CN101924440A - 采用开关电源实现同步电机无刷励磁装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采用开关电源实现同步电机无刷励磁装置。同步电机由于电刷存在磨损，运行人员要经常巡视，更换电刷。同时，电刷在工作过程中经常引起较强的高频电磁干扰，恶化电机***的电磁环境，给驱动***带来严重的电磁干扰。本发明的组成包括：同步电机的定子(1)和转子(2)，所述的定子里面安装控制器(3)，所述的控制器连接逆变器(4)，所述的逆变器连接磁罐变压器，所述的磁罐变压器连接整流器(5)，所述的整流器连接励磁绕组(6)，所述的励磁绕组绕置于所述的转子的铁心。本发明用于同步电机。

Description

采用开关电源实现同步电机无刷励磁装置

技术领域：

本发明涉及一种采用开关电源实现同步电机无刷励磁装置。

背景技术：

永磁同步电机由于其转速高、体积小、结构简单、运行可靠等优点，在各个领域都得到了广泛应用，但是由于稀土永磁体的高矫顽力，使得永磁发电机的磁场难以调节，可控性差，而且成本较高。相比之下，励磁电机通过励磁电流建立可以灵活控制和调节励磁磁场，而且成本较低，所以励磁电机正在逐步取代永磁电机。目前的有刷励磁电机最大的优点是电机与励磁***界限明显，相对独立，直观明了，而且转子励磁电流、励磁电压容易取得，数值准确，检修方便。但是由于电刷的存在，增加了接触电阻，随着励磁电流的增大，电刷和滑环常常因接触不良导致发热，严重时会产生环火而烧坏刷架和滑环，并且电刷的质量也直接影响到运行稳定性，因而故障率较高。另外电刷在磨损时产生的碳粉给环境卫生造成一定的影响，而且容易污染轴承座，降低其绝缘，给安全运行带来隐患。由于电刷存在磨损，运行人员要经常巡视，更换电刷。同时，电刷在工作过程中经常引起较强的高频电磁干扰，恶化电机***的电磁环境，给驱动***带来严重的电磁干扰。

公开号为CN2309013Y的同步发电机无刷励磁装置，与同步发电机同轴装有直流励磁机，直流励磁机有两个定子，且两个定子的磁极错开布置，每个定子的磁极个数与发电机转子的磁极个数相同，每个定子的各磁极线圈分别串联，并分别通以大小相同相位相差90°的交流电来实现无刷励磁。但是该装置为了实现起励、强励、灭磁和测量的功能，仍然需要滑环和电刷，并没有实现真正意义的无刷励磁。

公开号为CN86100740A的晶体管开关自动励磁装置，采用大功率晶体管开关电源，通过测量电压控制晶体管开关导通比的方式调节励磁电流。这种自动励磁调节器只是利用开关技术关注励磁磁场的建立与调节，并没有实现无刷。

公开号CN1329393A的同步发电机开关电源励磁***，采用超大功率开关电源取代交流励磁机、附励磁机和可控硅整流电路，使得发电机的励磁电流与电网电压、发电机输出电压完全无关。该***虽然将开关电源应用到励磁***，但是只是取代了励磁机，并没有取代电刷和滑环。

以上专利都存在一个共同点，就是没有真正的取消电刷和滑环，同时结构较复杂。

发明内容：

本发明的目的是提供一种采用开关电源取代有刷励磁***的电刷和滑环装置的无刷励磁***，使得电机既具有永磁同步电机效率高的优点，又具有磁通可调的特点。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

采用开关电源实现同步电机无刷励磁装置，其组成包括：同步电机的定子和转子，所述的定子里面安装控制器，所述的控制器连接逆变器，所述的逆变器连接磁罐变压器，所述的磁罐变压器连接整流器，所述的整流器连接励磁绕组，所述的励磁绕组绕置于所述的转子的铁心。

所述的采用开关电源实现同步电机无刷励磁装置，所述的磁罐变压器包括安装在所述的定子上的初级线圈，所述的初级线圈通过气隙耦合次级线圈，所述的次级线圈安装在所述的转子的转轴上。

所述的采用开关电源实现同步电机无刷励磁装置，所述的气隙在0.4-0.6mm之间。

有益效果：

1.本发明利用磁罐变压器可以取代励磁***的集电环和电刷，实现了无刷励磁，结构简单。

2、通过调节开关电源的开关管来调压，达到调节磁通的目的。

3、电励磁部分损耗小，具有永磁发电机高效率的特点。

附图说明：

附图1是本发明的结构示意图。

附图2是本发明的主视图。

附图3是附图2的A-A剖面图。

附图4是本发明的结构框图。

附图5是全桥整流开关电源工作原理图。

附图6是全波整流开关电源工作原理图。

具体实施方式：

实施例1：

采用开关电源实现同步电机无刷励磁装置，其组成包括：同步电机的定子1和转子2，所述的定子里面安装控制器3，所述的控制器连接逆变器4，所述的逆变器连接磁罐变压器，所述的磁罐变压器连接整流器5，所述的整流器连接励磁绕组6，所述的励磁绕组绕置于所述的转子的铁心。

所述的采用开关电源实现同步电机无刷励磁装置，所述的磁罐变压器包括安装在所述的定子上的初级线圈7，所述的初级线圈通过气隙耦合次级线圈8，所述的次级线圈安装在所述的转子的转轴9上。

所述的采用开关电源实现同步电机无刷励磁装置，所述的气隙在0.4-0.6mm之间。

实施例2：

如附图1-3所示，磁罐变压器的次级铁心10和整流器与电机转子铁心和励磁绕组同轴排列。开关电源的另一部分安装在同步电机定子上，控制器和逆变器放置在定子壳体空腔内，共用直流母线排列于定子壳体内表面，而磁罐变压器初级铁心11固定在电机定子端部，并与磁罐变压器的次级铁心相对，初、次级铁心之间间隙0.5mm左右。磁罐变压器的次级线圈缠绕在次级铁心里面，初级线圈缠绕在初级铁心里面。

如附图4所示，控制器在直流母线电压供电下完成对逆变器的控制，输出4路PWM信号控制逆变器的4路开关管，实现直流信号变交流信号的逆变过程，将交流信号供给磁罐变压器的初级绕组，初级绕组在交流信号作用下产生交变磁场，通过气隙耦合到次级绕组产生交变的励磁电流，经整流器整流后供给转子励磁绕组从而产生电机的励磁磁场。虚线框内所有器件为电机转动部分。

图5和图6具体说明了开关电源实现无刷励磁的过程，开关电源采用隔离式全桥DC-DC变换器。图5的4个开关晶体管V1，V2，V3，V4组成全桥开关逆变电路，高频PWM脉冲信号轮流控制开关管的导通和关断，一个开关周期内，第一半周期V1，V4导通，V2，V3关断；第二半周期V2，V3导通，V1，V4关断。于是直流输入电压VCC变换为高频交流方波电压，实现DC-AC变换，而交流方波电压的频率由PWM频率决定。交流方波电压经高频变压器升降压，再经整流和LC滤波电路，得到直流输出电压，实现AC-DC变换，负责给电机转子励磁绕组供电。其中的整流部分可以采用不带抽头变压器进行单相全桥整流，如图5所示。也可以采用中间带抽头变压器进行单相全波整流，如图6所示。

Claims (3)

1.一种采用开关电源实现同步电机无刷励磁装置，其组成包括：同步电机的定子和转子，其特征是：所述的定子里面安装控制器，所述的控制器连接逆变器，所述的逆变器连接磁罐变压器，所述的磁罐变压器连接整流器，所述的整流器连接励磁绕组，所述的励磁绕组绕置于所述的转子的铁心。

2.根据权利要求1所述的采用开关电源实现同步电机无刷励磁装置，其特征是：所述的磁罐变压器包括安装在所述的定子上的初级线圈，所述的初级线圈通过气隙耦合次级线圈，所述的次级线圈安装在所述的转子的转轴上。

3.根据权利要求2所述的采用开关电源实现同步电机无刷励磁装置，其特征是：所述的气隙在0.4-0.6mm之间。

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