势的大小和相位，使发电机输出电压稳定；实现宽转速、大负载范围内恒压输出。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于同步电机交流发电设备领域。特别涉及一种并列结构混合励磁同步发电机的交流励磁控制系统。
技术介绍
永磁同步电机具有可靠性高、效率高以及体积小等优点，相对于传统的电励磁同步电机具有许多优势。但是永磁电机由于转子采用永磁磁钢励磁，气隙磁场调节困难，作为发电机运行，当温度升高时，永磁磁钢产生可逆退磁，使发电机输出电压降低，另外，当发电机负载改变时，尤其是当感性负载增大时，输出电压进一步降低。通常永磁发电机的电压变化率在士 10%左右，影响负载设备的可靠运行。于是混合励磁同步电机被提出并进行了大量的研究，出现了多种结构的混合励磁电机，按电励磁磁场与永磁磁场的叠加方式可分为串励式、并励式和混励式三种结构，它们的主要思想是永磁磁场依然作为电机的主磁场，电励磁部分调节电动势需要调节的部分，从而保证了发电机输出电压的稳定。从现有混合励磁电机的技术上看，电励磁部分大多采用直流电流励磁，由于直流电流产生的是相对于励磁绕组位置固定不变的磁场，为了在定子绕组中感应大小可调节的交流感应电动势，常见的直流电流励磁方案大致有三类。第一类方案类似于传统的电励磁发电机，通过电刷和滑环把直流励磁电流引入到转子上的励磁绕组，依靠转子旋转使电励磁磁场旋转起来，如专利技术专利号为ZL. 200310106347. 6的混合励磁同步电机，该种方案由于电刷和滑环的存在降低了电机的可靠性以及环境适应性。第二类方案是采用双凸极结构的混合励磁电机，流过电机定子上励磁绕组的直流电流产生位置固定不变的磁动势，通过转子旋转时磁路磁阻的变化使定子磁通发生变化，从而在电枢绕组中感应交变的电动势，如专利技术专利号为ZL. 200310106346. 1的双凸极混合励磁同步电机，该种方案由于利用磁阻式工作原理，使输出电压正弦性不是很理想。第三类方案的电励磁部分采用爪极励磁结构，励磁绕组放置在电机端盖部分，电励磁部分转子相邻的爪极依次为N极和S极，从而在电励磁部分的定子电枢绕组中感应交流电动势，通过改变直流励磁电流的大小来改变电励磁感应电动势的大小，例如申请号为 200810024775. 7的并列结构混合励磁无刷同步电机。但是该种方案在电励磁磁路上除了工作气隙，还存在附加气隙，爪极之间漏磁也比较大，需要消耗更多的电励磁磁动势，降低了电励磁效率。在直流励磁电流控制上，对于较大的励磁功率通常采用可控整流将交流电变换为可调节的直流电压加在励磁绕组上。对于较小的励磁功率多采用MOSFET或IGBT等全控型电力电子开关控制加在励磁绕组上的电流大小，从而调节感应电动势的大小，比如申请号为200910181397. 8的专利技术专利公布了一种自励混合励磁同步电机交流发电系统及其控制方法，控制系统根据检测到的输出电压、负载电流以及实际励磁大小采用数字信号处理器控制H桥式电力电子开关的导通和关断，控制直流励磁电流的方向和大小实现了混合励磁发电机输出电压的自动调节。上述可以看出混合励磁电机的电励磁部分采用直流电流励磁，虽然励磁控制相对简单，技术也比较成熟，但是混合励磁同步电机或者电刷和滑环的存在使电机可靠性较低以及环境适应性较差，或者双凸极电机使输出电压正弦性不好，或者爪极电励磁使结构复杂，且需要消耗较多的电励磁磁动势，降低了电励磁效率。
技术实现思路
本技术的目的是针对现有技术中永磁电机由于转子采用永磁磁钢励磁，气隙磁场调节困难，作为发电机运行，当温度升高时，永磁磁钢产生可逆退磁，或发电机负载改变时，使发电机输出电压降低的不足，而提出一种并列结构混合励磁同步发电机的交流励磁控制系统，所述并列结构混合励磁同步发电机包括永磁部分和电励磁部分，它们在磁路上彼此独立，并且永磁部分和电励磁部分在同一机壳内，沿轴向并列安装，两部分电机定子铁芯彼此独立，但共用一套定子电枢绕组，永磁定子铁芯和电励磁定子铁芯具有相同的齿槽数；永磁转子铁芯和电励磁转子铁芯装在同一转轴上，转轴的两端与轴承固定，两端轴承分别固定在机壳两端的端盖上；其特征在于，该交流励磁控制系统包括并列结构的混合励磁同步发电机、输出电压检测调理电路、三个电流传感器、励磁电流检测调理电路、转子位置检测处理电路、整流桥、滤波电容、数字调压交流励磁控制器；其中数字调压交流励磁控制器的三相输出分别接混合励磁同步发电机三相励磁绕组的首端，三相励磁绕组的尾端在电机内部采用星型连接；在三相励磁绕组的输入端分别设置电流传感器，三个电流传感器的输出经过励磁电流检测调理电路后接数字调压交流励磁控制器的输入端；放置于发电机内部的永磁转子位置传感器的输出经过转子位置检测处理电路后接数字调压交流励磁控制器的输入端；混合励磁发电机的三相输出端分别接输出电压检测调理电路、整流桥和负载的输入端；整流桥的输出经过滤波电容后接数字调压交流励磁控制器的输入端；输出电压检测调理电路的输出接数字调压交流励磁控制器的输入端。所述的数字调压交流励磁控制器包括DSP数字信号处理器、驱动隔离放大电路、 三相交流励磁逆变器和宽输入范围的DC/DC控制电源，其中宽输入范围的DC/DC控制电源的输入端与励磁主电路的输入端并联，DC/DC控制电源的输出端分别接DSP数字信号处理器、输出电压检测调理电路、转子位置检测处理电路、励磁电流检测调理电路、驱动隔离放大电路的电源输入端。本技术的并列结构混合励磁同步发电机的交流励磁控制系统与现有技术相比，具有以下特点1.电励磁部分采用交流励磁电流控制，通过控制三相对称励磁电流的大小和相位实现发电机输出电压的调节。2.交流励磁采用矢量控制方法，使励磁电流中只有直轴分量，电励磁磁场被定向在与发电机永磁磁极轴线平行的方向上，使电励磁电动势和永磁励磁电动势同相位或反相位。3.电励磁绕组位于电机的定子部分，实现了励磁的无刷化，增加了电机的可靠性及环境适应性。4.电励磁部分磁路不存在附加气隙，电励磁所需的磁动势少，电励磁效率高。5.通过定子电枢绕组分布形式、励磁绕组分布形式、永磁转子磁极结构的设计以及交流励磁控制系统的设计，可以得到高质量的发电机输出电压。附图说明图1是无电励磁转子的并列结构混合励磁发电机轴向剖面示意图。图2是电励磁部分双定子的并列结构混合励磁同步发电机轴向剖面示意图。图3是并列结构混合励磁同步发电机励磁电流为零时的负载特性曲线。图4是并列结构混合励磁同步发电机的交流励磁控制系统结构图。图5是数字调压交流励磁控制器结构示意图。图6是数字调压交流励磁控制器的励磁主电路图。图7是并列结构混合励磁同步发电机交流励磁控制原理图。图中标号名称1转轴，2轴承，3端盖，4永磁转子铁芯，5电枢绕组，6永磁磁钢，7 永磁电机气隙，8不锈钢非导磁螺钉，9永磁定子铁芯，10电励磁绕组，11电励磁定子铁芯， 12机壳，130型密封垫圈，14风扇，15风扇罩，16永磁转子位置传感器，17永磁部分，18电励磁部分，19电励磁转子铁芯，20电励磁部分气隙，21电励磁部分内导磁圆环，22电励磁部分内定子铁芯。AX混合励磁发电机永磁部分A相绕组，BY混合励磁发电机永磁部分B相绕组，CZ 混合励磁发电机永磁部分C相绕组，AlXl混合励磁发电机电励磁部分A相等效电枢绕组， BlYl混合励磁发电机电励磁部分B相等效电枢绕组，ClZl混合励磁发电机电励磁部分C相等效电枢绕组本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种并列结构混合励磁同步发电机的交流励磁控制系统，所述并列结构混合励磁同步发电机括永磁部分和电励磁部分，它们在磁路上彼此独立，并且永磁部分和电励磁部分在同一机壳内，沿轴向并列安装，两部分电机定子铁芯彼此独立，但共用一套定子电枢绕组，永磁定子铁芯和电励磁定子铁芯具有相同的齿槽数；永磁转子铁芯和电励磁转子铁芯装在同一转轴上，转轴的两端与轴承固定，两端轴承分别固定在机壳两端的端盖上；其特征在于，所述交流励磁控制系统包括并列结构的混合励磁同步发电机、输出电压检测调理电路、三个电流传感器、励磁电流检测调理电路、转子位置检测处理电路、整流桥、滤波电容、数字调压交流励磁控制器；其中数字调压交流励磁控制器的三相输出分别接混合励磁同步发电机三相励磁绕组的首端，三相励磁绕组的尾端在电机内部采用星型连接；在三相励磁绕组的输入端分别设置电流传感器，三个电流传感器的输出经过励磁电流检测调理电路后接数字调压交流励磁控制器的输入端；放置于发电机内部的永磁转子位置传感器的输出经过转子位置检测处理电路后接数字调压交流励磁控制器的输入端；混合励磁发电机的三相输出端分别接输出电压检测调理电路、整流桥和负载的输入端；整流桥的输出经过滤波电容后接数字调压交流励磁控制器的输入端；输出电压检测调理电路的输出接数字调压交流励磁控制器的输入端。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘明基，吉阳，于斌，李祥永，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：实用新型
国别省市：11