專利名稱：平波高壓直流發(fā)電機(jī)及該機(jī)種串聯(lián)直接發(fā)平波超高壓電遠(yuǎn)輸?shù)闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
無刷無控平波高壓直流發(fā)電機(jī)。和用該機(jī)種多串聯(lián)、僅需普通風(fēng)冷就能使平波直流電壓無上限的發(fā)電方法。及不設(shè)始端升壓、換流站的平波超高壓直流電遠(yuǎn)輸方案。
背景技術(shù)：
已有的無刷直流機(jī)做為發(fā)電機(jī)時(shí)不是平波。該平波高壓直流發(fā)電機(jī)的單機(jī)直接平波電壓可高達(dá)廣2萬伏左右、電壓能與交流發(fā)電機(jī)等同。改變了以往有刷直流發(fā)電機(jī)平波電壓只有800伏左右的落后狀況?？筛鼜V泛高效地方便滿足對優(yōu)良平直電的巨量需求。 還可以用該機(jī)種串聯(lián)的方法僅需普通風(fēng)冷、電廠(或幾個(gè)分散電廠單線串聯(lián))就能直接發(fā)出 100萬伏及以上的平波超高壓直流電直接遠(yuǎn)輸，而不再用始端升壓、換流站。這也是此前沒有的。并使發(fā)電設(shè)備和技術(shù)通俗簡單、安全可靠、檢修靈活。

發(fā)明內(nèi)容
一、平波高壓直流發(fā)電機(jī)。該平波高壓直流發(fā)電機(jī)(以下簡稱‘平高機(jī)’)的特征是將普通有刷直流機(jī)的定、轉(zhuǎn)子置換為轉(zhuǎn)場式。無換向極和電刷，也不用電子線路開關(guān)控制換向。原理

圖1 圖示該發(fā)明一目了然。謹(jǐn)略加說明；為爭取平波(也可外加簡單慮波)外定子直流電樞用多線圈(以往有刷直流機(jī)一對極可有上百個(gè)線圈)繞組、(為提高電壓)線圈采用多匝。各線圈的端線上都接有反向并聯(lián)整流二極管，整流二極管的另一端凡是正向的都集結(jié)于‘平高機(jī)’的正電端，凡是負(fù)向的都集結(jié)于‘平高機(jī)’的負(fù)電端。當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極旋轉(zhuǎn)發(fā)電、(電樞反應(yīng)形成的、并隨同磁場一起旋轉(zhuǎn)的)定子物理中性(虛線)面(電樞反應(yīng)較有定位電刷時(shí)對磁極前半部分的減磁更大些。)瞬時(shí)處于某兩個(gè)相臨線圈的中間時(shí)，該間端線必然成為定子繞組感應(yīng)電勢的最高端壓點(diǎn)。這是因?yàn)?分別集結(jié)于電機(jī)正、負(fù)電端的)同向整流二極管阻止了每條支路(包括各線圈或任意幾個(gè)相臨線圈串聯(lián))的電勢電流短路、由各線圈感應(yīng)電勢串聯(lián)而生成的。若外接負(fù)載閉路、繞組感生電流也必然尋從電勢最高端壓點(diǎn)(符合克希荷夫第二定律)、并經(jīng)連接該點(diǎn)端線的整流二極管(圖中實(shí)心二極管表示有電流)從‘平高機(jī)’的(與磁極轉(zhuǎn)向無關(guān)的)正、負(fù)電端導(dǎo)出。圖2中、(當(dāng)隨同磁極一起旋轉(zhuǎn)的)定子物理中性(虛線)面(從幾何中性面開始發(fā)生偏轉(zhuǎn)角度的大小是隨繞組電流的大小而變)轉(zhuǎn)到下一個(gè)線圈(所在槽)的中心線時(shí)、該線圈 (換向)電勢瞬時(shí)為零(理論依據(jù)上可將該線圈假設(shè)是一種依次排列十多相、每相各自獨(dú)立、 并同時(shí)都接負(fù)載的交流發(fā)電機(jī)中的某一相繞組、在電流交變過程中瞬間處中性面時(shí)的零電勢狀態(tài)。這是該‘平高機(jī)’可行性理論佐證之一)，所以該換向線圈頭尾的(2個(gè))端線、在此時(shí)并列成為定子直流繞組感應(yīng)電勢最高端壓點(diǎn)，在繞組感應(yīng)電勢的正、負(fù)最高端壓處才各有2個(gè)整流二極管在此瞬間同時(shí)導(dǎo)通電流。(隨同磁場一起旋轉(zhuǎn)的)定子物理中性(虛線)面每掠過一個(gè)線圈、這個(gè)線圈的電流就會自然換向。定子直流繞組感應(yīng)電勢的最高端壓點(diǎn)也就隨之順轉(zhuǎn)向不斷地逐個(gè)端線位移 (從理論接受上也可把這種現(xiàn)象看作是、為使單相交流發(fā)電機(jī)在發(fā)電時(shí)始終保持最大值不變而為最高端壓提供了隨轉(zhuǎn)、位置可變的輸出點(diǎn)。在這里實(shí)際卻是獲得了無刷無控的平波直流發(fā)電。這也是‘平高機(jī)’可行性理論佐證)。這樣直流發(fā)電繞組感應(yīng)電勢就總是處于似單相交流發(fā)電機(jī)的最大值狀態(tài)時(shí)。負(fù)載時(shí)、電流就會自然地始終從處于定子物理中性(虛線)面上不斷逐一端線位移的繞組感應(yīng)電勢最高端壓點(diǎn)(符合克希荷夫第二定律)及連接該點(diǎn)端線的整流二極管導(dǎo)出(完全不需要任何位置控制)。經(jīng)‘平高機(jī)’的正、負(fù)電端便能直接對外提供高達(dá)廣2萬伏左右的平波直流電源(電壓等同無換向困擾的交流發(fā)電機(jī)的直接電壓)了。若不作為高壓直流發(fā)電機(jī)時(shí)線圈無需多匝、只用多線圈獲平波既可。圖3用電池(似表示線圈電勢)串聯(lián)組(似代表支路電勢)、整流二極管、電壓表、電阻線路圖，為保證‘平高機(jī)’電勢、電流導(dǎo)出而串聯(lián)整流二極管的可行性分析提供了(理論佐證之一)簡單實(shí)驗(yàn)在電動勢作用下、電壓表顯示出串聯(lián)電池組的總電壓。同向整流二極管阻止了串聯(lián)電池組及其中任意段的電勢電流短路。外接電阻閉路、電流必然、也只能經(jīng)由電勢最高端壓處的(實(shí)心)整流二極管導(dǎo)通(符合克希荷夫第二定律)。由于是轉(zhuǎn)場式、軸磁熱損極少，為便于提高‘平高機(jī)’電壓、減小波動、最好只用一對磁極。旋轉(zhuǎn)磁極根據(jù)發(fā)電要求可任選，磁極可分三種永磁；勵磁；永磁加勵磁(由安培環(huán)路定律、磁動勢總是可以疊加的，實(shí)驗(yàn)證明在所謂飽和時(shí)仍如此)。勵磁方式也分三種環(huán)刷；無刷整流盤；及該‘平高機(jī)’式的勵磁機(jī)、將多個(gè)整流二極管固定在旋轉(zhuǎn)大整流盤的無刷平波勵磁方式。各線圈絕緣端線要分組(或單條)從多個(gè)機(jī)殼絕緣孔引出，為防高壓短路只允許相鄰的幾條絕緣端線從同一機(jī)殼孔中引出。整流二極管隨機(jī)一體不便時(shí)，配專用整流箱；機(jī)、箱可直接固定連接、接線。，也可機(jī)、箱分體略遠(yuǎn)距連線，既利于‘平高機(jī)’散熱也方便下述‘平高機(jī)’串聯(lián)發(fā)電機(jī)組的空間場地安排。二、用‘平高機(jī)’串聯(lián)僅以普通風(fēng)冷直接發(fā)平波超高壓電遠(yuǎn)輸。鑒于直流電無相差、無頻率、無電抗，既直流發(fā)電機(jī)無同步運(yùn)行問題可以直接串聯(lián)。最主要的還是依賴上述解決了換向問題、單機(jī)直接發(fā)電電壓能等同交流發(fā)電機(jī)廣2萬 ν左右的‘平高機(jī)’、僅用普通風(fēng)冷多機(jī)串聯(lián)發(fā)電，電廠(或幾個(gè)分散電廠單線串聯(lián))就能直接發(fā)出100萬ν及以上的超高壓平波直流電，直接進(jìn)行遠(yuǎn)輸，而再也不用升壓變壓器和技術(shù)實(shí)施難度最大、昂貴的始端換流站。例如按發(fā)電量100萬kw、遠(yuǎn)輸電壓100萬ν計(jì)算串聯(lián)50臺同樣的‘平高機(jī)’發(fā)電就可以滿足遠(yuǎn)輸電壓要求，其中每臺單機(jī)發(fā)電容量只需2萬kw即可，電壓2萬ν、電流僅 IOOOA0完全不用始端升壓變流，而且只要額定電流一致、不同容量、電壓的‘平高機(jī)’都可以任意串聯(lián)，從而獲得所需平波超高直流電壓。只是原動傳動軸與每個(gè)‘平高機(jī)’在連接的某段要采用絕緣。串聯(lián)機(jī)組頭尾的兩臺‘平高機(jī)’絕緣等級為最高。關(guān)于波動整個(gè)串聯(lián)發(fā)電的‘平高機(jī)’組的全部電樞繞組可看作是其中任一臺‘平高機(jī)’的電感濾波。其二串聯(lián)的幾十臺‘平高機(jī)’的線圈總數(shù)達(dá)幾千個(gè)、，由于安裝允許的誤差或有意設(shè)計(jì)各機(jī)線圈差時(shí)換向、雖然是在相對極短的時(shí)間內(nèi)、但各機(jī)的線圈電流換向時(shí)間就絕對不會一致(同時(shí)處于零電勢)了、這也使得電流更加平直(若需要、也可再外配簡單濾波)。所以根本不用換流站，由串聯(lián)發(fā)電機(jī)組的正、負(fù)電端就能直接進(jìn)行平高遠(yuǎn)輸。只要用多串聯(lián)‘平高機(jī)’的方法發(fā)電，既可以使直流發(fā)電總?cè)萘窟_(dá)到原動力極限。 只要末端換流站技術(shù)允許甚至也能使直流發(fā)電總電壓無上限，減小電流使整流二極管和線路減少熱損、節(jié)約輸電線材。發(fā)電電壓、容量一定時(shí)就更可以用多串‘平高機(jī)’的方法降低每臺單機(jī)電壓、保證絕緣安全。還可以使每臺單機(jī)容量小到極易理想化的最普通風(fēng)冷發(fā)電。 不再用復(fù)雜的氫、水冷。改用小容量‘平高機(jī)’多機(jī)串聯(lián)發(fā)電后，大容量交流發(fā)電機(jī)時(shí)的轉(zhuǎn)子徑限、軸長等設(shè)備制約、制造難度、及諸多復(fù)雜技術(shù)問題也就不用考慮了。還因‘平高機(jī)’ 的正、負(fù)電端與轉(zhuǎn)向無關(guān)、這可極大方便原動力傳動設(shè)備和串聯(lián)‘平高機(jī)’組各個(gè)單機(jī)的配置安裝。發(fā)電狀態(tài)中循環(huán)性全面檢修方便在發(fā)電設(shè)備場內(nèi)或場外專設(shè)一臺與串聯(lián)‘平高機(jī)’組中的單機(jī)同等容量、電壓的‘平高機(jī)’，用以并接在串聯(lián)‘平高機(jī)’組中任一臺要檢修的單機(jī)，在將待修單機(jī)做機(jī)械離合后便可進(jìn)行方便維修。這樣可保證串聯(lián)‘平高機(jī)’組在正常運(yùn)行發(fā)電的狀態(tài)下，逐機(jī)循環(huán)、全面檢修。還有、串聯(lián)‘平高機(jī)’組中的任何一臺(或幾臺)‘平高機(jī)’只要停轉(zhuǎn)(或繞組斷開路時(shí))，無需任何轉(zhuǎn)換開關(guān)，串聯(lián)‘平高機(jī)’組的電勢、電流就會自動避開停機(jī)的繞組，降壓減流而不停電。因?yàn)槊颗_‘平高機(jī)’的繞組在無電勢狀態(tài)時(shí)、由單機(jī)的負(fù)電端到正電端只是經(jīng)2 個(gè)整流二極管直接串聯(lián)導(dǎo)通的。發(fā)生此種狀況時(shí)及時(shí)為剩余機(jī)組加速、增勵磁可恢復(fù)機(jī)組原電壓。依賴‘平高機(jī)’串聯(lián)發(fā)電方案可免除始端升壓、換流站、降低平高遠(yuǎn)輸成本。并使發(fā)電設(shè)備無難度和笨重制造，運(yùn)輸容易、安裝靈活，風(fēng)冷發(fā)電易行、技術(shù)通俗簡單、運(yùn)行安全可靠。除短輸外，只要有末端換流站，眾多發(fā)電廠照上述簡易方案都會直接發(fā)出平波超高壓直流電輸送。從而全面開創(chuàng)世界電力行業(yè)簡便安全、節(jié)源降耗新局面。
權(quán)利要求
1.一種無刷無控、用整流二極管阻止繞組感應(yīng)電勢短，靠定子物理中性面感應(yīng)零電勢而使線圈電流自然換向、繞組感生電流自然尋從電勢最高端壓點(diǎn)導(dǎo)出的平波高壓直流發(fā)電機(jī)(以下簡稱‘平高機(jī)’)；特征是將普通有刷直流電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子置換為轉(zhuǎn)場式、定子直流電樞仍用多線圈繞組，發(fā)高壓電時(shí)可用多匝線圈；各線圈的端線都接有反向并聯(lián)整流二極管，整流二極管的另一端分正、負(fù)各集結(jié)于電機(jī)的正、負(fù)電端；磁極旋轉(zhuǎn)發(fā)電時(shí)，每條支路 (各任意線圈串聯(lián)段)的感應(yīng)電勢由分別集結(jié)于電機(jī)正、負(fù)電端的同向整流二極管阻止短路而自然串聯(lián)；瞬時(shí)處于定子物理中性(虛線)面上、(電流自然換向)的線圈(圖示)端線、便自然成為繞組感應(yīng)電勢的最高端壓點(diǎn)；外接負(fù)載、繞組感應(yīng)電流也就必然尋從逐一端線位移的電勢最高端壓點(diǎn)、并經(jīng)連接該點(diǎn)端線的整流二極管(圖中實(shí)心二極管)導(dǎo)出；‘平高機(jī)’的正、負(fù)電端就可直接對外提供高達(dá)廣2萬伏左右的平波直流電源(電壓可以等同無換向困擾的交流發(fā)電機(jī)的任何直接電壓)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1、依賴‘平高機(jī)’進(jìn)行多機(jī)串聯(lián)發(fā)超高壓平波直流電的方法。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2，不用始端升壓、換流站而進(jìn)行中、遠(yuǎn)距直接輸送平波超高壓直流電的方案。
4.根據(jù)權(quán)利要求1和說明書中的勵磁方式，用‘平高機(jī)’方式的勵磁機(jī)、結(jié)合用多個(gè)整流二極管固定在旋轉(zhuǎn)大整流盤上的無刷近似平波勵磁方法。
全文摘要
該平波高壓直流發(fā)電機(jī)是在轉(zhuǎn)場式定子上直流繞組各線圈的端線都接反向并聯(lián)二極管。二極管另一端分正、負(fù)各集接于該機(jī)正、負(fù)電端。發(fā)電中各線圈感應(yīng)電勢由同向二極管阻止短路而自然串聯(lián)。定子物理中性面瞬時(shí)處某兩相臨線圈中間時(shí)、該間端線即為繞組感應(yīng)電勢最高端壓點(diǎn)，負(fù)載時(shí)電流只能由此(符合克希荷夫定律)經(jīng)二極管導(dǎo)出。隨同磁場旋轉(zhuǎn)的物理中性面每掠過一個(gè)線圈、該線圈電流便自然換向，最高端壓點(diǎn)也隨之逐端線位移，直流電勢就總似單相發(fā)電機(jī)最大值時(shí)。該機(jī)正、負(fù)電端就能對外直接提供高達(dá)1~2萬伏左右的平波直流電。因該機(jī)無同步運(yùn)行問題、用該機(jī)種多串聯(lián)的方法僅普通風(fēng)冷就能發(fā)出電壓無上限的平波直流電，不用始端升壓換流就能直接遠(yuǎn)輸。
文檔編號H02K11/00GK102364832SQ20111031298
公開日2012年2月29日 申請日期2011年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月14日
發(fā)明者光迪君 申請人:光迪君