一種稀土永磁發電機電壓調節器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種發電機電壓調節器，尤其涉及一種稀土永磁發電機電壓調節器。
【背景技術】
[0002] 稀土永磁發電機是今年來發展迅猛的一種新型電機，相比傳統電勵磁電機具有節 能高效、結構簡單、性能出眾等優勢，廣泛應用于風力發電、余熱發電、移動式電源、備用電 源、車用發電機等場合。但是稀土永磁發電機由于其磁場難以調解，其帶載運行時，輸出電 壓會出現較大的壓降，導致電壓不穩，限制了其應用。目前，針對該問題，學界提出了很多的 解決辦法，但性價比和效果差強人意。例如改變電機本體的方法來進行調壓，增加了結構的 復雜性和不穩定性，同時對設計和制造提出很高要求，或者通過電力電子器件進行逆變調 壓，但是這一方式諧波危害較大
[0003] 目前永磁發電機的調壓問題并沒有得到很好的解決，一般而言有兩種方式，一種 改變本體結構，一種機外附加調壓裝置，調壓方法如下：
[0004] 1 ?混合勵磁調壓
[0005] 混合勵磁指電機的勵磁源由兩種不同的方式共同提供：永磁體提供氣隙磁場的主 要部分；電機中附加一套勵磁繞組并通入電流形成輔助磁場，用來進行磁場調節，這兩種勵 磁源共同形成氣隙磁場，實現電磁能量轉換。
[0006] 混合勵磁電機由于附加了勵磁繞組，通過精確的控制可以實現對輸出電壓的平滑 控制，這樣就很好的解決了永磁同步電機在應用上的最大瓶頸。目前該方向的研究很多， 發展也很迅速，然而這種電機引入了勵磁繞組，電機結構復雜，同時存在兩種相互耦合的磁 路，電磁參數的相互關系也變得復雜，傳統電機的分析和設計方法無法直接應用，需要對電 機進行重新建模和分析；在控制上，該電機也比傳統電機或者永磁電機控制系統復雜的多， 需采用高精度高速度的數據采集、處理及控制模塊來處理。因此，這種電機研發的投入耗費 巨大，可靠性和高效性也比永磁電機有所降低。
[0007] 2.雙定子和雙轉子調壓
[0008] 雙定子或者雙轉子調壓，其基本原理都是讓兩個電樞繞組產生不同矢量角度的電 壓，通過控制著兩個電壓的矢量角，實現它們合成電壓即輸出電壓的改變。
[0009] 雙轉子調壓的結構是兩個同軸的永磁發電機組合而成，其轉子通過相應的機械設 備連接并控制相對位置，電機的轉子串聯在一起。通過控制機械設備來控制轉子相對位置， 使各自的定子繞組輸出電壓矢量之和為常數。雙轉子調壓結構是電機包含兩個定子，定子 之間是轉子。改變內外定子的相對位置，達到同樣的效果。
[0010] 很顯然，這種調壓方法難度非常大，且結構復雜，目前很少采用。
[0011] 3?電力電子技術調壓
[0012] 電力電子技術是近年來永磁同步發電機電壓調節領域非常活躍的研究方向之一。 電力電子技術作為弱電與強電聯系的紐帶，能為電功率流動的控制及電能形態改變提供有 力幫助。并網型永磁直驅風力發電必須通過換流站才能并入電網，換流站就是大型的電力 電子設備，車用永磁發電機通常也是利用可控硅整流電路實現電能的穩壓輸出。
[0013] 電力電子調壓技術存在一些不足，電力電子器件會產生諧波，這對電網或者電機 等負載會產生負面的影響，同時價格成本較高，使用壽命較短。
【發明內容】
[0014] 本發明所要解決的主要技術問題是一種稀土永磁發電機電壓調節器，在永磁發電 機的輸出端并聯混合電抗調節器來對電機的壓差進行補償，從而減小了電機輸出端的壓 降，并且不會給用電器帶來諧波干擾。
[0015] 為了解決上述的技術問題，本發明提供了一種稀土永磁發電機電壓調節器：包括 數據采集系統、控制系統和混合電抗設備；所述混合電抗設備包括多組并聯在電機輸出端 的電容電感；
[0016] 所述數據采集系統檢測系統當前的電壓、電流、功率因數，并發送回控制系統；所 述控制系統根據接收的數據發出控制信號，控制所述多組電容電感的投切，來改變變壓器 型電抗器一次側的等效電阻，從而根據不同的負載情況吸收感性無功功率或容性無功功 率，使得輸出電壓壓降都落在有功功率部分。
[0017] 在一較佳實施例中：所述控制系統包括單片機和晶閘管控制電路；所述單片機發 出脈沖信號控制所述晶閘管控制電路中的雙向晶閘管導通，來控制所述多組電容電感的投 切。
[0018] 在一較佳實施例中：所述數據采集系統包括：整流電路、濾波電路、A/D轉換器、霍 爾傳感器、電壓電流互感器和計量芯片。
[0019] 在一較佳實施例中：所述混合設備中的電容容值按照二進制編碼設置。
[0020] 在一較佳實施例中：所述混合設備中的電容分為容值二進制編碼電容和等值電 容。
[0021] 在一較佳實施例中：所述容置二進制編碼電容為小容值電容，所述等值電容為大 容值電容。
[0022] 在一較佳實施例中：所述的混合電抗設備還包括過電流檢測電路、觸發電路和保 護電路。
[0023] 在一較佳實施例中：所述晶閘管控制電路包括反向并聯的兩個晶閘管，和抑制電 感，所述抑制電感限制投切時產生的沖擊電流。
[0024] 相較于現有技術，本發明的技術方案具備以下有益效果：
【附圖說明】
[0025] 圖1為本發明優選實施例中電壓調節器的原理結構圖。
【具體實施方式】
[0026] 下文結合附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步說明。
[0027] 參考圖1，一種稀土永磁發電機電壓調節器：包括數據采集系統、控制系統和混合 電抗設備；所述混合電抗設備包括多組并聯在電機輸出端的電容電感；所述數據采集系統 檢測系統當前的電壓、電流、功率因數，并發送回控制系統；所述控制系統根據接收的數據 發出控制信號，控制所述多組電容電感的投切，來改變變壓器型電抗器一次側的等效電阻， 從而根據不同的負載情況吸收感性無功功率或容性無功功率，使得輸出電壓壓降都落在有 功功率部分。
[0028] 所述控制系統包括單片機和晶閘管控制電路；所述晶閘管控制電路包括反向并聯 的兩個晶閘管，和抑制電感，所述抑制電感限制投切時產生的沖擊電流。所述單片機發出脈 沖信號控制所述晶閘管控制電路中的雙向晶閘管導通，來控制所述多組電容電感的投切。
[0029] 所述數據采集系統包括：整流電路、濾波電路、A/D轉換器、霍爾傳感器、電壓電流 互感器和計量芯片。
[0030] 所述混合設備中的電容容值按照二進制編碼設置。二進制編碼的組合方式是一種 非常高效的方式，受到廣泛采用。其原理是，電容的容值選擇1，2,4,8. .. 2-1的值，則能實 現2n-l種不同的容值，且極差為最小的那個電容的值。例如，選擇10uf、20uf、40uf的三個 電容，可以實現l〇uf、20uf、30uf、40uf、50uf、60uf、70uf七種不同的容值。該方式可以利用 較少的電容產生較多的組合，補償效果好。但是不足之處在于，每個電容的使用頻率和時間 不同，尤其是最小的電容，會被頻繁使用，容易壞掉。為了克服這一劣勢，本實施例進一步采 取了一種新的電容組合策略，即將等值電容與不等值電容混合使用。對前幾級小容量的采 取二進制編碼，后面主要的電容采取等值組合。例如一個300uf?的電容組合，要求精度為 l〇uf，貝丨』，可取前3級為二進制編碼，10uf，20uf，40uf，后面為等值編碼：80uf，80uf，80uf。
[0031] 所述的混合電抗設備還包括過電流檢測電路、觸發電路和保護電路。
[0032] 為了驗證電容補償的電壓調節效果，利用實驗室資源對一臺5kW的永磁同步發電 機進行輸出電壓調節的測試實驗。實驗中電機輸出電壓選擇120V。
[0033] 當永磁發電機帶純阻性負載時，在不同的輸出功率下，其實驗參數如表1所示，可 以看出，隨著輸出功率的不斷增加，輸出電流的上升，該電機的輸出電壓逐步下降。
[0034] 表1永磁發電機帶純電阻負載時的外特性
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【主權項】
1. 一種稀土永磁發電機電壓調節器，其特征在于：包括數據采集系統、控制系統和混 合電抗設備；所述混合電抗設備包括多組并聯在電機輸出端的電容電感； 所述數據采集系統檢測系統當前的電壓、電流、功率因數，并發送回控制系統；所述控 制系統根據接收的數據發出控制信號，控制所述多組電容電感的投切，來改變變壓器型電 抗器一次側的等效電阻，從而根據不同的負載情況吸收感性無功功率或容性無功功率，使 得輸出電壓壓降都落在有功功率部分。
2. 根據權利要求1所述的一種稀土永磁發電機電壓調節器，其特征在于：所述控制系 統包括單片機和晶閘管控制電路；所述單片機發出脈沖信號控制所述晶閘管控制電路中的 雙向晶閘管導通，來控制所述多組電容電感的投切。
3. 根據權利要求1所述的一種稀土永磁發電機電壓調節器，其特征在于：所述數據采 集系統包括：整流電路、濾波電路、A/D轉換器、霍爾傳感器、電壓電流互感器和計量芯片。
4. 根據權利要求1所述的一種稀土永磁發電機電壓調節器，其特征在于：所述混合設 備中的電容容值按照二進制編碼設置。
5. 根據權利要求1所述的一種稀土永磁發電機電壓調節器，其特征在于：所述混合設 備中的電容分為容值二進制編碼電容和等值電容。
6. 根據權利要求5所述的一種稀土永磁發電機電壓調節器，其特征在于：所述容置二 進制編碼電容為小容值電容，所述等值電容為大容值電容。
7. 根據權利要求1所述的一種稀土永磁發電機電壓調節器，其特征在于：所述的混合 電抗設備還包括過電流檢測電路、觸發電路和保護電路。
8. 根據權利要求2所述的一種稀土永磁發電機電壓調節器，其特征在于：所述晶閘管 控制電路包括反向并聯的兩個晶閘管，和抑制電感，所述抑制電感限制投切時產生的沖擊 電流。
【專利摘要】本發明提供了一種稀土永磁發電機電壓調節器：包括數據采集系統、控制系統和混合電抗設備；所述混合電抗設備包括多組并聯在電機輸出端的電容電感；所述數據采集系統檢測系統當前的電壓、電流、功率因數，并發送回控制系統；所述控制系統根據接收的數據發出控制信號，控制所述多組電容電感的投切，來改變變壓器型電抗器一次側的等效電阻，從而根據不同的負載情況吸收感性無功功率或容性無功功率，使得輸出電壓壓降都落在有功功率部分。
【IPC分類】H02P9-00, H02P103-20
【公開號】CN104579059
【申請號】CN201510013895
【發明人】楊冠魯, 徐晨
【申請人】華僑大學
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月12日