[发明专利]一种选择被动补偿脉冲发电机

说明书

技术领域

本发明属于脉冲功率源技术领域，涉及一种脉冲发电机，尤其是一种选择被动补偿脉冲发电机。

背景技术

补偿脉冲发电机是一种利用惯性储能的脉冲功率源，利用电磁感应和磁通压缩原理降低发电机的电感，使其输出高幅值的脉冲电流。该发电机集能量存储、机电能量转换和脉冲形成于一体，具有能量密度和功率密度高、稳定性和可靠性高等优点。补偿脉冲发电机根据补偿方式可分为三类：被动、选择被动和主动。主动补偿方式需要外部提供补偿电流，被动补偿形式利用铝合金补偿筒对电枢绕组实现全补偿，此时电枢绕组电感保持恒定值，输出正弦电流波形，这两类补偿方式对功率的调制比较困难，选择被动补偿脉冲发电机则利用补偿绕组实现选择式补偿，电枢绕组电感做正弦变化。

《一种补偿脉冲发电机》（刘克富等、CN 1253406A、2000年5月17日公开）对补偿脉冲发电机进行了介绍，但没有提出有效的功率调制方法。现有被动补偿脉冲发电机技术相比于选择被动补偿方式存在以下缺陷：脉冲功率调制方法单一，只能通过增加电枢绕组相数或外接电容器实现输出功率的调制；电源系统体积和重量大，外接电容器和增加绕组必然会增大电源系统的体积和质量，降低能量密度和功率密度；应用领域有限，由于功率调制困难，很难根据负载需求的变化进行调整，真正使用时只能应用到部分特定的领域中。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种选择被动补偿脉冲发电机，其改善了补偿脉冲发电机的输出性能，扩展了应用领域。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

这种选择被动补偿脉冲发电机，由转轴、转子、励磁绕组、自闭合补偿绕组、电枢绕组、无槽定子、机壳、前后端盖以及电刷和集电环组成；所述励磁绕组安装在转子槽中实现旋转励磁；所述自闭合补偿绕组固定在转子上，电枢绕组固定在无槽定子的内表面；定子固定于机壳内部；前后端盖安装在机壳两端；转轴穿过转子和端盖轴心，起到支撑作用；同时在转轴端部安装电刷和集电环，将外部励磁机提供的励磁电流引入励磁绕组。

上述转子槽为对称开设在转子外周面上的轴向槽。

上述自闭合补偿绕组通过环氧浇注固定在转子的外表面。

本发明所述的选择被动补偿脉冲发电机采用外部恒流源实现励磁，发电机稳态运行过程中，根据电磁感应原理，在气隙电枢绕组中感应出正弦变化的空载电动势，当电枢绕组接通负载时，电枢绕组中流过脉冲电流，脉冲电流在发电机内部激励出变化的磁场，该磁场必然穿过固定于转子外表面的自闭合补偿绕组，补偿绕组包围的磁通变化时，就在绕组内感应出电流以抵消磁通的变化，电枢绕组内感应出的涡流会将电枢绕组电流产生的磁场压缩在定、转子间的气隙内，从而有效增大磁路，提高磁阻，最终降低电枢绕组的电感。由于补偿绕组安装在转子外表面，对电枢绕组的补偿效果随转子的旋转而做正弦变化，当电枢绕组和补偿绕组各自围成的平面重合时，补偿效果最好，两个平面相互垂直时补偿效果最差。因此，选择被动补偿脉冲发电机可以通过控制补偿绕组和电枢绕组自身的结构和相互配合，实现功率调制的目的。

附图说明

图1是本发明选择被动补偿脉冲发电机的前视图；

图2是A-A剖视图；

图3是选择被动补偿脉冲发电机的功率调制等效电路图；

图4是无相位差两相电枢绕组的布线图。

其中：1为机壳；2为定子；3为电枢绕组；4为补偿绕组；5为励磁绕组；6为实心转子；7为转轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1和图2，本发明的选择被动补偿脉冲发电机，由转轴7、转子6、励磁绕组5、自闭合补偿绕组4、电枢绕组3、无槽定子2、机壳1、前后端盖以及电刷和集电环组成。励磁绕组5安装在转子槽中实现旋转励磁，转子槽为对称开设在转子7外周面上的轴向槽。自闭合补偿绕组4通过环氧浇注固定在转子6的外表面。电枢绕组3固定在无槽定子2的内表面；定子2固定于机壳1内部，前后端盖安装在机壳1两端，转轴7穿过转子6和端盖轴心，起到支撑作用；同时在转轴7端安装电刷和集电环，将外部励磁机提供的励磁电流引入励磁绕组。

本发明的选择被动补偿脉冲发电机转轴7和外接原动机连接，励磁绕组5的励磁电流由外部励磁机供给。原动机带动转轴7使转子6、励磁绕组5、补偿绕组4旋转直至额定转速，励磁绕组5中流过恒定励磁电流，因此会在电枢绕组3中感应出空载电动势，电枢绕组3的接线方式如附图4所示。结合附图3，以理想交流电压源V0代替电枢绕组3感应出的空载电动势，当电枢绕组3的输出端和非线性电阻负载R2接通时，理想交流电压源V0对电阻负载R2进行脉冲放电，此时电枢绕组3中流过脉冲电流；两组补偿绕组4分别用电阻R3、R4和电枢绕组自感L2、L3构成的闭合回路代替，电枢绕组3的自感L1和电阻R1也包含在电路中；由于两组补偿绕组4随转子6一起旋转，所以补偿绕组4和电枢绕组3之间的互感M2、M3做正弦变化，但两组补偿绕组4的组间互感M1只和组间相位差γ有关。流过电枢电流3的脉冲电流通过互感M2、M3的作用在补偿绕组4中感应出涡流，该涡流又反向抵消电枢电流产生的磁场，当理想交流电压源V0某时刻的幅值较低时，但此时补偿效果好，所以电枢绕组3的电感较低，造成输出的电流幅值会较高；当理想电压源V0某时刻的幅值较高时，但补偿绕组4的补偿效果较差，电枢绕组3的电感较高，此时输出的电流幅值反而会低。由此可见，调节补偿绕组4对电枢绕组3的补偿效果可以对电流和功率进行调节。补偿绕组4和励磁绕组5之间相位差为δ，两组补偿绕组4之间的相位差为γ。通过调整角度δ可以在一定程度上调节补偿绕组4对电枢绕组3的补偿效果，实现对输出脉冲功率的调制作用；另外，改变补偿绕组4的组件夹角γ可以实现两组补偿绕组4对电枢绕组3不同的补偿效果，调整该角度同样调制脉冲功率。因此，根据角度δ和γ对脉冲功率的作用规律，进行配合调节，可以实现对选择被动补偿脉冲发电机输出功率的灵活调制。