[發(fā)明專利]高性能直流輸出永磁發(fā)電機系統(tǒng)

無效

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• 申請日: 2010-08-25
• 公開（公告）號: CN101951099A
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發(fā)明（設計）人: 寇寶泉;貴獻國;李春艷
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: H02K21/00
• 分類號: H02K21/00;H02K11/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳泉清

技術領域

本發(fā)明涉及一種高性能直流輸出永磁發(fā)電機系統(tǒng)，屬于電機領域。

背景技術

永磁電機作為發(fā)電機具有很多優(yōu)點由于省去勵磁繞組和容易出現(xiàn)故障的集電環(huán)和電刷，結構較為簡單，加工和裝配費用減小，運行更為可靠。稀土永磁發(fā)電機具有體積小、質量輕、效率高、電機的形狀和尺寸可以靈活多樣等顯著優(yōu)點；同時，由于處于直軸磁路中的永磁體的磁導率很小，直軸電樞反應電抗較電勵磁同步發(fā)電機小得多，因而固有電壓調整率比電勵磁同步發(fā)電機小。因此，小型風力發(fā)電機基本上都采用永磁同步發(fā)電機。

在風力發(fā)電系統(tǒng)中，由于風速的變化范圍很大，使得風力發(fā)電機(特別是永磁發(fā)電機)的輸出電壓在很大范圍內波動。因此，小型發(fā)電機往往不能直接與負載相連，而是利用整流器將電樞繞組中的交流電壓、電流變換成直流電壓、電流，給蓄電池充電，將電能儲存起來，通過蓄電池給負載供電(圖6)；還可以通過一個可控的整流調節(jié)器，使發(fā)電機同時給負載和蓄電池供電。

但是，三相永磁同步發(fā)電機的電樞繞組接二極管整流器后，繞組中的電流會產(chǎn)生畸變，而不再是正弦波，波形中除了含有基波以外，還含有大量的5次、7次等高次諧波，高次諧波電流會增大繞組銅耗、定轉子鐵心損耗，使電機發(fā)熱嚴重；同時，還引起定轉子振動和噪聲加劇。

發(fā)明內容

本發(fā)明為了解決在三相永磁同步發(fā)電機的電流在采用整流器進行整流的過程中產(chǎn)生高次諧波電流會增大繞組銅耗、定轉子鐵心損耗，使電機發(fā)熱嚴重；同時，還引起定轉子振動和噪聲加劇的問題，而提出一種高性能直流輸出永磁發(fā)電機系統(tǒng)。

本發(fā)明的高性能直流輸出永磁發(fā)電機系統(tǒng)由一臺三相永磁同步發(fā)電機和n個三相整流器構成，所述的三相永磁同步發(fā)電機的定子上設置了n套三相繞組和鐵心，每套三相繞組之間的電角度相位差δ滿足條件：δ≤±60°/n；每套三相繞組的輸出端都與一個三相整流器的交流輸入端相連，n個三相整流器的直流輸出端并聯(lián)或串聯(lián)為總輸出端。

三相永磁同步發(fā)電機的定子n套三相繞組的各套繞組參數(shù)既可以相同，也可以不同。三相永磁同步發(fā)電機的定子n套三相繞組既可以是星形聯(lián)結，也可以是三角形聯(lián)結，還可以是星形與三角形混合聯(lián)結。三相永磁同步發(fā)電機的轉子可以為內嵌永磁體結構、外插永磁體結構或表面永磁體結構。三相永磁同步發(fā)電機的繞組可以為分布繞組，也可以為集中繞組。三相整流器也可以為由功率半導體器件(MOSFET、IGBT等)構成的可控整流器。

本發(fā)明采用多重繞組永磁同步發(fā)電機和多個整流器構成發(fā)電機系統(tǒng)，通過繞組的合理布置，使繞組中的5次、7次、11次、13次等高次諧波電流相互抵消，使電樞磁動勢正弦化。因此，本發(fā)明的直流輸出永磁發(fā)電機系統(tǒng)具有功率密度高、效率高、振動和噪聲低、輸出電壓平均值高、電壓脈動小、容錯能力強、制造成本低等優(yōu)點。

附圖說明

圖1本發(fā)明高性能直流輸出永磁發(fā)電機系統(tǒng)的結構示意圖；圖2是具體實施方式六的兩套三相單層鏈式繞組構成的永磁發(fā)電機繞組展開示意圖；圖3至圖5是具體實施方式七的結構示意圖，圖3是具體實施方式七的電機結構示意圖，圖4是具體實施方式七的繞組為星形聯(lián)結的結構示意圖，圖5是具體實施方式七的繞組為三角形聯(lián)結的結構示意圖；圖6是現(xiàn)有風力發(fā)電系統(tǒng)結構示意圖。

具體實施方式

具體實施方式一：結合圖1說明本實施方式，本實施方式由一臺三相永磁同步發(fā)電機和n個三相整流器構成，所述的三相永磁同步發(fā)電機的定子上設置了n套三相繞組和鐵心，每套三相繞組之間的電角度相位差δ滿足條件：δ≤±60°/n；每套三相繞組的輸出端都與一個三相整流器的交流輸入端相連，n個三相整流器的直流輸出端并聯(lián)或串聯(lián)為總輸出端。

具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一不同點在于三相永磁同步發(fā)電機的定子中的n套三相繞組的每套繞組參數(shù)相同或不同。其它組成和連接方式與具體實施方式一相同。

具體實施方式三：本實施方式與具體實施方式一或二不同點在于三相永磁同步發(fā)電機的定子中的n套三相繞組為星形聯(lián)結、三角形聯(lián)結或星形與三角形混合聯(lián)結。其它組成和連接方式與具體實施方式一或二相同。

具體實施方式四：本實施方式與具體實施方式三不同點在于三相永磁同步發(fā)電機的中的n套三相繞組為分布繞組或集中繞組。其它組成和連接方式與具體實施方式三相同。

具體實施方式五：結合圖1說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式一不同點在于一或四相整流器為由功率半導體器件構成的可控整流器。其它組成和連接方式與具體實施方式一或四相同。