低转速无刷同步电机励磁用的旋转变压器式励磁机

摘要

本发明公开了一种低转速无刷同步电机励磁用的旋转变压器式励磁机，解决了低转速同步电机在同轴励磁机的励磁下即可作为发电机运行又可作为电动机运行的问题。在同步电机转子转轴（5）上设置有励磁机转子铁芯（3）和励磁机转子三相交流对称绕组（4），励磁机定子（1）是设置在同步电机机座（7）上的，在励磁机定子（1）上设置有励磁机定子三相交流对称绕组（2），在励磁机转子铁芯与同步电机转子之间的同步电机转子转轴（5）上设置有旋转整流器（6），励磁机转子三相交流对称绕组（4）的引出线与旋转整流器的输入端电连接，同步电机转子单向线圈（9）通过连接线（10）与旋转整流器的输出端电连接。机构实现简单容易，体积小重量轻。

说明书

技术领域

本发明涉及一种励磁机，特别涉及一种无刷同步电机励磁用的旋转变压器式励磁机。

背景技术

对于电励磁的无刷同步电机，主要由主电机和励磁机组成，主电机与励磁机同轴安装，运行时同步旋转，由励磁机向主电机提供励磁。目前，电励磁的无刷同步电机用的励磁机普遍采用转枢式同步发电机型式，其定子为磁极系统，转子为电枢系统，给励磁机的定子绕组通入直流电，使其产生磁场，并拖动励磁机转子旋转运行，其转子绕组就会发出交流电，发出的交流电经旋转整流器整流成直流电，将整流得到的直流电输入给主电机转子绕组，成为主电机的励磁电源。这种形式的励磁机存在两个缺陷，（1）励磁机只有在被拖动旋转时，才能产生励磁电能，因此，该励磁机只适于给同轴的发电运行主电机进行励磁，而不适于给同轴的电动运行主电机进行励磁。因为，主电机以电动机状态运行时，起动时就需要有足够的励磁，而此时，励磁机却恰恰不能输出励磁电能，使主电机起动困难。（2）励磁机所励磁的主电机只适合是中、高速电机，而不适合是低速电机，因为，同样的励磁功率，若主电机运行在低速时，由于同轴，励磁机转速也低，励磁机的体积和重量会需要很大，使励磁机不具备实用性。

发明内容

本发明提供了一种低转速无刷同步电机励磁用的旋转变压器式励磁机，解决了低转速同步电机在同轴励磁机的励磁下，即适于发电机运行又适于电动机运行的技术问题，并且实现了低转速励磁机体积重量的小型化。

本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：

本发明的总体构思是：将励磁机设计为绕线式双馈异步发电机，在励磁机的定、转子上均设置三相交流对称绕组，在同轴转轴上设置旋转整流器，将励磁机转子上的三相交流对称绕组的引线端与旋转整流器的输入端电连接，通过旋转整流器的输出端为低转速无刷同步电机的转子提供励磁电流。

一种低转速无刷同步电机励磁用的旋转变压器式励磁机，包括同步电机定子、同步电机转子、同步电机机座和同步电机端盖，在同步电机定子上设置有同步电机定子线圈，在同步电机转子上分别设置有同步电机转子单相线圈和同步电机转子转轴，在同步电机转子转轴上设置有励磁机转子铁芯，在励磁机转子铁芯上设置有励磁机转子三相交流对称绕组，励磁机定子铁芯是设置在同步电机机座上的，或是设置在同步电机端盖上的，在励磁机定子铁芯上设置有励磁机定子三相交流对称绕组，在励磁机转子铁芯与同步电机转子之间的同步电机转子转轴上设置有旋转整流器，励磁机转子三相交流对称绕组的引出线与旋转整流器的输入端电连接在一起，同步电机转子单向线圈通过连接线与旋转整流器的输出端电连接在一起。

励磁机定子三相交流对称绕组上连接的三相交流电的频率为400-20000赫兹，同步电机转子的转速为50-200转/每分钟；同步电机定子线圈为三相线圈或为单相线圈。本发明的旋转变压器式励磁机的工作原理与变压器类似，结构上则类似于绕线式双馈异步发电机，由静止的定子和旋转的转子两部分组成，因此称之为旋转变压器式励磁机，该励磁机的定子线圈与可调的中频三相电源相连接，转子通过旋转变压器与主机转子励磁线圈相连接，向主机提供励磁电能；因为，该励磁机为变压器工作原理，即使在同步电机转子转轴静止不动的情况下，只要励磁机定子三相交流对称绕组上连接的三相交流电接通，在励磁机中即可产生旋转磁场，使励磁机转子三相交流对称绕组中产生交流电，该交流电通过旋转整流器对同步电机转子单向线圈输出电能，完成同步电机转子的励磁，若此时向同步电机定子线圈供电，则同步电机就可作为电动机运行。由于功率一定时，旋转变压器的体积和重量主要由频率的高低决定的，旋转变压器的体积和重量与频率近似成反比关系，而与主机的转速高低关系不大，所以，本发明的励磁机频率采用中频，这样即使用于工作转速较低的无刷同步电机，也可实现励磁机的体积小和重量轻。

在同步电机转子转轴的一端连接有螺旋桨，在同步电机转子转轴的另一端连接有柴油发电机。

本发明特别适用于有电动机运行要求的低转速无刷同步发电机，机构实现简单容易，体积小重量轻。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明：

一种低转速无刷同步电机励磁用的旋转变压器式励磁机，包括同步电机定子、同步电机转子、同步电机机座7和同步电机端盖8，在同步电机定子上设置有同步电机定子线圈11，在同步电机转子上分别设置有同步电机转子单相线圈9和同步电机转子转轴5，在同步电机转子转轴5上设置有励磁机转子铁芯3，在励磁机转子铁芯3上设置有励磁机转子三相交流对称绕组4，励磁机定子铁芯1是设置在同步电机机座7上的，或是设置在同步电机端盖8上的，在励磁机定子铁芯1上设置有励磁机定子三相交流对称绕组2，在励磁机转子铁芯3与同步电机转子之间的同步电机转子转轴5上设置有旋转整流器6，励磁机转子三相交流对称绕组4的引出线与旋转整流器6的输入端电连接在一起，同步电机转子单向线圈9通过连接线10与旋转整流器6的输出端电连接在一起。

励磁机定子三相交流对称绕组2上连接的三相交流电的频率为400-20000赫兹，同步电机转子的转速为50-200转/每分钟；同步电机定子线圈11为三相线圈或为单相线圈；旋转变压器式励磁机是将绕线式双馈异步发电机当作一个旋转的变压器来使用，励磁机定子绕组2相当于旋转变压器原边，由中频电源供电，接入三相中频电源后，在励磁机内部产生旋转磁场，该旋转磁场会在励磁机转子绕组4中感应产生三相中频交流电，励磁机转子绕组4相当于旋转变压器副边；中频电源提供的三相交流电可根据同步主电机的运行参数自动调节；在励磁机内部产生旋转磁场的转向相对于励磁机转子转向可正可反，改变励磁机定子绕组2与中频电源的连接相序，即可改变旋转磁场的转向；使旋转磁场转向与励磁机转子转向相反时，对减小励磁机的体积重量有一定作用；当励磁机转子静止时，励磁机为纯变压器工作模式，它向同步电机转子单向线圈9提供的励磁电能完全取决于中频电源；当同步电机转子转轴5在其他拖动设备的驱动下旋转时，即励磁机转子旋转时，励磁机向同步电机转子单向线圈9提供的励磁电能，绝大部分取自于中频电源，其他部分是由机械能转换得到，也就是说此时励磁机的三相中频电源给励磁机定子三相交流对称绕组2供电，产生一个旋转磁场，此时，励磁机的转子在其它拖动设备的拖动下也在旋转，旋转磁场转速相对旋转的励磁机的转子的转速，得到一个相对旋转速度，该相对旋转速度，即为励磁机转子绕组4切割磁力线的速度，励磁机转子绕组4以该切割磁力线的速度发电，向同步电机转子单向线圈9提供励磁电能。

本发明尤其适用于船舶上的柴油发动机系统，柴油发动机的输出轴尾部连接有螺旋桨，在柴油发动机的输出轴上可集成本发明的同步电机和励磁机；当船舶在正常运行时，柴油发动机通过输出轴上的螺旋桨驱动船舶行走，此时，可在励磁机定子三相交流对称绕组2上连接三相中频电源，同步电机此时作为发电机运行，同步电机定子线圈11上会发出交流电，为船上其他设备供电，柴油发动机输出轴的机械转速为50-200转/每分钟，三相中频电源的频率400-20000赫兹；当柴油发动机出现故障停止旋转时，通过船上的三相中频电源为励磁机定子三相交流对称绕组2供电，并通过船上其他电源为同步电机定子线圈11供电，同步电机此时作为电动机运行，驱动输出轴上的螺旋桨，将船舶继续航行回港口。