[发明专利]高性能直流输出永磁发电机系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种高性能直流输出永磁发电机系统，属于电机领域。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明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。

三相永磁同步发电机的定子n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n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。

本发明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，本发明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本发明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。

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n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n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n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。