一種提高同步發(fā)電機(jī)效率的方法
【專利摘要】本發(fā)明所提供的一種提高同步發(fā)電機(jī)效率的方法，是利用“同步發(fā)電機(jī)工作時勵磁磁場的大小與發(fā)電機(jī)的輸入功率的關(guān)系很?。煌桨l(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)的輸出電壓與定子線圈的匝數(shù)和勵磁磁場的強(qiáng)度成正比”的性質(zhì)來實(shí)現(xiàn)的；設(shè)計(jì)時將轉(zhuǎn)子勵磁磁場強(qiáng)度盡可能的大，且在發(fā)電機(jī)工作時無論是負(fù)載大小都使轉(zhuǎn)子勵磁磁場強(qiáng)度處于或接近最大值；減少三相定子線圈每一相的匝數(shù)；將發(fā)電機(jī)的定子線圈設(shè)計(jì)成可調(diào)節(jié)匝數(shù)的多級不同電壓值電源的結(jié)構(gòu)形式，在發(fā)電機(jī)工作時先根據(jù)負(fù)載的大小選擇相近的定子線圈匝數(shù)的電壓值電源連接、再微調(diào)轉(zhuǎn)子勵磁電流使輸出電壓達(dá)到額定值；該本發(fā)明用于永磁同步發(fā)電機(jī)，能夠使永磁發(fā)電機(jī)具有可調(diào)節(jié)電壓性能且節(jié)能效果更為有效。
【專利說明】一種提高同步發(fā)電機(jī)效率的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種提高同步發(fā)電機(jī)效率的方法，屬于交流發(fā)電領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]電磁感應(yīng)現(xiàn)象及電磁感應(yīng)基本定律是設(shè)計(jì)制造變壓器和同步發(fā)電機(jī)的理論依據(jù)。變壓器是將某一電壓值的交流電變換為同頻率的另一電壓值的電氣設(shè)備，同步發(fā)電機(jī)的發(fā)電原理來源于電磁感應(yīng)現(xiàn)象,各種電磁感應(yīng)現(xiàn)象都應(yīng)遵循電磁感應(yīng)定律,其中法拉第電磁感應(yīng)定律是人們從事同步發(fā)電機(jī)的研究、設(shè)計(jì)和應(yīng)用的主要理論根據(jù)之一，該定律指出的“不論任何原因使通過回路面積的磁通量發(fā)生變化時，回路中產(chǎn)生的感生電動勢與磁通量對時間的變化率成正比”，其表達(dá)式為ε i = _κ (ΙΦ/dt，式中的負(fù)號表明了感應(yīng)電動勢的方向，是楞次定律的數(shù)學(xué)表示；K表示比例系數(shù)，其值決定于式中各量所用的單位。同步交流發(fā)電裝置發(fā)電效率的高低與同步發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式及各參數(shù)大小的選取有著密切關(guān)聯(lián)。在電磁感應(yīng)中，圓形電流在圓環(huán)內(nèi)產(chǎn)生磁感應(yīng)磁場的強(qiáng)度B = uNI/2R(B表示通過圓環(huán)圓心的磁感應(yīng)磁場的強(qiáng)度)與圓環(huán)的匝數(shù)N和電流強(qiáng)度I成正比(式中u圓環(huán)所包圍面積介質(zhì)的磁導(dǎo)率)；同樣螺線管內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度也與螺線管的匝數(shù)和電流成正比。
[0003]在設(shè)計(jì)同步發(fā)電機(jī)時,線負(fù)荷A = mNIN/ n Dil和磁負(fù)荷Bs是設(shè)計(jì)制造轉(zhuǎn)子勵磁線圈和電樞線圈的理論依據(jù)(N表示每相串聯(lián)導(dǎo)體數(shù))，也是調(diào)節(jié)同步發(fā)電機(jī)的輸出電壓和功率的依據(jù)之一。傳統(tǒng)的(單機(jī)運(yùn)行)同步發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)輸出電壓一般采用兩種方法，且通過相互配合來實(shí)現(xiàn)，第一種方法是改變磁負(fù)荷Bs的大小，即根據(jù)負(fù)載的情況調(diào)節(jié)勵磁磁場的強(qiáng)弱。第二是調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的輸入功率確保輸出電壓和頻率為額定數(shù)值。在傳統(tǒng)的某一臺發(fā)電機(jī)來說，每相電樞線圈的匝數(shù)N則是一個不可調(diào)的固定數(shù)值。同步發(fā)電機(jī)效率檢測常用的方法有3種，即對拖法、量熱法和間接測定法。其中對拖法較為常用，所謂的對拖法就是把兩臺相同的電機(jī)機(jī)械耦合，一臺作電動機(jī)運(yùn)行，另一臺作發(fā)電機(jī)運(yùn)行。正常運(yùn)行時測量電動機(jī)和發(fā)電機(jī)各相參數(shù)的數(shù)值，從而計(jì)算出同步發(fā)電機(jī)的效率。
[0004]永磁同步電機(jī)主要用電動機(jī)使用，其小功率及航空領(lǐng)域也作為發(fā)電機(jī)使用，特別是稀土永磁同步發(fā)電機(jī)。永磁同步發(fā)電機(jī)具有體積小、重量輕、效率高、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，但是由于電壓調(diào)整率的問題而沒有在發(fā)電領(lǐng)域內(nèi)得到普遍使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明涉及一種提高同步發(fā)電效率的方法，其目的是在目前傳統(tǒng)的各種同步發(fā)電機(jī)的基礎(chǔ)上通過增加勵磁磁場強(qiáng)度或者說使勵磁磁場處于最強(qiáng)點(diǎn)位和減少定子線圈匝數(shù)的方式，從而達(dá)到提高同步電機(jī)效率和節(jié)約能源消耗的目的；同時通過改變定子電樞線圈的匝數(shù)實(shí)現(xiàn)對同步發(fā)電機(jī)的輸出電壓的調(diào)整。下面就通過實(shí)驗(yàn)例子來分析說明。
[0006]實(shí)驗(yàn)一，參照附圖1，圖1中的I表示同步發(fā)電機(jī)的三相定子線圈的剖面示意圖，2表示在定子I內(nèi)裝有鐵心且在鐵心外側(cè)繞有三相定子線圈的剖面示意圖。其中鐵心2的外圓一側(cè)加工有用來繞三相線圈的口槽、其口槽的數(shù)量和大小與定子I內(nèi)側(cè)設(shè)置的口槽相同；定子I內(nèi)側(cè)的口槽和鐵心2外側(cè)的口槽分別繞有磁極對數(shù)和線規(guī)相同、匝數(shù)相等的兩組三相繞組；定子I繞組和鐵心2繞組在空間相對靜止。
[0007]實(shí)驗(yàn)時，如果給繞在鐵心2上的三相繞組接通三相交流電源，那么在鐵心2的外圓周便產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，其中旋轉(zhuǎn)磁場的磁通用Φο表示；該旋轉(zhuǎn)磁場穿過定子I三相繞組且產(chǎn)生三相感生電動勢ε i ;此時繞在鐵心2的三相繞組內(nèi)的三相電流Itl較小，可稱之為空載電流。當(dāng)定子I三相繞組接有三相對稱負(fù)載(阻值為Z1)時，在感生電動勢ε !的作用下通過三相對稱負(fù)載Z1的三相電流均I 根據(jù)楞次定律此時三相電流I @產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(其磁通Φ g表示)阻礙鐵心2三相繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)，因?yàn)閮山M三相繞組的磁極對數(shù)相等，所以此時定子I三相繞組的旋轉(zhuǎn)磁場和鐵心2三相繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場為同步旋轉(zhuǎn)磁場；鐵心2三相繞組的旋轉(zhuǎn)磁場的強(qiáng)弱也就是輸入電流隨定子I三相繞組的負(fù)載電流的變化而變化。在這期間鐵心2上的三相繞組內(nèi)的三相電流I。便增加至Itt，其磁通量由Φ。增加到Φ?。不難看出上述的電磁感應(yīng)現(xiàn)象與三相變壓器的工作原理非常相似，所以可引入解析變壓器工作原理時的概念-磁動勢，用磁動勢理論來分析上述實(shí)驗(yàn)中各參數(shù)的變化規(guī)律。在上述的實(shí)驗(yàn)中定子I線圈負(fù)載時，鐵心2繞組的磁動勢為Ntt Itt，其中Ntt表示繞在鐵心2 口槽內(nèi)三相繞組中的其中一相線圈的匝數(shù)，定子I繞組的磁動勢為Nse I Jg，其中Ng表示繞在定子I 口槽內(nèi)三相繞組中的其中一相線圈的匝數(shù)。在三相變壓器工作時，由于功率損耗很小所以三相變壓器原邊線圈的磁動勢近似等于副邊線圈的磁動勢，在上述的實(shí)驗(yàn)中兩組三相線圈的相互感應(yīng)與變壓器原邊三相線圈和副邊三相線圈的相互感應(yīng)都具有能量傳遞和變換電壓的作用，但其原理有所不同，變壓器是靠原線圈電流產(chǎn)生的磁場變化來實(shí)現(xiàn)的，而上述的實(shí)驗(yàn)中兩組三相線圈的能量傳遞及變壓作用是靠三相線圈電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場來實(shí)現(xiàn)的。但兩者都是靠電磁場相互作用來實(shí)現(xiàn)的，所以在上述的實(shí)驗(yàn)中兩組線圈的磁動勢也近似看作相等Ntt I NseI Jg或這說在同一負(fù)載的情況下兩組線圈磁動勢的相對值是一個常數(shù)。從能量角度看，定子I三相線圈輸出的能量和鐵心2三相線圈輸入的能量是一個傳遞的過程。另外因?yàn)槿嚯娏ψ儔浩鞯哪芰總鬟f效率很高一般都在95%以上，所以上述實(shí)驗(yàn)中的輸出功率與輸入功率Pf5入之比(效率)與變壓器相比稍低但也處在較高的傳遞效率上，效率稍低是因?yàn)榫€圈的纏繞方式的原因使銅損和鐵損較變壓器的損耗大一些。
[0008]在上述的實(shí)驗(yàn)中假如兩組三相繞組的匝數(shù)不等，那么兩組線圈兩端的電壓也不相等，也就是說附圖1所示的裝置具有變換電壓值和電能傳遞的功能。在負(fù)載時和傳統(tǒng)變壓器一樣都符合兩邊線圈的磁動勢近似相等的規(guī)律；其輸出功率與輸入功率之比都基本在較高的比例上運(yùn)行。從原理上講，附圖1所示的實(shí)例，定子I三相繞組內(nèi)的電能是由鐵心2上的三相線圈內(nèi)的電能直接通過鐵心2和定子I之間的氣隙磁場直接傳遞的。
[0009]實(shí)驗(yàn)二，參照附圖2，選取兩臺型號相同、功率相等的同步電機(jī)，其中一臺同步電機(jī)作為發(fā)電機(jī)3使用，另一臺同步電機(jī)作為拖動電機(jī)4使用。發(fā)電機(jī)3和拖動電機(jī)4用聯(lián)軸器采用機(jī)械方法連接在一起。當(dāng)發(fā)電機(jī)3空載、拖動電機(jī)4接通三相電源(三相電源電壓V為額定380伏)拖動發(fā)電機(jī)3旋轉(zhuǎn)且達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時，通過拖動電機(jī)4的三相線圈的電流為空載電流Is ;當(dāng)發(fā)電機(jī)3接有三相對稱負(fù)載(三相負(fù)載的阻值均為Z2)時，此時調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)3的轉(zhuǎn)子勵磁電流使其電壓達(dá)到額定值(通常為380伏)，發(fā)電機(jī)3的三相定子線圈內(nèi)便有三相對稱電流I 通過，根據(jù)楞次定律在這期間三相對稱電流I 產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場阻礙發(fā)電機(jī)3轉(zhuǎn)子(磁場)的旋轉(zhuǎn)。由于發(fā)電機(jī)3的轉(zhuǎn)子和拖動電機(jī)4的轉(zhuǎn)子連在一起同步旋轉(zhuǎn)，所以三相對稱輸出電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場從效果上是阻礙拖動電機(jī)4定子三相繞組產(chǎn)生的磁場的旋轉(zhuǎn)，從而使拖動電機(jī)4的三相輸入電流Is5a增大。附圖2所示的原理與附圖1所示的電磁轉(zhuǎn)換原理相似，只是附圖2的實(shí)驗(yàn)增加了轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場環(huán)節(jié)，拖動電機(jī)4的定子線圈繞在定子鐵心的內(nèi)側(cè)口槽內(nèi)而附圖1的鐵心2的三相線圈繞在外側(cè)。拖動電機(jī)4的轉(zhuǎn)子磁場從作用上看是將定子線圈內(nèi)交流電的能量先傳遞給發(fā)電機(jī)3的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場；再由發(fā)電機(jī)3的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場通過電磁感應(yīng)將能量傳遞給發(fā)電機(jī)3的定子線圈。如果發(fā)電機(jī)3的轉(zhuǎn)子磁場是由其它勵磁機(jī)提供或是永磁磁鐵，那么發(fā)電機(jī)3的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場的強(qiáng)弱與輸入拖動電機(jī)4的電能無關(guān)；可見拖動電機(jī)4的輸入電流1-入的大小隨發(fā)電機(jī)3的三相定子線圈內(nèi)三相對稱電流的變化而變化。另外由于拖動電機(jī)4和發(fā)電機(jī)3的定子線圈的線規(guī)、匝數(shù)都相等，所以如果不考慮中間環(huán)節(jié)，也就是不考慮拖動電機(jī)4和發(fā)電機(jī)3的勵磁電流的損耗、機(jī)械損耗、銅損、鐵損以及其他損耗的情況下，那么應(yīng)該拖動電機(jī)4定子線圈的磁動勢等于發(fā)電機(jī)3定子線圈的磁動勢；輸入電流近似等于輸出電流，即I.= I;從功率的角度來看，拖動電機(jī)4的輸入功率Pfi5A應(yīng)該近似等于發(fā)電機(jī)3的輸出功率Pfi5當(dāng)考到各種損耗時，由于拖動電機(jī)4和發(fā)電機(jī)3的定子線圈匝數(shù)相等，所以輸入電流應(yīng)該大于輸出電流Ι?5Λ> IfM ;輸入功率大于輸出功率即Ρ?5Λ> PfM ;如果拖動電機(jī)4和發(fā)電機(jī)3的轉(zhuǎn)子勵磁的方式采用它勵且勵磁電流所消耗的能量占整個拖動電機(jī)4的能量消耗的比例很小，所以可以看做是勵磁磁場的大小與輸入功率無關(guān)；另外空載時拖動電機(jī)4和發(fā)電機(jī)3的的機(jī)械損耗一定，故綜合考量附圖2所示的電能傳遞裝置，其負(fù)載時輸出功率與輸入功率的比值較大。附圖2所示的裝置是測試同步發(fā)電機(jī)效率的方法之一。
[0010]將附圖2所示的實(shí)驗(yàn)與附圖1所示的實(shí)驗(yàn)相比較，不同點(diǎn)在于附圖2中的實(shí)驗(yàn)增加了拖動電機(jī)4和發(fā)電機(jī)3的轉(zhuǎn)子勵磁磁場旋轉(zhuǎn)這個中間環(huán)節(jié)。但其工作原理相同，都是將電能從一個線圈傳遞到另一個線圈的裝置，和傳統(tǒng)的變壓器相同都具有較高的傳遞效率。能量轉(zhuǎn)化方式不是將一種形式的能量轉(zhuǎn)換成另一種能量形式的轉(zhuǎn)換裝置。
[0011]實(shí)驗(yàn)三，在附圖2所示的裝置中，拖動電機(jī)4和發(fā)電機(jī)3定子線圈的線規(guī)和匝數(shù)都相等，下面就拖動電機(jī)4和發(fā)電機(jī)3的定子線圈的線規(guī)和匝數(shù)不相等的情況下進(jìn)一步進(jìn)行試驗(yàn)。以測試拖動電機(jī)4和發(fā)電機(jī)3的輸入輸出電流和輸出功率及輸入功率的大小及相互關(guān)系。
[0012]分析附圖2所示的同步發(fā)電機(jī)3，定子三相線圈的匝數(shù)、轉(zhuǎn)子勵磁電流和勵磁磁場三個參數(shù)的大小都是可變的，其中勵磁磁場的強(qiáng)弱隨勵磁電流的變化而變化。如附圖2所示，拖動同步電機(jī)4和同步發(fā)電機(jī)3的定子三相線圈的線規(guī)、匝數(shù)均相等，如果換一種方法，就是拖動同步電機(jī)4三相線圈的線規(guī)、匝數(shù)不變，同步發(fā)電機(jī)3的定子三相線圈的線規(guī)、匝數(shù)改變，也就是把同步發(fā)電機(jī)3的定子三相線圈的直徑變大、匝數(shù)變少；同步發(fā)電機(jī)3轉(zhuǎn)子勵磁電流處于最大位置，且在這種情況下要使同步發(fā)電機(jī)3所帶負(fù)荷的兩端的電壓剛好是額定值時，再來測試拖動同步電機(jī)4和同步發(fā)電機(jī)3的輸出輸入電流和輸出輸入功率的情況。
[0013]在上述的實(shí)驗(yàn)中如果同步發(fā)電機(jī)3的三相定子線圈的匝數(shù)減少到3/4匝，電磁線的直經(jīng)作相應(yīng)增加。當(dāng)拖動同步電機(jī)4接通三相電源(額定電壓為380伏)拖動同步發(fā)電機(jī)3旋轉(zhuǎn)至額定轉(zhuǎn)速，增大勵磁電流使接通負(fù)載且負(fù)載兩端電壓剛好是額定值380伏時。此時在不考慮各種損耗的情況下，該裝置的輸出電流大于輸入電流If5入，即接近If5入/Ifi5a= 3/4。這是因?yàn)橛捎谕桨l(fā)電機(jī)3的定子三相繞組的每一相的匝數(shù)是拖動同步電機(jī)4的定子三相繞組的每一相的匝數(shù)3/4倍，即Zs/Za= 3/4 (2#表示同步發(fā)電機(jī)3每一相線圈的匝數(shù)，2_表示同步電動機(jī)4每一相線圈的匝數(shù))；由于同步發(fā)電機(jī)3的定子三相繞組的磁動勢近似等于拖動同步電機(jī)4的定子三相繞組的磁動勢，從而使輸入電流與輸出電流出現(xiàn)不同。另外由于輸入電壓和輸出電壓都是額定電壓而輸出大于輸入If5入，根據(jù)計(jì)算三相交流電路負(fù)載功率的公式P = SV1I1 coS%得，輸出功率Pfi^大于輸入功率Pfi5A，即3/4Pf^= Pf5入。即便是考慮到各種損耗的情況下，由于拖動電機(jī)4和發(fā)電機(jī)3的勵磁電流的損耗、機(jī)械損耗、銅損、鐵損以及其他損耗所占的比例較小，其最后的結(jié)果仍然是Ρ?Μ> P
輸入0
[0014]下面再根據(jù)楞次定律和力學(xué)原理來進(jìn)一步分析，實(shí)驗(yàn)中，發(fā)電機(jī)3的三相線圈電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)矩與對應(yīng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩相平衡；同步電機(jī)4的定子三相線圈電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)矩與對應(yīng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩相平衡，而同步電機(jī)4的轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)3的轉(zhuǎn)子連接在一起，所以實(shí)質(zhì)上是發(fā)電機(jī)3的三相線圈產(chǎn)生的磁場轉(zhuǎn)矩與拖動同步電機(jī)4的定子三相線圈產(chǎn)生的磁場轉(zhuǎn)矩相平衡。根據(jù)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的環(huán)形電流和螺線管內(nèi)磁場大小的知識知，上述所說的發(fā)電機(jī)3和拖動同步電機(jī)4內(nèi)定子線圈產(chǎn)生的磁場轉(zhuǎn)矩與通過線圈的電流和線圈的匝數(shù)有關(guān)，電流越強(qiáng)線圈的匝數(shù)越多產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩就越大。同步發(fā)電機(jī)3的三相定子線圈的匝數(shù)減少到3/4匝；那么要達(dá)到兩者產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩平衡，必定發(fā)電機(jī)3的定子三相線圈的電流要大于同步電機(jī)4的定子三相線圈內(nèi)電流。然而三相電路的功率則是只與電路電壓和電流有關(guān)，在上述實(shí)驗(yàn)中與同步電機(jī)4和發(fā)電機(jī)3的定子線圈的匝數(shù)無關(guān)；又因在上述的實(shí)驗(yàn)中輸入電壓和輸出電壓相等都是380伏；發(fā)電機(jī)3的輸出電流大于同步電機(jī)4的輸入電流I @入，所以輸出功率—定大于功率P?入。
[0015]出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因可從附圖1和附圖2所示的實(shí)驗(yàn)求得，在附圖1中繞在鐵心2上的三相線圈電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場將電能直接通過氣隙傳遞給繞在繞在定子I上的三相線圈；而在附圖2所示的實(shí)驗(yàn)中則是拖動同步電機(jī)4的定子三相線圈內(nèi)電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場首先傳遞給同步電機(jī)4的轉(zhuǎn)子，再由發(fā)電機(jī)3的轉(zhuǎn)子勵磁旋轉(zhuǎn)磁場傳遞給發(fā)電機(jī)3的定子三相繞組，關(guān)鍵是在這期間發(fā)電機(jī)3的轉(zhuǎn)子勵磁旋轉(zhuǎn)磁場遠(yuǎn)大于同步電機(jī)4的定子三相繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場。這就是出現(xiàn)在附圖2所示的裝置中輸出功率大于輸入功率的原因。
[0016]實(shí)驗(yàn)四,取兩臺22千瓦8極稀土永磁同步電機(jī)且采用對拖法連接在一起,其中一臺作為電動機(jī)使用，另一臺作為發(fā)電機(jī)使用。該電機(jī)的定子槽數(shù)為54，每一相為18，每槽的導(dǎo)體數(shù)為32，電磁線的線規(guī)為2-Φ 1.5。
[0017]第一步，將電動機(jī)接通三相電源，測量發(fā)電機(jī)空載時的輸出三相線電壓為672伏，相電壓為384伏；電動機(jī)的輸入電壓三相均為380伏，電流為A相3.8安、B相3.95安、C相
3.76安。第二步，取下發(fā)電機(jī)且拆下三相定子線圈重新繞置，電磁線的線規(guī)變?yōu)?-Φ 1.3，每槽的總導(dǎo)體數(shù)變?yōu)?4，然后在每相導(dǎo)體數(shù)的24、22、20匝處分別抽出9個接頭，共組成三個不同電壓值級別的三個三相四線電源，最后裝配成一臺8極稀土永磁實(shí)驗(yàn)同步發(fā)電機(jī)。第三步，將稀土永磁實(shí)驗(yàn)同步發(fā)電機(jī)和22千瓦8極稀土永磁同步電機(jī)對拖連接在一起。
[0018]實(shí)驗(yàn)時給22千瓦8極稀土永磁同步電機(jī)接通二相正弦交流電源等電動機(jī)旋轉(zhuǎn)至額定轉(zhuǎn)速時，測得稀土永磁實(shí)驗(yàn)同步發(fā)電機(jī)的三個電源電壓分別為500伏、460伏和420伏。然后將11千瓦的感性負(fù)載，接在420伏的三相電源上，此時用交流電壓表測得三相負(fù)載兩端的電壓分別為381伏、379.5伏、380伏，三相電流分別為22.4安、22.2安、22.3安；測得稀土永磁同步電機(jī)的輸入的三相電壓均為380伏、線電流分別為17.95安、17.68安、17.7安?？梢娤⊥劣来艑?shí)驗(yàn)同步發(fā)電機(jī)的輸出電流大于永磁同步電機(jī)的輸入電流、輸出功率大于輸入功率，其結(jié)果與前文所述的結(jié)論相符。
[0019]綜上所述，本發(fā)明所提供的一種提高同步發(fā)電機(jī)效率的方法，是利用“同步發(fā)電機(jī)工作時勵磁磁場的大小與發(fā)電機(jī)的輸入功率的關(guān)系很小；同步發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)的輸出電壓與定子線圈的匝數(shù)(定子鐵心槽口的導(dǎo)體數(shù))和勵磁磁場的強(qiáng)度成正比”的性質(zhì)來實(shí)現(xiàn)的；設(shè)計(jì)時將轉(zhuǎn)子勵磁磁場強(qiáng)度盡可能的大，且在發(fā)電機(jī)工作時無論是負(fù)載大小都使轉(zhuǎn)子勵磁磁場強(qiáng)度處于或接近最大值，減少三相定子線圈每一相的匝數(shù)，也就是采用取最大的磁負(fù)荷1和較小的線負(fù)荷A ;將發(fā)電機(jī)的定子線圈設(shè)計(jì)成可調(diào)節(jié)匝數(shù)的多級不同電壓值電源的結(jié)構(gòu)形式，在發(fā)電機(jī)工作時先根據(jù)負(fù)載的大小選擇相近的定子線圈匝數(shù)的電壓電源連接、再微調(diào)轉(zhuǎn)子勵磁電流使輸出電壓達(dá)到額定值；另外該發(fā)明用于永磁同步發(fā)電機(jī)，能夠使永磁發(fā)電機(jī)具有可調(diào)節(jié)電壓性能且節(jié)能效果更為有效。所述的將轉(zhuǎn)子勵磁磁場強(qiáng)度盡可能的大，且在發(fā)電機(jī)工作時無論是負(fù)載大小都使轉(zhuǎn)子勵磁磁場強(qiáng)度處于最大值點(diǎn)，是指根據(jù)轉(zhuǎn)子磁極鐵心的材質(zhì)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁電流使轉(zhuǎn)子磁極的磁通密度接近或達(dá)到磁飽和狀態(tài)。所述的減少三相定子線圈的每一相的匝數(shù)是指采用本發(fā)明設(shè)計(jì)的同步發(fā)電機(jī)的定子三相線圈的匝數(shù)比目前同型號、相關(guān)手冊或書籍所述的同步發(fā)電機(jī)的定子三相線圈的匝數(shù)少。所述的用于永磁同步發(fā)電機(jī)，能夠使永磁發(fā)電機(jī)具有可調(diào)節(jié)電壓性能且節(jié)能更為有效，是指永磁同步發(fā)電機(jī)只需對定子線圈減少且改為具有可調(diào)性，從而實(shí)現(xiàn)永磁同步發(fā)電機(jī)的電壓具有可調(diào)性且調(diào)整率接近實(shí)際要求的范圍?？傊c傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)相比，本發(fā)明所述的一種提高同步發(fā)電機(jī)效率的方法是靠減少定子三相繞組的匝數(shù)、增大勵磁電流和調(diào)節(jié)定子三相繞組的匝數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。調(diào)節(jié)定子三相繞組的匝數(shù)是指當(dāng)發(fā)電機(jī)接通相應(yīng)的負(fù)載時，選擇相應(yīng)的定子線圈匝數(shù)使輸出電壓接近額定值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]附圖1表不一種靠旋轉(zhuǎn)磁場實(shí)現(xiàn)的電磁感應(yīng)不意圖。
[0021]附圖2表示對拖法連接在一起的同步電機(jī)，一臺用作電動機(jī)一臺作為發(fā)電機(jī)用的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本發(fā)明涉及的一種提高同步發(fā)電機(jī)發(fā)電效率的方法，主要是在設(shè)計(jì)時，取較大的磁負(fù)荷Bs和較小的線負(fù)荷A ;在發(fā)電機(jī)工作時轉(zhuǎn)子勵磁磁場始終處于最高點(diǎn)；定子電樞線圈繞成具有可調(diào)性。對于永磁同步發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)時，勵磁磁場是由永久磁鐵提供的，但永久磁鐵的磁場的強(qiáng)度直接影響發(fā)電機(jī)的性能，目前采用磁場強(qiáng)度較高的稀土永久磁鐵較佳；只需要將發(fā)電機(jī)的定子電樞線圈繞繞成具有可調(diào)性即可。
[0023]所述的取較大的磁負(fù)荷Bs，就是使勵磁磁場強(qiáng)度盡可能強(qiáng)。在現(xiàn)有基礎(chǔ)上要進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)子勵磁磁場的強(qiáng)度必須提高轉(zhuǎn)子磁極鐵心的磁飽和度，要實(shí)現(xiàn)這個目的主要是選用磁飽和度高的材料制作轉(zhuǎn)子鐵心。所述的取較小的線負(fù)荷A，主要是減小每相電樞線圈在額定輸出功率時的匝數(shù)，但必須在額定負(fù)載時發(fā)電機(jī)的輸出電壓達(dá)到額定電壓的情況下進(jìn)行，這就要進(jìn)行相關(guān)理論計(jì)及必要的實(shí)驗(yàn)后確定。
[0024]對于永磁同步發(fā)電機(jī)來講，首先應(yīng)將該永磁同步電機(jī)空載運(yùn)轉(zhuǎn)且達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時發(fā)出的電壓數(shù)值，再根據(jù)該壓值確定該永磁發(fā)電機(jī)定子線圈的最大線圈數(shù)。然后將定子電樞線圈制作成可調(diào)匝數(shù)的線圈，至于將定子線圈加工成幾個級別的電源，可根據(jù)實(shí)際需要而定，幾個級別的三相電源也可分別接到幾個三相電源開關(guān)上，在實(shí)際運(yùn)用時，根據(jù)負(fù)載的大小接到相應(yīng)的三相電源上即可。
【權(quán)利要求】
1.本發(fā)明所提供的一種提高同步發(fā)電機(jī)效率的方法，是利用“同步發(fā)電機(jī)工作時勵磁磁場的大小與發(fā)電機(jī)的輸入功率的關(guān)系很小；同步發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)的輸出電壓與定子線圈的匝數(shù)(定子鐵心槽口的導(dǎo)體數(shù))和勵磁磁場的強(qiáng)度成正比”的性質(zhì)來實(shí)現(xiàn)的；設(shè)計(jì)時將轉(zhuǎn)子勵磁磁場強(qiáng)度盡可能的大，且在發(fā)電機(jī)工作時無論是負(fù)載大小都使轉(zhuǎn)子勵磁磁場強(qiáng)度處于或接近最大值，減少三相定子線圈每一相的匝數(shù)，也就是采用取最大的磁負(fù)荷Bs和較小的線負(fù)荷A ;將發(fā)電機(jī)的定子線圈設(shè)計(jì)成可調(diào)節(jié)匝數(shù)的多級不同電壓值電源的結(jié)構(gòu)形式，在發(fā)電機(jī)工作時先根據(jù)負(fù)載的大小選擇相近的定子線圈匝數(shù)的電壓電源連接、再微調(diào)轉(zhuǎn)子勵磁電流使輸出電壓達(dá)到額定值；另外該實(shí)用新型用于水磁間步發(fā)電機(jī)，能夠使水磁發(fā)電機(jī)具有可調(diào)節(jié)電壓性能且節(jié)能更為有效。
2.如權(quán)利要求書I所述的將轉(zhuǎn)子勵磁磁場強(qiáng)度盡可能的大，且在發(fā)電機(jī)工作時無論是負(fù)載大小都使轉(zhuǎn)子勵磁磁場強(qiáng)度處于或接近最大值點(diǎn)，是指根據(jù)轉(zhuǎn)子磁極鐵心的材質(zhì)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁電流使轉(zhuǎn)子磁極的磁通密度接近或達(dá)到磁飽和狀態(tài)。
3.如權(quán)利要求書I所述的減少三相定子線圈的每一相的匝數(shù)是指采用本發(fā)明設(shè)計(jì)的同步發(fā)電機(jī)的定子三相線圈的匝數(shù)比目前同型號、相關(guān)手冊或書籍所述的同步發(fā)電機(jī)的定子三相線圈的匝數(shù)少。
4.如權(quán)利要求書I所述的用于永磁同步發(fā)電機(jī)，能夠使永磁發(fā)電機(jī)具有可調(diào)節(jié)電壓性能且節(jié)能效果更為有效，是指永磁同步發(fā)電機(jī)只需對定子線圈減少且改為具有可調(diào)性，從而實(shí)現(xiàn)永磁同步發(fā)電機(jī)的電壓具有可調(diào)性且調(diào)整率接近實(shí)際要求的范圍。
【文檔編號】H02P9/14GK103580571SQ201210261618
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年7月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月20日
【發(fā)明者】丁士來, 丁世東, 丁穎穎, 郭君珊, 郭國勤, 李振中, 丁磊 申請人:丁士來