[发明专利]一种发电机自并励无刷励磁系统及发电机系统

说明书

本发明公开了一种发电机自并励无刷励磁系统及发电机系统，属于发电机励磁控制领域，包括：励磁变压器，其高压侧与发电机的机端相连；三相整流器，其交流侧与励磁变压器的低压侧相连；P路高频交流发生器，各输入端均与三相整流器的输出端相连；M对沿圆周排列的固定磁极，与P路高频交流发生器的输出端相连；N对沿圆周排列的旋转磁极，与发电机的转子同轴转动，与M对固定磁极形成电磁感应，实现能量传输；两圆周同心；N个与发电机的转子同轴转动的单相整流器，分别与N对旋转磁极串联，形成N条支路，N条支路通过并联和/或串联后与发电机的励磁绕组串联，为发电机提供励磁。本发明能够实现自并励无刷励磁，提高系统可靠性并减少维护成本。

技术领域

本发明属于发电机励磁控制领域，更具体地，涉及一种发电机自并励无刷励磁系统及其应用。

背景技术

励磁系统是同步发电机的重要组成成分，对于维持发电机稳定运行具有重要作用，发电机励磁系统可以维持发电机机端电压，实现并列运行的发电机间无功功率的合理分配，并且可以提高电力系统的稳定性。选择合适的励磁方式对于保证励磁系统性能具有重要作用。

目前同步发电机多采用自并励励磁方式，其励磁电源取自发电机机端，经励磁变压器及可控硅整流器供给发电机励磁，励磁响应时间短，对发电机端电压的调节速度快，提升系统稳定性的能力突出，另外，由于其功率单元没有旋转部件，轴系短，轴承座少，故对减少机组振动和扭振十分有利。但是，自并励励磁系统需要碳刷和滑环进行静止和旋转部件电流传输，碳刷和滑环容易出现机械故障，需要进行维护，碳粉和铜末易引起电机绕组污染，影响绝缘，当周围环境中有易燃气体存在时，滑环和碳刷间产生的火花易造成事故；另外，自并励励磁系统在发电机近端发生三相短路时，强励能力将显著降低。三机无刷励磁系统是另一常用的励磁方式，系统是一种他励无刷励磁系统，励磁电源不受机端电压跌落影响，且没有碳刷和滑环，但是三机无刷励磁系统需要同轴励磁机，机组长度大，励磁系统中间增加了一个励磁机环节，响应速度慢，增加了故障率，并且轴系较长，增加了机组振动和扭振风险。

总体而言，自并励励磁系统具有明显的工程优势，但由于其存在碳刷和滑环，易发生机械故障、易引起电机绕组污染、易造成事故，因而要求定期维护且难以应用于诸如中小型防爆电机等场合。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种发电机自并励无刷励磁系统及其应用，其目的在于，通过电磁感应实现能量传输，实现无刷励磁，由此取消常规自并励励磁系统中的滑环和碳刷，提高系统运行可靠性。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种发电机自并励无刷励磁系统，包括：

励磁变压器，其高压侧与发电机的机端相连，其用于对发电机的机端交流电压进行降压处理；

三相整流器，其交流侧与励磁变压器的低压侧相连，其用于将励磁变压器输出的交流电压整流为直流电压；

P路高频交流发生器，各路高频交流发生器的输入端均与三相整流器的输出端相连，用于将三相整流器输出的直流电压转换为P路具有可控相位差的高频交流电压；

M对沿第一圆周排列的固定磁极，与P路高频交流发生器的输出端相连，连接至同一路高频交流发生器的多对固定磁极相互并联，由P路高频交流发生器输出的高频交流电压进行供电；M对固定磁极沿第一圆周排列；

N对沿第二圆周排列的旋转磁极，与发电机的转子同轴转动，且沿与第一圆周同心的第二圆周排列；N对旋转磁极用于通过与M对固定磁极之间的电磁感应，在各对旋转磁极上感应出交流电压；第一圆周与第二圆周同心；

N个与发电机的转子同轴转动的单相整流器，分别与N对旋转磁极串联，形成N条支路，各单相整流器用于将与之串联的一对旋转磁极输出的交流电压整流为直流电压；N条支路通过并联和/或串联后与发电机的励磁绕组串联，为发电机提供励磁；

其中，M、N和P均为预设的正整数。