[实用新型]一种单相永磁同步发电机串电容运行控制装置

说明书

本实用新型涉及一种单相永磁同步发电机串电容运行控制装置，包括两个正交绕组和负载，与其中一个所述正交绕组相连的电容器C1、C2、C3，与所述电容器C1、C2、C3对应相连的用于控制电容器接入电路的双向晶闸管T1、T2、T3；还包括电压—电流检测调理电路、A/D转换电路、单片机控制电路、晶闸管触发控制电路、过零检测电路、霍尔电压传感器、霍尔电流传感器、线性光耦合器、反相器。本实用新型所述一种单相永磁同步发电机串电容运行控制装置的技术方案，能够克服单相电机因产生脉振磁动势而造成发电机震动以及电压波形畸变严重、两相电枢绕组通电时产生椭圆度差的磁动势造成发电机震动以及发电效率低下等缺陷。

技术领域

本实用新型涉及电机控制技术领域，具体涉及一种单相永磁同步发电机串电容运行控制装置。

背景技术

野外作业时需要使用的移动电源或消防、应急救援、军用车载发电机，大量使用小型单相发电机为装备供电，目前的发展趋势是容量不断增大。现有电励磁单相发电机，容量大，性能好，但电励磁电机需要电励磁机构，增加了设备负担，而且效率不高。相比较，转子采用永磁体材料不仅能大大缩小机体，减轻质量，还能去除繁杂的电励磁机构，更省去了励磁损耗，同时，永磁材料的使用还可以增大气隙磁密，提高电机效率，因此中小功率的单相永磁同步发电机得到越来越多的应用。

但是，传统单相定子绕组的同步发电机本质上存在严重缺陷。发电机定子的单相绕组流过单相交流电流时产生的电枢反应磁动势为脉振磁动势，该脉振磁动势可以分解为正向旋转的正序磁动势和反向旋转的负序磁动势，其中负序磁场和转子的相对运动速度为两倍的同步速，会在转子励磁绕组或铁芯上产生两倍基频交变的电动势和电流，从而使转子产生脉振的磁场，转子脉振的磁场在定子绕组中产生一系列奇次谐波电动势和电流，使发电机负载输出电压正弦波形发生畸变。而且，负序气隙旋转磁场会和正向旋转的转子磁场相互作用产生两倍基频的交变电磁转矩，使电机产生振动和噪声，甚至影响发电机的安全稳定工作；另外负序磁场也会在转子上产生附加铁损，如果是转子是电励磁结构，还会在励磁绕组中产生两倍基频的交变电流，从而产生附加转子铜损，使发电机的温升升高和效率下降。

单相的电励磁发电机可以通过在转子上安装阻尼绕组减小负序电枢反应磁动势的影响，因此单相电励磁发电机的功率可以到两个兆瓦左右。而单相永磁发电机为了保证有较低的电压调整率，即带负载时电压更稳定，转子通常设计为表贴磁钢结构，转子磁极表面没有空间安装阻尼绕组。即便是转子采用内嵌式磁钢结构，因为阻尼导条发热会引起永磁体磁性能下降，使发电机的输出电压进一步降低。单相永磁同步发电机要提高容量，并且运行时的振动和噪声不影响发电机的稳定运行和输出性能，就需要找到合适的方式解决负序磁动势的影响。目前，有以下五种方法被广泛应用来减弱负序磁动势的影响：

1、采用合理的定子斜槽和定子正弦绕组或120度相带双层短距绕组；

2、适当的放大气隙，同时减小槽口与气隙的比值；

3、改变转子绕组参数、采用强阻尼绕组(全笼、半笼、1/4笼阻尼绕组)；

4、利用逆序磁场进行无刷励磁的电励磁单相同步发电机；

5、在永磁发电机的定子两相空间互差90度绕组中的一相串联电容后再并联向外输出单相电压。

措施1中采用正弦绕组斜槽技术后，发电机输出电势中奇次谐波分量被正弦绕组消除，而齿谐波又可被斜槽削去，使得最后的电势波形畸变率降低，得到大大改善。但是负序电枢反应磁动势对电机振动和噪声影响并没有根本上削弱。

措施2中适当地放大气隙，以增大气隙磁阻，可减小负序磁场磁密的大小。同时，放大气隙还可以减小槽口气隙的比值，从而减弱齿槽效应，削弱气隙磁密的齿谐波，有利于改善电枢绕组的电动势波形，但气隙长度改变余量受电机大小限制，效果有限，并且使电机的功率密度下降。