[其他]同步——異步變速恒頻發電機

在審

• 申請號: 101985000005662
• 申請日: 1985-07-29
• 公開（公告）號: CN85105662B
• 公開（公告）日: 1985-10-10
• 發明（設計）人: 羅君驊;葉云岳
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 代理公司: 浙江大學專利代理事務所
• 代理人: 韓介梅

“同步－－異步變速恒頻發電機”，是一種發電裝置。該機為由電樞和磁極都旋轉的雙轉子同步電機和線繞轉子異步電機構成的組合發電機。該機在取消原動機的調速裝置的情況下，在轉速變化時，能保證發出恒定頻率的電能，并能獲得對能源的高利用系數。本發明制造方便，運行簡單可靠，容易維護，適用于海島、草原、山區等地作為風力，水力發電機使用。

本發明屬于發電裝置。

對于利用流體能源的原動機，如風動機和水輪機等，如果不用調速裝置保持轉速恒定不變，則當流速變化時，會引起原動機轉速發生變化。如果用它來拖動一般同步發電機發電，則發電的頻率是變化的，這不符合用電要求。如果能創制一種變速恒頻發電機，則可取消常規風力（水力）發電機組中所必須的調速裝置，簡化了機組，降低了成本。此外，按風機的特性，當風速與風輪的周邊速處于某一比值時，風能的利用系數最高。如要保持這一最佳比值不變，則風輪的轉速必須與風速成正比變化。這時，風機的輸出轉矩是與風輪轉速平方成正比的。因此，所創制的發電機必須在50赫下也具有這樣的轉矩轉速特性。

目前，一種可以應用的技術是“異步機串級調速”。但，由于它需要一套比較復雜的電子裝置來變換頻率和控制轉矩轉速特性，致使價格昂貴，可靠性差，運行維護要求高。這對于象風力發電那樣，工作環境惡劣，機組容量又不大的場合，是一種缺點。不久以前，《中小型電機情報》上介紹了一種由電磁滑差離合器與同步電機組合而成的變速恒頻發電機組。這種機組是利用電磁滑差離合器來維持同步電機的轉速恒定不變，而發出恒定頻率電功率的。因此，它需要一套滑差離合器的勵磁調節裝置;這種機組當流速提高時，要求減小滑差離合器的勵磁電流，因而，發電機組的過載能力將隨之而降低;這種機組的功率是串聯傳遞的，機組效率等于離合器效率與同步電機效率的乘積，因而效率較低;當風速提高時，離合器是通過本身損耗增加來維持同步電機轉速恒定的，因而在高風速時效率更低;由于滑差離合器較為昂貴，整機的成本較高。

鑒于以上現有技術存在的問題，本發明的任務是設計一種適于在日曬雨淋惡劣環境下運行的簡單可靠，維護簡單，價格低廉，變速范圍較大而效率較高的變速恒頻發電機，以達到取消原動機調速裝置，并提高對流體能源利用系數的目的。

本發明是采用由一臺電樞和磁極都旋轉的雙轉子同步電機，一臺線繞式異步電機，以及同步電機的勵磁裝置和異步電機副邊外接阻抗在機和電方面的特殊聯接而構成的一種發電機。同步電機由原動機拖動，原動機可以驅動同步電機的外轉子，也可驅動它的內轉子。當驅動外轉子時，其內轉子與異步電機轉子同軸聯接并旋轉;當原動機驅動內轉子時，其外轉子與異步電機的轉子同軸聯接旋轉。同步電機的外轉子可以作為電樞，也可作為磁極，當外轉子為電樞時，則內轉子為磁極;反之，當內轉子為電樞時，則外轉子為磁極。異步電機的轉子可以作為副邊，也可以作為原邊。當轉子為副邊時，則定子為原邊;反之，當轉子為原邊時，則定子為副邊。異步電機的原邊三相繞組與同步電機的中樞三相繞組按所需的相序相聯接。異步電機的副邊三相繞組與外接阻抗相聯接，該阻抗是由電阻和電容并聯而成的。根據結構上的需要，異步電機的轉子可以設計為內轉子或者設計為外轉子。

本發明實質上是通過以下三點實現變速恒頻發電的：

（1）由于采用了電樞和磁極都旋轉的雙轉子同步電機，這就提供了在轉速變化時保持內外轉子間相對速度不變化的可能性，一旦達到這一結果，同步電機便能發出恒定頻率的交流電。

（2）由于同步電機的一個轉子（電樞或磁極）由原動機拖動，而另一個轉子（磁極或電樞）和異步電機同軸，所以它們都能在轉矩上互相制約，而形成穩定運轉狀態，這就使得機組能夠實現功率傳遞與機電能量變換。

（3）由于異步電機副邊繞組外接了由電阻和電容相并聯的阻抗，在等值電路的副邊回路中提供了隨轉差率S作特殊變化的二個參數re和Xe，致使在恒定頻率下的轉矩轉速曲線M（n）能較好地接近于二次拋物線關系，能比較好的和流體原動機的M（n）曲線相吻合。這樣，就達到了變速恒頻發電的目的。

按照上述機和電方面的聯接原則，本發明有多種聯接方案。