專利名稱：整體凸極式中頻無刷同步發電機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種中頻發電機，尤其是一種中大功率的整體凸極式中頻無刷同步發電機。
背景技術：
目前，市場上對中頻發電機的需求量越來越多，如國防設施及國民經濟相關領域需要中頻電源、飛機場為維護和檢修機倉儀器及設備需要移動式中頻電源、工業冶煉需用 400Hz及更高頻率的中頻電源等等。現有的中頻電源往往由工頻電源經變頻而獲得，工頻電源即普通發電機的發電頻率一般為50HZ或60HZ，為得到中頻電源，就需要變頻設備及輔助設施，其存在的缺點為一是投資大，設備投資遠大于一臺發電機，成本高，設施環節多，帶來的維護工作量及故障率也多，維修費用高；二是經過變頻使得系統的穩定性減低；三是發電機轉子鐵心普遍采用傳統的分體凸極式轉子鐵心，它由每片獨立的磁極鐵心沖片疊裝成磁極鐵心后經磁極螺釘徑向固定鎖緊到轉子磁軛上，不僅結構復雜，制造工序多，安裝不便，可靠性差，成本高，而且散熱面積系數小，冷卻效果差，導致發電機轉子繞組溫升高；四是現有中頻發電機功率較小，在500kw IOOOkW中大功率的中頻發電機未見報導。傳統的小型中頻發電機多為永磁式，轉子磁極或定子磁極為永久磁鋼，也存在有不足之處一是磁極無繞組，無從調節勵磁電流，因而發電機電壓處于無法調節狀態；二是有的永久磁鋼在高溫環境下運行或長途運輸顛震等惡劣條件下，有逐漸消磁的可能性，影響發電機電壓的穩定性；三是中型以上功率電機轉子直徑大、離心力大，極難裝設磁鋼。
發明內容本實用新型的目的是要提供一種中大功率的整體凸極式中頻無刷同步發電機，該同步發電機能實現無刷勵磁中頻發電，輸出單相或三相中頻電壓，不僅具有結構合理，重量輕，成本低的優點，而且具有技術先進，性能優良，工作穩定可靠，輸出功率大的顯著優點。本實用新型是這樣構成的，它包括安裝在主軸上的主發電機、與主發電機同軸安裝的勵磁機、勵磁調節系統及排風冷卻風扇，在所述的主發電機上設有定子鐵心、轉子鐵心、定子中頻繞組及轉子繞組，在所述的勵磁機上設有定子鐵心、轉子電樞鐵心、定子主勵磁繞組及轉子電樞繞組，其特征在于所述的勵磁調節系統由復勵裝置、旋轉整流器和AVR 自動電壓調節器組成，所述的復勵裝置由固定于勵磁機定子上的復勵繞組、與該復勵繞組相連的復勵變流器和連接于復勵變流器上的三相整流橋組構成，從而使得主發電機轉子勵磁電流和勵磁機定子勵磁電流都處于可控調節狀態，所述的主發電機定子采用分數槽短距繞組，其每極每相槽數q為一個分數值，能獲得理想的正弦波電壓波形，所述的主發電機轉子鐵心由多極數的轉子鐵心沖片疊裝而成，所述的主發電機轉子鐵心為整體凸極式轉子鐵心結構，該整體凸極式轉子鐵心是由轉子鐵心沖片整片沖制疊裝而成，所述每片轉子鐵心沖片上的所有磁極和磁軛為一整體式結構(即每片轉子鐵心沖片是將磁極和磁軛制成一整體)，所述的磁極均勻分布在轉子輪轂外沿處并向外凸出，在所述的磁軛外沿處即位于各個磁極極間底部處開設有多邊形(如四邊形)軸向通風冷卻孔，以形成能利用發電機端部的引風冷卻風扇對轉子繞組進行直接冷卻的軸向通風道。本實用新型的技術特征還可以進一步具體為所述的旋轉整流器的輸入端(交流端)與勵磁機轉子電樞繞組相連，輸出端(直流端)與主發電機轉子繞組相連，所述的AVR自動電壓調節器設有低頻保護電路環節、電壓穩定性電路環節、并聯運行調差電路環節及電壓整定電路環節，在所述的AVR自動電壓調節器上分別連接有主發電機定子繞組抽頭線匝、勵磁機定子主勵磁繞組及調差互感器。 該低頻保護環節在發電機轉速低于保護點頻率下限值時，不會出現超大勵磁電流而燒毀繞組。在所述主發電機的定子槽中分布有定子三相中頻繞組，或分布有定子單相中頻繞組。所述的主發電機轉子鐵心和勵磁機定子鐵心是由既有良好磁化性能又具剩磁功能的薄鋼板沖制的鐵心沖片疊裝而成，使得該中頻無刷同步發電機具有主發電機轉子和勵磁機定子雙重剩磁磁場。所述主發電機轉子極數可分別為16、M、32、40極。在所述磁軛外沿處所開設的軸向通風冷卻孔為四邊形的軸向通風冷卻孔。本實用新型的工作原理過程如下本中頻無刷同步發電機在發動機的驅動下主發電機轉子旋轉至接近額定轉速，并帶動勵磁機轉子電樞旋轉，由于主發電機轉子磁場和勵磁機定子磁場的切割作用使嵌在主發電機定子鐵心槽中的定子繞組U、V相抽頭線匝感應出電壓，然后經AVR自動電壓調節器中的整流環節將交流電整流成直流電，輸入勵磁機定子主勵磁繞組，此時在勵磁機定子鐵心建立勵磁機主磁場，旋轉的勵磁機轉子電樞繞組便感應出三相交流電壓，該三相交流電壓經三相旋轉整流橋組整流成直流電壓，再輸入主發電機轉子繞組，從而建立主發電機轉子主磁場，使主發電機定子繞組感應出三相中頻電壓， 輸出三相中頻電能。調節AVR自動電壓調節器中的電位器，就可以把發電機的端電壓整定在額定值。當負載時，由于負載的變化會引起發電機端電壓的變化，故保持端電壓的恒定是通過AVR自動電壓調節器和復勵裝置來控制實現的1、由AVR自動電壓調節器對勵磁機勵磁電流進行自動調節，由勵磁機電樞感應的三相電壓經旋轉整流輸給主發電機轉子繞組的勵磁電流也得到了自動調節，從而維持了同步發電機的電壓保持基本恒定。2、由復勵裝置調節同步發電機的端電壓，當發電機負載增大或突加時，復勵裝置中的復勵變流器副方電流也增大，然后經過三相整流橋組整流后輸入勵磁機復勵繞組，使勵磁機的定子磁場同時增強，從而幫助同步發電機的端電壓迅速回升；當發電機負載減少或突甩時，復勵裝置的復勵作用減弱，使同步發電機的端電壓也迅速回落。因此，復勵裝置的復勵作用提高了無刷發電機動態性能(包括瞬態調壓性能、電壓恢復時間及啟動動力機械能力)。較之已有的中頻發電機而言，本實用新型具有如下優點1、由于本實用新型主發電機定子采用分數槽短距繞組，用較少槽數獲得相當多槽的分布系數，故能夠有效削弱繞組中的諧波電勢，改善電壓波形，從而使得發電機電壓質量尚ο[0017]2、由于采用無刷勵磁的方式，故無線電干擾極小，工作穩定可靠，維護工作量少。3、由于主發電機轉子鐵心為整體凸極式轉子鐵心結構，且設有軸向通風冷卻孔， 故不僅能夠節省鐵心、繞組的材料，降低重量和體積，而且轉子鐵心牢靠、繞組結實、散熱條件好，轉子繞組溫升實測值比標準值低20-2 ，從而使得發電機使用壽命長。4、由于本實用新型主發電機轉子鐵心和勵磁機定子鐵心采用既有良好磁化性能又具剩磁功能的薄鋼板沖制的鐵心沖片疊裝而成，故在各種環境條件下均能可靠自勵建立電壓。5、由于本實用新型采用AVR自動電壓調節器和復勵結構保持端電壓的恒定，故具有工作穩定可靠，動態性能好的顯著優點。6、本實用新型技術先進，它采用電磁設計新技術高線負荷、高磁通密度、低定子電密即“二高一低”的原則，不僅使得定、轉子鐵心長度縮短，節省鐵心、繞組、結構的材料，使得成本減低，而且定子繞組的溫升得到有效控制。7、本實用新型發電機的極數可分別為16、24、32、40極，極數多，范圍廣，頻率為 300 600Hz，適用于各種場所對中頻電源的需求，功率可達500 IOOOkW,成為目前理想的中大功率甚至大功率的中頻發電設備。8、此外，本實用新型還具有結構合理，重量輕的優點，它與內燃機聯接組成發電機組或移動電站，能夠作為國防設施、飛機機場、郵電通訊、船艦、冶煉廠礦的通訊、動力或照明用常用交流電源或應急備用電源，故具有顯著的社會效益和經濟效益，便于推廣利用。
圖1是本實用新型的結構示意圖。圖2是本實用新型輸出三相電壓的電路工作原理圖。圖3是主發電機整體凸極式轉子鐵心沖片的極數為M極的結構示意圖。圖中，1為主發電機，2為勵磁機，3為旋轉整流器，4為勵磁機的定子鐵心，5為勵磁機的轉子電樞鐵心，6為勵磁機的主勵磁繞組，7為勵磁機的轉子電樞繞組，8為復勵繞組，9 為復勵變流器，10為三相整流橋組，11為主發電機的轉子鐵心，12為主發電機的定子鐵心， 13為主發電機的轉子繞組，14為主發電機的定子繞組，15為主發電機的轉子鐵心沖片，16 為轉子鐵心沖片的磁極，17為轉子鐵心沖片的磁軛，18為轉子鐵心沖片磁軛的四邊形軸向通風冷卻孔，19為AVR自動電壓調節器，20為調差互感器。
具體實施方式
參照附圖，本實用新型實施例包括安裝在主軸上的主發電機1、與主發電機1同軸安裝的勵磁機2、勵磁調節系統及排風冷卻風扇，在所述的主發電機1上設有定子鐵心12、 轉子鐵心11、定子中頻繞組14及轉子繞組13，在所述的勵磁機2上設有定子鐵心4、轉子電樞鐵心5、定子主勵磁繞組6及轉子電樞繞組7，其特征在于所述的勵磁調節系統由復勵裝置、旋轉整流器3和AVR自動電壓調節器19組成，所述的復勵裝置由固定于勵磁機定子上的復勵繞組8、與該復勵繞組相連的復勵變流器9和連接于復勵變流器上的三相整流橋組10構成，從而使得主發電機轉子勵磁電流和勵磁機定子勵磁電流都處于可控調節狀態， 所述的主發電機定子12采用分數槽短距繞組14，其每極每相槽數q為一個分數值，其作用是用較少的定子槽數獲得相當多的分布系數，有效削弱繞組感應電勢中的諧波電勢，獲得理想的正弦波電壓波形，所述的主發電機轉子鐵心11由多極數的轉子鐵心沖片15疊裝而成，所述的主發電機轉子鐵心11為整體凸極式轉子鐵心結構，該整體凸極式轉子鐵心是由轉子鐵心沖片15整片沖制疊裝而成，所述的每片轉子鐵心沖片15是將磁極16和磁軛17 制成一整體，所述的磁極16均勻分布在轉子輪轂外沿部上向外凸出，在所述的磁軛17位于各個磁極16極間底部處開設有四邊形軸向通風冷卻孔18，當安裝使用時由于排風冷卻風扇的作用，發電機能形成對轉子繞組7、13進行直接冷卻的軸向通風道，從而使得轉子鐵心 5、11牢靠，散熱條件好。上述的旋轉整流器3的輸入端(交流端)與勵磁機2轉子電樞繞組7相連接，輸出端(直流端)與主發電機1轉子繞組13相連接。上述的AVR自動電壓調節器19設有低頻保護電路環節、電壓穩定性電路環節、并聯運行調差電路環節及電壓整定電路環節。該低頻保護電路環節在發電機轉速低于保護點頻率下限值時，不會出現超大勵磁電流而燒毀繞組。在上述的AVR自動電壓調節器19上分別連接有主發電機1定子繞組14抽頭線匝、勵磁機2定子主勵磁繞組6及調差互感器20。調差互感器20與AVR自動電壓調節器19的并聯運行調差電路環節連接，用于2臺或多臺主發電機并聯運行時，能夠自動調節無功電流， 從而實現各發電機無功功率按比例自動分配。在上述主發電機1的定子槽中分布有定子三相中頻繞組14，或分布有定子單相中頻繞組14，從而實現輸出電壓為單相或三相電壓。 上述的主發電機1轉子鐵心11和勵磁機2定子鐵心4是由既有良好磁化性能又具剩磁功能的Q235-A薄鋼板沖制的鐵心沖片疊裝而成，使得該中頻無刷勵磁同步發電機具有主發電機轉子和勵磁機定子雙重剩磁磁場，它在各種環境條件下能可靠自勵建立電壓。上述主發電機1轉子極數可分別為16、24、32、40極，故本實用新型制造的發電機極數也分別為16、24、32、40極，極數多，范圍廣。在所述磁軛外沿處所開設的軸向通風冷卻孔為四邊形的軸向通風冷卻孔。本實用新型的未述部分與現有技術相同。
權利要求1.一種整體凸極式中頻無刷同步發電機，包括安裝在主軸上的主發電機、與主發電機同軸安裝的勵磁機、勵磁調節系統及排風冷卻風扇，在所述的主發電機上設有定子鐵心、轉子鐵心、定子中頻繞組及轉子繞組，在所述的勵磁機上設有定子鐵心、轉子電樞鐵心、定子主勵磁繞組及轉子電樞繞組，其特征在于所述的勵磁調節系統由復勵裝置、旋轉整流器和 AVR自動電壓調節器組成，所述的復勵裝置由固定于勵磁機定子上的復勵繞組、與該復勵繞組相連的復勵變流器和連接于復勵變流器上的三相整流橋組構成，所述的主發電機定子鐵心采用分數槽短距繞組，其每極每相槽數q為一個分數值，所述的主發電機轉子鐵心由多極數的轉子鐵心沖片疊裝而成，所述的主發電機轉子鐵心為整體凸極式轉子鐵心結構，該整體凸極式轉子鐵心是由轉子鐵心沖片整片沖制疊裝而成，所述每片轉子鐵心沖片上的所有磁極和磁軛為一整體式結構，即每片轉子鐵心沖片是將磁極和磁軛制成一整體，所述的磁極均勻分布在轉子輪轂外沿處并向外凸出，在所述的磁軛外沿處即位于各個磁極極間底部處開設有多邊形軸向通風冷卻孔，以形成能利用發電機端部的排風冷卻風扇對轉子繞組進行直接冷卻的軸向通風道。
2.根據權利要求1所述的整體凸極式中頻無刷同步發電機，其特征在于所述的旋轉整流器的輸入端與勵磁機轉子電樞繞組相連，輸出端與主發電機轉子繞組相連，所述的AVR 自動電壓調節器設有低頻保護電路環節、電壓穩定性電路環節、并聯運行調差電路環節及電壓整定電路環節，在所述的AVR自動電壓調節器上分別連接有主發電機定子繞組抽頭線匝、勵磁機定子主勵磁繞組及調差互感器。
3.根據權利要求1所述的整體凸極式中頻無刷同步發電機，其特征在于在所述主發電機的定子槽中分布有定子三相中頻繞組，或分布有定子單相中頻繞組。
4.根據權利要求1所述的整體凸極式中頻無刷同步發電機，其特征在于所述的主發電機轉子鐵心和勵磁機定子鐵心是由既有良好磁化性能又具剩磁功能的薄鋼板沖制的鐵心沖片疊裝而成。
5.根據權利要求1所述的整體凸極式中頻無刷同步發電機，其特征在于所述主發電機轉子極數可分別為16、24、32、40極。
6.根據權利要求1所述的整體凸極式中頻無刷同步發電機，其特征在于在所述磁軛外沿處所開設的多邊形軸向通風冷卻孔為四邊形的軸向通風冷卻孔。
專利摘要一種整體凸極式中頻無刷同步發電機，它包括主發電機、勵磁機、勵磁調節系統，勵磁調節系統由復勵裝置、旋轉整流器和AVR自動電壓調節器組成，復勵裝置由復勵繞組、復勵變流器和三相整流橋組構成，主發電機定子采用分數槽短距繞組，其每極每相槽數q為一個分數值，主發電機轉子鐵心由多極數的轉子鐵心沖片疊裝而成，主發電機轉子鐵心為整體凸極式轉子鐵心結構，該轉子鐵心是由轉子鐵心沖片整片沖制疊裝而成，每片轉子鐵心沖片是將磁極和磁軛制成一整體，在磁軛處開設有四邊形軸向通風冷卻孔。本發電機能實現無刷勵磁中頻發電，輸出單相或三相中頻電壓，具有性能優良，工作穩定可靠，輸出功率大的優點。
文檔編號H02K19/38GK202309445SQ20112036377
公開日2012年7月4日 申請日期2011年9月21日 優先權日2011年9月21日
發明者趙文欽, 黃舒淳 申請人:趙文欽, 黃舒淳