[發(fā)明專利]一種選擇被動補償脈沖發(fā)電機

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210182671.5
• 申請日: 2012-06-05
• 公開（公告）號: CN102739008A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李江濤;晏小卉;呂麗;于映坤;婁建勇;王蓓
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: H02K39/00
• 分類號: H02K39/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 徐文權(quán)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于脈沖功率源技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種脈沖發(fā)電機，尤其是一種選擇被動補償脈沖發(fā)電機。

背景技術(shù)

補償脈沖發(fā)電機是一種利用慣性儲能的脈沖功率源，利用電磁感應(yīng)和磁通壓縮原理降低發(fā)電機的電感，使其輸出高幅值的脈沖電流。該發(fā)電機集能量存儲、機電能量轉(zhuǎn)換和脈沖形成于一體，具有能量密度和功率密度高、穩(wěn)定性和可靠性高等優(yōu)點。補償脈沖發(fā)電機根據(jù)補償方式可分為三類：被動、選擇被動和主動。主動補償方式需要外部提供補償電流，被動補償形式利用鋁合金補償筒對電樞繞組實現(xiàn)全補償，此時電樞繞組電感保持恒定值，輸出正弦電流波形，這兩類補償方式對功率的調(diào)制比較困難，選擇被動補償脈沖發(fā)電機則利用補償繞組實現(xiàn)選擇式補償，電樞繞組電感做正弦變化。

《一種補償脈沖發(fā)電機》（劉克富等、CN?1253406A、2000年5月17日公開）對補償脈沖發(fā)電機進行了介紹，但沒有提出有效的功率調(diào)制方法。現(xiàn)有被動補償脈沖發(fā)電機技術(shù)相比于選擇被動補償方式存在以下缺陷：脈沖功率調(diào)制方法單一，只能通過增加電樞繞組相數(shù)或外接電容器實現(xiàn)輸出功率的調(diào)制；電源系統(tǒng)體積和重量大，外接電容器和增加繞組必然會增大電源系統(tǒng)的體積和質(zhì)量，降低能量密度和功率密度；應(yīng)用領(lǐng)域有限，由于功率調(diào)制困難，很難根據(jù)負載需求的變化進行調(diào)整，真正使用時只能應(yīng)用到部分特定的領(lǐng)域中。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種選擇被動補償脈沖發(fā)電機，其改善了補償脈沖發(fā)電機的輸出性能，擴展了應(yīng)用領(lǐng)域。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來解決的：

這種選擇被動補償脈沖發(fā)電機，由轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)子、勵磁繞組、自閉合補償繞組、電樞繞組、無槽定子、機殼、前后端蓋以及電刷和集電環(huán)組成；所述勵磁繞組安裝在轉(zhuǎn)子槽中實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)勵磁；所述自閉合補償繞組固定在轉(zhuǎn)子上，電樞繞組固定在無槽定子的內(nèi)表面；定子固定于機殼內(nèi)部；前后端蓋安裝在機殼兩端；轉(zhuǎn)軸穿過轉(zhuǎn)子和端蓋軸心，起到支撐作用；同時在轉(zhuǎn)軸端部安裝電刷和集電環(huán)，將外部勵磁機提供的勵磁電流引入勵磁繞組。

上述轉(zhuǎn)子槽為對稱開設(shè)在轉(zhuǎn)子外周面上的軸向槽。

上述自閉合補償繞組通過環(huán)氧澆注固定在轉(zhuǎn)子的外表面。

本發(fā)明所述的選擇被動補償脈沖發(fā)電機采用外部恒流源實現(xiàn)勵磁，發(fā)電機穩(wěn)態(tài)運行過程中，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在氣隙電樞繞組中感應(yīng)出正弦變化的空載電動勢，當電樞繞組接通負載時，電樞繞組中流過脈沖電流，脈沖電流在發(fā)電機內(nèi)部激勵出變化的磁場，該磁場必然穿過固定于轉(zhuǎn)子外表面的自閉合補償繞組，補償繞組包圍的磁通變化時，就在繞組內(nèi)感應(yīng)出電流以抵消磁通的變化，電樞繞組內(nèi)感應(yīng)出的渦流會將電樞繞組電流產(chǎn)生的磁場壓縮在定、轉(zhuǎn)子間的氣隙內(nèi)，從而有效增大磁路，提高磁阻，最終降低電樞繞組的電感。由于補償繞組安裝在轉(zhuǎn)子外表面，對電樞繞組的補償效果隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而做正弦變化，當電樞繞組和補償繞組各自圍成的平面重合時，補償效果最好，兩個平面相互垂直時補償效果最差。因此，選擇被動補償脈沖發(fā)電機可以通過控制補償繞組和電樞繞組自身的結(jié)構(gòu)和相互配合，實現(xiàn)功率調(diào)制的目的。

附圖說明

圖1是本發(fā)明選擇被動補償脈沖發(fā)電機的前視圖；

圖2是A-A剖視圖；

圖3是選擇被動補償脈沖發(fā)電機的功率調(diào)制等效電路圖；

圖4是無相位差兩相電樞繞組的布線圖。

其中：1為機殼；2為定子；3為電樞繞組；4為補償繞組；5為勵磁繞組；6為實心轉(zhuǎn)子；7為轉(zhuǎn)軸。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述：

參見圖1和圖2，本發(fā)明的選擇被動補償脈沖發(fā)電機，由轉(zhuǎn)軸7、轉(zhuǎn)子6、勵磁繞組5、自閉合補償繞組4、電樞繞組3、無槽定子2、機殼1、前后端蓋以及電刷和集電環(huán)組成。勵磁繞組5安裝在轉(zhuǎn)子槽中實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)勵磁，轉(zhuǎn)子槽為對稱開設(shè)在轉(zhuǎn)子7外周面上的軸向槽。自閉合補償繞組4通過環(huán)氧澆注固定在轉(zhuǎn)子6的外表面。電樞繞組3固定在無槽定子2的內(nèi)表面；定子2固定于機殼1內(nèi)部，前后端蓋安裝在機殼1兩端，轉(zhuǎn)軸7穿過轉(zhuǎn)子6和端蓋軸心，起到支撐作用；同時在轉(zhuǎn)軸7端安裝電刷和集電環(huán)，將外部勵磁機提供的勵磁電流引入勵磁繞組。

本發(fā)明的選擇被動補償脈沖發(fā)電機轉(zhuǎn)軸7和外接原動機連接，勵磁繞組5的勵磁電流由外部勵磁機供給。原動機帶動轉(zhuǎn)軸7使轉(zhuǎn)子6、勵磁繞組5、補償繞組4旋轉(zhuǎn)直至額定轉(zhuǎn)速，勵磁繞組5中流過恒定勵磁電流，因此會在電樞繞組3中感應(yīng)出空載電動勢，電樞繞組3的接線方式如附圖4所示。結(jié)合附圖3，以理想交流電壓源V0代替電樞繞組3感應(yīng)出的空載電動勢，當電樞繞組3的輸出端和非線性電阻負載R2接通時，理想交流電壓源V0對電阻負載R2進行脈沖放電，此時電樞繞組3中流過脈沖電流；兩組補償繞組4分別用電阻R3、R4和電樞繞組自感L2、L3構(gòu)成的閉合回路代替，電樞繞組3的自感L1和電阻R1也包含在電路中；由于兩組補償繞組4隨轉(zhuǎn)子6一起旋轉(zhuǎn)，所以補償繞組4和電樞繞組3之間的互感M2、M3做正弦變化，但兩組補償繞組4的組間互感M1只和組間相位差γ有關(guān)。流過電樞電流3的脈沖電流通過互感M2、M3的作用在補償繞組4中感應(yīng)出渦流，該渦流又反向抵消電樞電流產(chǎn)生的磁場，當理想交流電壓源V0某時刻的幅值較低時，但此時補償效果好，所以電樞繞組3的電感較低，造成輸出的電流幅值會較高；當理想電壓源V0某時刻的幅值較高時，但補償繞組4的補償效果較差，電樞繞組3的電感較高，此時輸出的電流幅值反而會低。由此可見，調(diào)節(jié)補償繞組4對電樞繞組3的補償效果可以對電流和功率進行調(diào)節(jié)。補償繞組4和勵磁繞組5之間相位差為δ，兩組補償繞組4之間的相位差為γ。通過調(diào)整角度δ可以在一定程度上調(diào)節(jié)補償繞組4對電樞繞組3的補償效果，實現(xiàn)對輸出脈沖功率的調(diào)制作用；另外，改變補償繞組4的組件夾角γ可以實現(xiàn)兩組補償繞組4對電樞繞組3不同的補償效果，調(diào)整該角度同樣調(diào)制脈沖功率。因此，根據(jù)角度δ和γ對脈沖功率的作用規(guī)律，進行配合調(diào)節(jié)，可以實現(xiàn)對選擇被動補償脈沖發(fā)電機輸出功率的靈活調(diào)制。