專利名稱：小型發(fā)電機自動勵磁調(diào)壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種小型單相發(fā)電機自動勵磁調(diào)壓器，尤其是在寬范圍轉(zhuǎn)速情況下，輸出比較穩(wěn)定電壓的自動勵磁調(diào)壓器。
目前生產(chǎn)的小型單相發(fā)電機，均采用三次諧波勵磁(見

圖1)，其優(yōu)點是三次諧波電壓隨負載增加而升高，能使發(fā)電機端電壓在負載從零至額定值時基本維持不變，具有自動穩(wěn)壓作用，但其前提條件是發(fā)電機電壓頻率必須是50HZ，頻率升高，電壓會成正比升高，飛車時升高的電壓甚至?xí)龤в秒娖骶?，而?dāng)頻率下降時，電壓也會下降，致使照明燈泡光通量嚴重不足。
當(dāng)前我國沿海機動小型漁船上裝備的發(fā)電機基本上都是上述小型發(fā)電機，單機容量3～12KW，負荷主要是照明白熾燈，發(fā)電機由柴油機帶動，當(dāng)晚上正常作業(yè)時，柴油機以額定轉(zhuǎn)速工作，發(fā)電機正常發(fā)電。當(dāng)柴油機加速時，發(fā)電機電壓超過額定值，極易燒燈泡，因此有的漁船采用250V的燈泡。當(dāng)作業(yè)完成后，為了省油，柴油機必須在低速(1/3-1/2額定轉(zhuǎn)速)下工作，此時發(fā)電機只能發(fā)出100V左右的電壓，晚上照明嚴重不足，影響夜間工作(如分揀魚類)。
為了防止柴油機加速時過高的電壓，有人在發(fā)電機輸出端加裝市售穩(wěn)壓器，但都被燒壞，原因是發(fā)電機轉(zhuǎn)速升高時電壓達到甚至超過300V，一般穩(wěn)壓器受不了。而低速時如何升高電壓，至今尚未有任何產(chǎn)品可解決此問題。
本實用新型的目的，是為漁船上所用的小型發(fā)電機提供一種寬頻率范圍的自動勵磁調(diào)節(jié)器，它能使發(fā)電機在額定頻率時輸出額定電壓(230V)，在超速直至飛車(60～100HZ)時仍使發(fā)電機電壓不高于額定值。而在最低速(35HZ)至少保持3/4左右的額定電壓，保證白熾燈有足夠的亮度。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的線路見圖2、其基本原理是根據(jù)發(fā)電機電壓升降自動調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流，使電壓穩(wěn)定在額定值附近。圖2中，取消了三次諧波電路，轉(zhuǎn)子磁場功率取自發(fā)電機定子繞組，由于發(fā)電機磁場繞組所消耗的功率一般只占發(fā)電機功率的3-5％左右，因此從定子取勵磁功率對發(fā)電機輸出功率影響不大。
圖2中，可控硅SCR的陽極接到定子繞組L1的下端，SCR的陰極與二極管D1正極串聯(lián)連接，D1陰極與轉(zhuǎn)子滑環(huán)炭刷F1連接，滑環(huán)炭刷F2與定子繞組L1的上端直接相連，續(xù)流二極管D2的陰極與F1及D1的陰極連接，D2的陽極與F2、L1的上端相連。圖2中的控硅SCR、二極管D1、定子繞組L1組成一個可控半波整流電路，代替三次諧波繞組向磁場繞組L2供電，由于可控硅可以移相觸發(fā)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)勵磁電流的自動調(diào)節(jié)。
采用上述方案的自動勵磁調(diào)壓器，由于所用元件都是小功率(幾安培電流)器件，因此它具的體積小、損耗少、結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉、穩(wěn)壓性能靈敏可靠的優(yōu)點。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步詳述圖1是現(xiàn)有三次諧波勵磁單相發(fā)電機線路圖；圖2是本實用新型實施例主電路原理圖；圖3是本實用新型實施例完整線路圖；圖4是本實用新型實施例各點波形圖。
各圖中L1-發(fā)電機定子繞組，L2-發(fā)電機轉(zhuǎn)子磁場繞組L3-發(fā)電機三次諧波繞組，F(xiàn)1、F2-滑環(huán)、炭刷；SCR-可控硅，D1、D2-二極管，J-起勵繼電器；R1-電阻，R2-電壓整定電位器，A1、A2-運算放大器；Y-反相驅(qū)動器，Va-矩形電壓，Vb-鋸齒波電壓；Vc-移相電壓，+V1-電源電壓，+V2-測量電壓；V3-正半波同步電壓；本實用新型主電路原理圖見圖2，L1為發(fā)電機定了繞組，發(fā)電機的電能由它產(chǎn)生并輸出給負載，其額定電壓為交流230V。L2為轉(zhuǎn)子磁極繞組，它通過滑環(huán)炭刷F1、F2與自動勵磁主回路相連。
自動勵磁主線路由控制可控硅SCR、整流二極管D1、續(xù)流二極管D2，起勵繼電器的常閉觸點J所組成。SCR與D1串聯(lián)連接組成一個半波整流電路，其SCR對L1的半波電壓進行移相斬波，D1只允許正半波的移相電壓通過，不允許中負半波通過，D1輸出的半波移相電壓通過炭刷、滑環(huán)F1進入磁場線圈L2，經(jīng)F2至L1的上端而形成半波整流回路。通過自動調(diào)節(jié)SCR的導(dǎo)通角，就可以控制通過磁場線圈L2的電流大小，從而達到自動調(diào)節(jié)發(fā)電機電壓的目的。
圖2中，起勵繼電器J的線圈并聯(lián)在發(fā)電機輸出端，它實際是一個電壓繼電器，其常閉觸點的一端與SCR的控制極連接，另一端則與SCR的陽極連接。當(dāng)發(fā)電機轉(zhuǎn)動起來后，由于轉(zhuǎn)子有剩磁，會在定子繞組L1上感應(yīng)生成幾伏的微小交流電壓。此時由于SCR的控制極與陽極通過常閉觸點J直接連通，使SCR成為一個二極管，于是剩磁電壓通過SCR、D1，整流后由滑環(huán)F1、F2加載到磁極線圈L2，進一步加強磁極的剩磁，如此循環(huán)往復(fù)，發(fā)電機定子線圈L1上的電壓便很快上升，電壓升到60％額定值時，接在L1兩端的起勵繼電器動作，于是常閉觸點斷開，SCR轉(zhuǎn)入移相觸發(fā)狀態(tài)。
一般在無電情況下，要使可控硅導(dǎo)通，必須在控制極通入由電池供電的觸發(fā)電流，本實用新型在起勵時，利用繼電器J常閉觸點，使剩磁電壓直接進入可控硅控制極，使其導(dǎo)通變成二極管而完成起勵過程，這是本實用新型與眾不同之處。
雖然調(diào)壓器輸出的半波移相電壓是不連續(xù)的，但由于轉(zhuǎn)子磁極線圈是大電感，其電流不會突變，加上有續(xù)流二極管D2的作用，因此流過L2的電流是連續(xù)的。
二極管D1的作用一是半波整流，二是當(dāng)起勵時，防止常閉觸點J直通引起負半周電壓短路。由于D1的存在，SCR既可用單向可控硅，也可用雙向可控硅、增大了元件選擇的自由度。三是承受反向電壓，當(dāng)電源為負半周時，反向電壓主要由D1承受，減小或消除了可控硅SCR反向擊穿的可能性，大大提高了電路的可靠性、這是本實用新型與一般半波可控整流電路不同的地方。
下面給出一個帶自動移相觸發(fā)線路的完整具體實施例(見圖3)圖3中，SCR、D1、D2、J組成半波可控整流勵磁主電路，其工作原理前面已經(jīng)詳述。圖3中，運放A1、A2、反相驅(qū)動器Y等元件組成一個自動移相觸發(fā)脈沖線路，用以觸發(fā)可控硅SCR。自動移相線路各點電壓波形見圖4。
圖3中，同步半波電壓V3經(jīng)運放A1限幅放大后輸出為矩形波(波形見圖4(b))，此矩形波經(jīng)電阻R1，電容C組成的積分器，在電容C上獲得鋸齒波電壓Vb(見圖4(C))，此鋸齒波電壓與測量電壓(測量電壓取自發(fā)電機電壓)+V2在運放A2中比較，于是A2輸出移相脈沖(波形見圖4(d))。
自動移相穩(wěn)壓過程如下當(dāng)電壓整定電位器R2處于一定位置時，測量電壓與鋸齒波相交于一定時間t1，A2輸出觸發(fā)脈沖寬度為t1、t2，此寬度就是可控硅的導(dǎo)通角，可控硅輸出的勵磁電流剛好使發(fā)電機輸出電壓為額定值。當(dāng)發(fā)電機由于負載增加或轉(zhuǎn)速降低而使電壓降低時，測量電壓下降。由圖4(c)可見，當(dāng)測量電壓+V2下降時，與鋸齒波的交點也下降，t1點左移，于是移相脈沖加寬，導(dǎo)至SCR導(dǎo)通角增加，輸出勵磁電流增加，促使發(fā)電機電壓回升。
反之，當(dāng)發(fā)電機負載減輕或轉(zhuǎn)速增加時，發(fā)電機電壓有上升趨勢，觸發(fā)脈沖寬度變小，可控硅SCR導(dǎo)通角減小，減少了勵磁電流，于是促使發(fā)電機電壓下降。
由于上述自動移相觸發(fā)作用，從而使電機在負載及轉(zhuǎn)速變化很大時，仍具有很好的穩(wěn)壓作用，保證了白熾燈負載的正常用電。
權(quán)利要求1.一種發(fā)電機自動勵磁調(diào)壓器，由可控硅與二極管將定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組連接，其特征是可控硅SCR與二極管D1串聯(lián)連接后，一端與定子繞組L1的一端連接，另一端與轉(zhuǎn)子繞組的F1端連接，二極管D2與轉(zhuǎn)子繞組L2并聯(lián)，定子繞組另一端與轉(zhuǎn)子繞組F2端用導(dǎo)線直接連接，在可控硅SCR上連接起勵繼電器常閉觸點J；
2.根據(jù)權(quán)利要1所述的發(fā)電機自動勵磁調(diào)壓器，其特征是二極管D1、D2相連處的極性相同，起勵繼電器常閉觸點J并聯(lián)在可控硅SCR的控制極與陽極上。
專利摘要小型發(fā)電機自動勵磁調(diào)壓器，由可控硅、整流二極管、續(xù)流二極管、自動移相觸發(fā)電路和起勵繼電器組成半波可控整流回路，將發(fā)電機定子輸出的小部分交流功率變成依據(jù)負荷或轉(zhuǎn)速變化而變化的直流功率，供給轉(zhuǎn)子繞組勵磁，從而使發(fā)電機負荷或轉(zhuǎn)速在較大范圍內(nèi)變化時仍保持輸出電壓穩(wěn)定，克服了現(xiàn)有小型發(fā)電機電壓隨轉(zhuǎn)速變化而變化的缺點，保證阻性負荷白熾燈亮度基本不隨轉(zhuǎn)速而變化。滿足了漁船照明的需要。本實用新型具有造價低廉，穩(wěn)壓性能優(yōu)良，運行可靠性高，諧波小的特點。
文檔編號H02P9/38GK2447991SQ0023496
公開日2001年9月12日 申請日期2000年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月24日
發(fā)明者陳甲標(biāo) 申請人:陳甲標(biāo), 沈維好