[其他]感應子式三相磁場調制發電機

無效

• 申請號: 85102835
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85102835B
• 公開（公告）日: 1987-10-07
• 發明（設計）人: 倪受元;常振炎
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H02M5/44
• 分類號: H02M5/44;H02K3/28
• 代理公司: 中國科學院專利事務所
• 代理人: 方國成

本發明屬于電機領域。是一種用作變速恒頻或 調頻電源的感應子式三相磁場調制發電機。

多年來，由于飛機、艦船、機車電源以及風能、太 陽能、波浪能等新能源發電的需要，很多電機研究人 員致力于將專門設計的交流發電機和功率電子電路 結合起來，以獲得一種與原動機轉速無關的恒頻輸 出。七十年代，美國W·L·休斯(W·L·Hughes)等 提出和研制的磁場調制發電機系統為解決這個問題 提供了一種性能良好而又比較經濟的方案。這種磁 場調制發電機系統由專門設計的三相高頻交流發電 機和一套功率電子電路組成。發電機本身具有較高 的旋轉頻率f_r，轉子鐵心采用隱極或凸極結構型式， 嵌有勵磁繞組，三個彼此相差120°電角的電樞相繞 組嵌在通常的定子鐵心上。當用頻率為f_m的低頻交 流電勵磁時，電樞相繞組的輸出電壓波形是由頻率 為(f_r+f_m)和(f_r-f_m)的兩個分量組成的調幅波。 為了得到與轉速無關的恒頻輸出，可用功率電子電 路將這個調幅波電壓進行解調。即將發電機的三個 相繞組接到由三個全波整流橋組成的并聯橋式整流 器，得到基本頻率為f_m的整流正弦脈動波，再通過 可控硅開關電路，使這個正弦脈動波的一半反向， 最后經濾波電路濾去紋波，即可得到頻率為f_m的正 弦波輸出。(參見U·S·Patent?No.3,727,122 和IEEE?Summer?Power?Meeting?Paper?No· C74318-2，Anaheim，California，July?1974.)。

可以看出，在這種變速恒頻發電系統中，對發 電機本身的要求就在于其電樞繞組的輸出電壓應是 由頻率為(f_r+f_m)和(f_r-f_m)的兩個分量組成的調 幅波，這樣才可以通過功率電子電路解調，得到與轉 速無關的恒頻輸出。但W·L·休斯等所研制的發電 機系統存在如下缺點：①發電機的三個相繞組的輸 出電壓波形具有相位相同的低頻(f_m)包絡線，解調 后從一臺三相電機中只能得到一個單相恒頻輸出。 為了獲得三相功率，需要三臺這樣的電機。②發電 機本身存在滑環和電刷，不利于維護和在惡劣環境 下運行。③轉子繞有勵磁繞組，電機極數不可能很 多，為了保證較好的輸出波形，發電機的旋轉頻率 f_r應遠大于勵磁頻率f_m，因而電機必須運行于相應 高的轉速，這對于某些方面的應用(如風力發電等) 是不利的。

對磁場調制發電機和現有各種電機的構成原理 的研究分析表明，從一臺普通隱極或凸極結構型式 的電機中難以得到三組具有彼此相移120°低頻包絡 線的調幅波電壓，因而必須尋求其他結構型式。

感應子電機的工作原理是基于轉子表面齒槽的 存在而使氣隙磁導發生周期性的變化。其勵磁繞組 和電樞繞組分別嵌置在定子鐵心的大、小槽中，當 勵磁繞組通以直流電時，在定子內腔形成極性分替 的磁場，從而在電樞繞組中感應出電壓。(電機工程 手冊第四卷??電機??1982年機械工業出版)。

本發明是基于現有的磁場調制發電機和感應子 發電機而提出的一種新的發電機結構型式，它可以 在一臺電機上通過磁場調制和解調的方法產生三相 恒頻功率輸出，同時使電機轉速可以有較大的選擇 范圍，根據應用需要，既可以設計成運行于較高的 轉速(如飛機電源、太陽能發電等)，也可設計成運 行于較低的轉速(如風力發電等)，以適應多種不同 的用途。本發明的另一目的是取消現有磁場調制發 電機的滑環和電刷，采用無刷結構，以減少維護并 適應惡劣的運行環境。

本發明的特點主要反映在發電機的定子鐵心結 構和繞組的組成及布置上。定子鐵心有均布的數量 為3的整倍數的大槽，嵌置三相勵磁繞組，用遠比 發電機旋轉頻率為低的三相低頻交流電勵磁，大槽 之間有若干均布的小槽，嵌置三組共九個彼此獨立 的電樞繞組。轉子沒有繞組，鐵心呈齒狀，由硅鋼 片疊成。

圖1是說明本發明的原理和一種實例的定、轉 子鐵心沖片及繞組布置。其中1為定子鐵心沖片， 2為轉子鐵心沖片。沿定子鐵心內圓有3個均布的 大槽I、II、III，嵌置三勵磁相繞組3。大槽之間 的小槽嵌置三組三相電樞繞組4，每組三相繞組處 于一相勵磁線圈所包圍的區域之內。