高性能直流输出永磁发电机系统技术方案

高性能直流输出永磁发电机系统，它涉及电极领域，它解决了在三相永磁同步发电机的电流在采用整流器进行整流的过程中产生高次谐波电流会增大绕组铜耗、定转子铁心损耗，使电机发热严重；同时，还引起定转子振动和噪声加剧的问题，它由一台三相永磁同步发电机和ｎ个三相整流器构成，所述的三相永磁同步发电机的定子上设置了ｎ套三相绕组和铁心，每套三相绕组之间的电角度相位差δ满足条件：δ≤±６０°／ｎ；每套三相绕组的输出端都与一个三相整流器的交流输入端相连，ｎ个三相整流器的直流输出端并联或串联为总输出端。它具有功率密度高、效率高、振动和噪声低、输出电压平均值高、电压脉动小、容错能力强、制造成本低等优点。应用在风力发电系统中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高性能直流输出永磁发电机系统，属于电机领域。
技术介绍
永磁电机作为发电机具有很多优点由于省去励磁绕组和容易出现故障的集电环 和电刷，结构较为简单，加工和装配费用减小，运行更为可靠。稀土永磁发电机具有体积小、 质量轻、效率高、电机的形状和尺寸可以灵活多样等显著优点；同时，由于处于直轴磁路中 的永磁体的磁导率很小，直轴电枢反应电抗较电励磁同步发电机小得多，因而固有电压调 整率比电励磁同步发电机小。因此，小型风力发电机基本上都采用永磁同步发电机。在风力发电系统中，由于风速的变化范围很大，使得风力发电机(特别是永磁发 电机)的输出电压在很大范围内波动。因此，小型发电机往往不能直接与负载相连，而是利 用整流器将电枢绕组中的交流电压、电流变换成直流电压、电流，给蓄电池充电，将电能储 存起来，通过蓄电池给负载供电(图6)；还可以通过一个可控的整流调节器，使发电机同时 给负载和蓄电池供电。但是，三相永磁同步发电机的电枢绕组接二极管整流器后，绕组中的电流会产生 畸变，而不再是正弦波，波形中除了含有基波以外，还含有大量的5次、7次等高次谐波，高 次谐波电流会增大绕组铜耗、定转子铁心损耗，使电机发热严重；同时，还引起定转子振动 和噪声加剧。
技术实现思路
本专利技术为了解决在三相永磁同步发电机的电流在采用整流器进行整流的过程中 产生高次谐波电流会增大绕组铜耗、定转子铁心损耗，使电机发热严重；同时，还引起定转 子振动和噪声加剧的问题，而提出一种高性能直流输出永磁发电机系统。本专利技术的高性能直流输出永磁发电机系统由一台三相永磁同步发电机和η个三 相整流器构成，所述的三相永磁同步发电机的定子上设置了 η套三相绕组和铁心，每套三 相绕组之间的电角度相位差δ满足条件δ ^ 士60° /n ；每套三相绕组的输出端都与一 个三相整流器的交流输入端相连，η个三相整流器的直流输出端并联或串联为总输出端。三相永磁同步发电机的定子η套三相绕组的各套绕组参数既可以相同，也可以不 同。三相永磁同步发电机的定子η套三相绕组既可以是星形联结，也可以是三角形联结，还 可以是星形与三角形混合联结。三相永磁同步发电机的转子可以为内嵌永磁体结构、外插 永磁体结构或表面永磁体结构。三相永磁同步发电机的绕组可以为分布绕组，也可以为集 中绕组。三相整流器也可以为由功率半导体器件(MOSFET、IGBT等)构成的可控整流器。本专利技术采用多重绕组永磁同步发电机和多个整流器构成发电机系统，通过绕组的 合理布置，使绕组中的5次、7次、11次、13次等高次谐波电流相互抵消，使电枢磁动势正弦 化。因此，本专利技术的直流输出永磁发电机系统具有功率密度高、效率高、振动和噪声低、输出 电压平均值高、电压脉动小、容错能力强、制造成本低等优点。附图说明图1本专利技术高性能直流输出永磁发电机系统的结构示意图；图2是具体实施方式 六的两套三相单层链式绕组构成的永磁发电机绕组展开示意图；图3至图5是具体实施方 式七的结构示意图，图3是具体实施方式七的电机结构示意图，图4是具体实施方式七的绕 组为星形联结的结构示意图，图5是具体实施方式七的绕组为三角形联结的结构示意图； 图6是现有风力发电系统结构示意图。具体实施例方式具体实施方式一结合图1说明本实施方式，本实施方式由一台三相永磁同步发 电机和η个三相整流器构成，所述的三相永磁同步发电机的定子上设置了 η套三相绕组和 铁心，每套三相绕组之间的电角度相位差δ满足条件δ ^ 士60° /n ；每套三相绕组的输 出端都与一个三相整流器的交流输入端相连，η个三相整流器的直流输出端并联或串联为 总输出端。具体实施方式二 本实施方式与具体实施方式一不同点在于三相永磁同步发电机 的定子中的η套三相绕组的每套绕组参数相同或不同。其它组成和连接方式与具体实施方 式一相同。具体实施方式三本实施方式与具体实施方式一或二不同点在于三相永磁同步发 电机的定子中的η套三相绕组为星形联结、三角形联结或星形与三角形混合联结。其它组 成和连接方式与具体实施方式一或二相同。具体实施方式四本实施方式与具体实施方式三不同点在于三相永磁同步发电机 的中的η套三相绕组为分布绕组或集中绕组。其它组成和连接方式与具体实施方式三相 同。具体实施方式五结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同 点在于一或四相整流器为由功率半导体器件构成的可控整流器。其它组成和连接方式与具 体实施方式一或四相同。具体实施方式六结合图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同 点在于高性能直流输出永磁发电机系统由一台三相永磁同步发电机和和两个二极管整流 器构成，所述的三相永磁同步发电机的定子上设置有两套三相对称绕组，所述的电机定子 的槽数为24槽，转子极数为4极，因此相邻两个定子槽之间相差的电角度为30°，两套绕组 在定子槽中嵌放时，绕组轴线错开一个槽，每套绕组的输出端各接一个二极管整流器，两个 二极管整流器的直流输出母线并联为总输出端，总输出端给一个共同的蓄电池充电。其它 组成和连接方式与具体实施方式一相同。具体实施方式七结合图3至图5说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一 不同点在于高性能直流输出永磁发电机系统由一台三相永磁同步发电机和和两个二极管 整流器构成，所述的三相永磁同步发电机定子槽数为12槽，转子极数为10极，因此相邻两 个定子槽之间相差的电角度为150°，即(-30° )，绕组由集中线圈构成，每个线圈都绕在 一个定子齿上，有U1，XI，U2，Χ2，VI，Yl, V2, Υ2，ffl, Zl, W2, Ζ2共12个线圈依次沿圆周在 定子铁心齿上排列，其中Ul与U2串联，Vl与V2串联，Wl与W2串联，这6个线圈在铁心齿上正绕，构成第1套绕组；Xl与X2串联，Yl与Y2串联，Zl与Z2串联，这6个线圈在铁心齿 上反绕，构成第2套绕组。第1套绕组与第2套绕组既可以为星形联结，也可以为三角形联 结。当为星形联结时，将U1、V1、W1的首端引出作为绕组的首端A1、B1、C1，U2、V2、W2的尾 端作为中性点联结到一起，将XUYUZl的首端引出作为绕组的首端A2、B2、C2，X2、Y2、Z2 的尾端作为中性点联结到一起；当为三角形联结时，将U2的尾端与Vl的首端、V2的尾端与 Wl的首端、W2的尾端与Ul的首端分别联结到一起，然后将三个联结点分别引出作为绕组的 首端Al、Bi、Cl，将X2的尾端与Yl的首端、Y2的尾端与Zl的首端、Z2的尾端与Xl的首端 分别联结到一起，然后将三个联结点分别引出作为绕组的首端A2、B2、C2，每套绕组的输出 端各接一个二极管整流器，两个二极管整流器的直流输出母线并联为总输出端，总输出端 给一个共同的蓄电池充电。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。 本
技术实现思路
不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式的组 合同样也可以实现专利技术的目的。本文档来自技高网...

【技术保护点】
高性能直流输出永磁发电机系统，其特征在于它由一台三相永磁同步发电机和ｎ个三相整流器构成，所述的三相永磁同步发电机的定子上设置了ｎ套三相绕组和铁心，每套三相绕组之间的电角度相位差δ满足条件：δ≤±６０°／ｎ；每套三相绕组的输出端都与一个三相整流器的交流输入端相连，ｎ个三相整流器的直流输出端并联或串联为总输出端。

【技术特征摘要】
高性能直流输出永磁发电机系统，其特征在于它由一台三相永磁同步发电机和n个三相整流器构成，所述的三相永磁同步发电机的定子上设置了n套三相绕组和铁心，每套三相绕组之间的电角度相位差δ满足条件δ≤±60°/n；每套三相绕组的输出端都与一个三相整流器的交流输入端相连，n个三相整流器的直流输出端并联或串联为总输出端。2.根据权利要求1所述的高性能直流输出永磁发电机系统，其特征在于三相永磁同步 发电机的定子中的η套三相绕组的每...

【专利技术属性】
技术研发人员：寇宝泉，贵献国，李春艳，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]