CN109167499A - 一种新型单相同步发电机、及三相同步发电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型单相同步发电机、及三相同步发电机，单相同步发电机包括：定子铁心及其集中式绕组、转子及其磁极，以及定子铁心、转子之间的气隙，在定子铁心主磁路的任意位置上套装有集中式绕组，在定子铁心的主磁路上设置有转子和对应的气隙，每个转子上均设置有至少一对磁极；在原动机驱动下，转子磁极旋转，通过电磁感应，在集中式绕组上产生高电压等级的交流电能，通过高压输电线路，实现电能的远距离传输。三相同步发电机由3个单相同步发电机组成，3个单相同步发电机的转子均在同一转轴上，三个转子的磁场互差120°的电角度。本发明通过改变发电机的结构节省了投资和运维费用，节省资源，同时降低了故障率和损耗，实现了超高压大功率。
Description
技术领域
本发明涉及同步发电机领域，尤其涉及一种新型的高压大功率单相同步发电机、及三相同步发电机。
背景技术
目前，电力***的大功率发电机主要是同步发电机，单机容量一般十万千瓦到百万千瓦，电压几千伏到几十千伏。其原理是：原动机拖动发电机的转子高速旋转，转子上的恒定磁场依次切割发电机定子铁心内的三相对称分布式绕组而发出三相正弦交流电，定子绕组一般接成星型，向外电路输出三相交流电能。由于发电机的端电压相对高压输电线路而言比较低，因此发电机加升压变压器的组合成为发变电的主流形式。
这种主流发电形式存在以下技术缺陷：
1)因为受定子分布式绕组以及绝缘结构所限，发电机所发端电压一般为几十千伏特。电压等级低、电流大、从而导致导线截面大、引起损耗大、发热量大，并且散热成为主要问题。
2)传统发电机定子绕组会产生一定谐波以及感应电势的损失率。
3)因为发电机所发的电压等级低，不能直接远距离输送电能，只能再通过同等容量的升压变压器升压至更高电压等级进入输电网。
因此，发电机+升压变压器的“发变组合”成为了基本固定模式，但二者加在一起造价高、维护量大、占用资源多；且能源多重转换、转换损耗大、浪费能源和资金。
发明内容
本发明提供了一种新型的超高压大功率单相同步发电机、及三相同步发电机，本发明通过改变发电机的结构节省了投资和运维费用，节省资源，同时降低了故障率和损耗，实现了超高压大功率，详见下文描述：
一种新型单相同步发电机，包括：定子铁心及其集中式绕组、转子及其磁极，以及定子铁心、转子之间的气隙，在定子铁心主磁路的任意位置上套装有集中式绕组，在定子铁心的主磁路上设置有转子和对应的气隙，每个转子上均设置有至少一对磁极；
在原动机驱动下，转子磁极旋转，通过电磁感应，在集中式绕组上产生高电压等级的交流电能，通过高压输电线路，实现电能的远距离传输。
进一步地，所述转子的磁场为沿气隙按正弦波形分布。所述集中式绕组的数量为至少一个。所述转子的数量为至少一个。
另一实施例，一种新型三相同步发电机，所述三相同步发电机由3个单相同步发电机组成，3个单相同步发电机的转子均在同一转轴上，三个转子的磁场互差120°的电角度。
本发明提供的技术方案的有益效果是：
1、本发明直接依靠转子磁场旋转，通过电磁感应，在定子铁心的集中式绕组上产生高电压等级的交流电，可将交流电能直接输送到高压线路上，省掉了传统结构中的升压变压器；
2、本发明采用发电机与升压变压器一体的结构，所消耗的电磁材料总量少于“发变组合”的总和，降低了发电机的整体造价；
3、本发明减少了电能转换带来的损耗，降低了运行维护成本，同时由于省掉了升压变压器，则减少了整个发电机的占用空间和面积，简化了发电厂的设备布局，具有更好的经济性。
附图说明
图1为一种新型的超高压大功率单相同步发电机的主视图；
图2为一种新型的超高压大功率三相同步发电机的结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1：定子铁心； 2：集中式绕组；
3：转子； 4：励磁***；
5：转轴； A、B、C：发电机。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例1
本发明实施例提供了一种新型的超高压大功率单相同步发电机，参见图1，该单相同步发电机的设计原理如下：
本发明实施例设计的单相同步发电机仅依靠原动机拖动转子3旋转，转子3上的磁场随之旋转，通过电磁感应，在定子铁心1的集中式绕组2上产生高电压等级的交流电，然后将高电压等级的交流电通过远距离传输输送到相应的高压线路上。
具体实现时，由定子铁心1(此时既是发电机铁心，也是升压变压器的铁心)、集中式绕组2(此时既是发电机绕组，也是升压变压器的绕组)；即升压变压器和交流发电机共用部件定子铁心1和集中式绕组2，通过上述设计省掉了传统设计中的升压变压器。
其中，本发明实施例对集中式绕组2上的线圈数不做限制，匝数越多，交流电的电压越高，具体的匝数可以根据实际应用中的线路设计和运行需要进行调节。
综上所述，本发明实施例设计了一种发电机、升压变压器于一体的新型单相同步发电机结构，该新型单相同步发电机所消耗的电磁材料总量少于发电机+升压变压器的“发变组合”，从而节省了建设成本和资源，同时由于节省了部分器件，降低了发电机的故障率以及损耗，实现了高压大功率。
实施例2
下面结合图1对实施例1中的方案进行进一步地介绍，详见下文描述：
参见图1，该新型的超高压大功率单相同步发电机包括：定子铁心1、集中式绕组2、以及转子3，
沿定子铁心1任意位置上可以套装有若干个集中式绕组(即线圈)2，集中式绕组2之间可以根据需要串联或并联，并引出首尾端；在定子铁心1的磁路上也可以设置有若干个转子3和对应的气隙(本领域的专业技术术语，本发明实施例对此不做赘述)，每个转子3上均设置有至少一对磁极(即NS极)，各磁极所处的位置不要求完全相同(其实多转子结构很少能用于实现)。定子铁心1、与转子3以及气隙构成了完整的主磁路。
上述定子铁心1是具有闭合特点的磁路，本发明实施例对定子铁心1的形状不做限制，仅以图1中的形状为例进行说明，优选便于安装集中式绕组2的形状、且定子铁心1的材料和叠片结构要利于导磁。
在定子铁心1环绕的闭合磁路空间内，例如：在图1中的圆形区域空间内设置有转子3，转子3上是恒定的磁场，可以由永磁材料提供，也可以是便于调节的直流励磁磁场(参见图2，可由励磁***4提供励磁电流)。转子3的数量可以为多个，即图1中可以包括多个圆形区域空间，根据设定，各转子磁极位置不一定处于对应相同位置。
优选地，转子3的磁场可以设计成沿气隙按正弦波形分布，当转子3只有一对磁极时，NS极各占二分之一圆弧且按照正弦规律分布；两对磁极时，NS极各占四分之一，极***替分布，以此类推，本发明实施例对此不做赘述。
具体实现时，本发明实施例对绕组的数量、以及转子3的数量不做限制，可以根据实际应用中的需要进行设定。
但，具体应用时，当集中式绕组2的数量为多个时，需要正确连接出线圈的头尾，例如：图1中，串联有2组集中式绕组，一组为A1X1，另一组为A2X2。A1、A2均为首端、X1、X2均为尾端，串联的匝数越多，电压越高。
实际应用时，也可以是2组集中式绕组2并联连接，通过采用合理的方式绝缘，设置首尾端。匝数也可以设计成多个抽头和分接开关，便于根据实际应用运行需要对线圈的匝数进行调节，实现调压。本发明实施例仅以图1中的集中式绕组2的串联连接为例进行说明，对此不做限制。
实际应用时，转子3由原动机拖动进行运转，转子3的形状可以是凸极式，也可以是隐极式，可以是直流励磁的电磁铁磁极，此种情况下需要同时具备对应的励磁***4；也可以是永磁体磁极，本发明实施例对此不做限制。
实施例3
下面结合图2对实施例1和2中的单相同步发电机的应用进行进一步地介绍，详见下文描述：
参见图2，该组合图由3个实施例1或2中设计的单相同步发电机组成，分别为A、B和C，该3个单相同步发电机A、B和C组合成了三相同步发电机，该三相同步发电机中的3个集中式绕组2的引出线可以连接成星形或三角形。
3个单相同步发电机A、B和C、以及励磁***4均在原动机的驱动转轴5上运转(即发电机A、B和C对应的3个转子3均在同一个驱动转轴5上，此时的3个转子3又组成了一个大的转子)，励磁***4输出的交流电流经整流后供给每个转子3励磁，每个单相同步发电机所处的转子3的磁场互有120°的相位差，从而向外发出三相对称的交流电能。
参见图2，本发明实施例对励磁***4的结构不做限制，可以采用任何的现有技术，也可以采用旋转变送器等新技术。当满足安装运行条件后，气隙尺寸越小越好，本发明实施例对此不做限制。
实施例4
参见图1和图2，本发明实施例中用的电压等级可以根据需要对集中式绕组2进行设计，可高可低。匝数也可以设计多个抽头和分接开关，便于根据实际应用运行需要对线圈匝数进行调节，实现调压。
具体实现时，不能以辅助性结构的变化影响本技术方案的突出的创新性和独特性。辅助性结构可以为：具体采用的绝缘结构、铁心叠片形状、散热方式、绕组连接方式等不限于已有的各种材料与技术，包括非晶合金、纳米和永磁体、超导技术应用等。
实际应用时，发电机运行调节技术具有发电机和变压器的双重特点，也具有新型发电机自身特点；发电机具有散热、绝缘、紧固夹件、外壳等必要附属设备。
本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种新型单相同步发电机，包括：定子铁心及其集中式绕组、转子及其磁极，以及定子铁心、转子之间的气隙，其特征在于，
在定子铁心主磁路的任意位置上套装有集中式绕组，在定子铁心的主磁路上设置有转子和对应的气隙，每个转子上均设置有至少一对磁极；
在原动机驱动下，转子磁极旋转，通过电磁感应，在集中式绕组上产生高电压等级的交流电能，通过高压输电线路，实现电能的远距离传输。
2.根据权利要求1所述的一种新型单相同步发电机，其特征在于，所述转子的磁场为沿气隙按正弦波形分布。
3.根据权利要求1所述的一种新型单相同步发电机，其特征在于，所述集中式绕组的数量为至少一个。
4.根据权利要求1所述的一种新型单相同步发电机，其特征在于，所述转子的数量为至少一个。
5.一种新型三相同步发电机，其特征在于，所述三相同步发电机由权利要求1-4中任一权利要求所述的单相同步发电机组成，3个单相同步发电机的转子均在同一转轴上，三个转子的磁场互差120°的电角度。
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| CN110492711A (zh) * | 2019-08-12 | 2019-11-22 | 贵州航天林泉电机有限公司 | 一种扁平结构有限转角电机 |
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