悬臂式大容量无刷励磁系统，包括永磁副励磁机、主励磁机、整流装置和接地检测滑环装置，主励磁机的转轴为悬臂式，永磁副励磁机的磁钢、主励磁机的转子、整流装置和接地检测滑环装置安装在主励磁机转轴上，并随转轴同步转动。本发明实现悬臂式结构，机座的结构避免了励磁系统装卸质量对系统可靠性的影响；设置了空气冷却器，空冷效率高、成本低，适于大容量无刷励磁系统；整流装置容量满足需求，冷却好，能够为主发电机提供理想的大励磁电流；本发明从安装环节、系统结构等方面减少了外界因素对励磁机的影响，使系统更加安全可靠，整个无刷励磁系统结构紧凑合理、重量轻、运行可靠、整流效果好、安装维护方便。
1.悬臂式大容量无刷励磁系统，包括永磁副励磁机和主励磁机，主励磁机的励端设有整流装置和接地检测滑环装置，其特征是无刷励磁系统设置在主发电机转子转轴的末端，主励磁机的转轴为悬臂式，一端设有靠背轮，所述靠背轮与主发电机转轴刚性连接，主励磁机转轴另一端悬空，永磁副励磁机的磁钢、主励磁机的转子、整流装置和接地检测滑环装置从主励磁机的汽端起依次安装在主励磁机转轴上，并随转轴同步转动，其中永磁副励磁机的极靴通过螺栓将磁钢固定在主励磁机转轴的靠背轮上；无刷励磁系统还设有与主发电机的底板连接的机壳，机壳靠主发电机一端设有封板，另一端设有端盖，机壳、封板和端盖构成封闭式结构。
2.根据权利要求1所述的悬臂式大容量无刷励磁系统，其特征是机壳由永磁副励磁机机座、主励磁机机座组成，封板位于主发电机与永磁副励磁机之间，端盖设置于整流装置和接地检测滑环装置外，所述封板、永磁副励磁机机座、主励磁机机座和端盖构成封闭式结构；其中永磁副励磁机机座、主励磁机机座均由两个半机座组合构成，两个半机座在两边的结合处均设有法兰面，法兰面上设有对应的安装孔，两个半机座通过安装在安装孔的螺栓紧密固定连接，在半机座两边结合处的法兰面的对角位置设有定位销。
3.根据权利要求1或2所述的悬臂式大容量无刷励磁系统，其特征是悬臂式大容量无刷励磁系统设有空冷通道，主励磁机下方设有空气冷却器，所述空冷通道为按空气冷却器-整流装置-主励磁机-永磁副励磁机-空气冷却器路径设置的空气流动通道。
4.根据权利要求1或2所述的悬臂式大容量无刷励磁系统，其特征是整流装置为单盘结构，由支撑座、交流侧散热片、整流二极管、直流侧散热片、熔断器和用于输出电流的正、负铜线组成，交流侧散热片安装于支撑座内圆，整流二极管、直流侧散热片和熔断器串联，整流二极管、直流侧散热片和熔断器共有12组，通过螺栓压装在交流侧散热片上，构成三相桥式整流；交流侧散热片和直流侧散热片外侧设有散热翅片，散热翅片伸出支撑座外。
5.根据权利要求3所述的悬臂式大容量无刷励磁系统，其特征是整流装置为单盘结构，由支撑座、交流侧散热片、整流二极管、直流侧散热片、熔断器和用于输出电流的正、负铜线组成，交流侧散热片安装于支撑座内圆，整流二极管、直流侧散热片和熔断器串联，整流二极管、直流侧散热片和熔断器共有12组，通过螺栓压装在交流侧散热片上，构成三相桥式整流；交流侧散热片和直流侧散热片外侧设有散热翅片，散热翅片伸出支撑座外。
6.根据权利要求1或2所述的悬臂式大容量无刷励磁系统，其特征是接地检测滑环装置包括短轴、滑环和碳刷，2个滑环热套在短轴上，短轴中空，设有导线穿过短轴连接主发电机励磁绕组和滑环，碳刷通过支架固定在端盖上，碳刷与滑环接触，并设有导线引至主发电机，碳刷和主励磁机之间设有隔板。
7.根据权利要求3所述的悬臂式大容量无刷励磁系统，其特征是接地检测滑环装置包括短轴、滑环和碳刷，2个滑环热套在短轴上，短轴中空，设有导线穿过短轴连接主发电机励磁绕组和滑环，碳刷通过支架固定在端盖上，碳刷与滑环接触，并设有导线引至主发电机，碳刷和主励磁机之间设有隔板。
8.根据权利要求4所述的悬臂式大容量无刷励磁系统，其特征是接地检测滑环装置包括短轴、滑环和碳刷，2个滑环热套在短轴上，短轴中空，设有导线穿过短轴连接主发电机励磁绕组和滑环，碳刷通过支架固定在端盖上，碳刷与滑环接触，并设有导线引至主发电机，碳刷和主励磁机之间设有隔板。
9.根据权利要求5所述的悬臂式大容量无刷励磁系统，其特征是接地检测滑环装置包括短轴、滑环和碳刷，2个滑环热套在短轴上，短轴中空，设有导线穿过短轴连接主发电机励磁绕组和滑环，碳刷通过支架固定在端盖上，碳刷与滑环接触，并设有导线引至主发电机，碳刷和主励磁机之间设有隔板。
10.根据权利要求1或2所述的悬臂式大容量无刷励磁系统，其特征是机壳两端设有与主发电机的冷却系统连通的进、出风管道。
悬臂式大容量无刷励磁系统
技术领域
[0001] 本发明涉及发电机无刷励磁系统，为一种悬臂式大容量无刷励磁系统。
背景技术
[0002] 励磁系统是同步发电机组的重要组成部分，直接影响发电机的运行特性。励磁系统一般分为直流励磁机励磁系统，无刷励磁系统和静止励磁系统。直流励磁机励磁系统和静止励磁系统都需要碳刷和滑环，励磁电流的大小受滑环和碳刷的限制；碳刷和滑环之间摩擦引起的火花，不可以用于易燃易爆气体的特殊环境；运行中会有碳刷灰，碳刷磨损问题严重，机组运行维护的工作量大。无刷励磁系统免维护，可靠性高，可以在特殊环境下运行，具有很大的优越性，但是目前无刷励磁系统的容量都比较低，也有容量大的，但是由于容量大的励磁机总重量大，轴向长度长，需要额外加轴承座，增加了安装环节，容易引发故障。原有的无刷励磁系统的结构，应用在大容量发电机上，还存在另外一些问题：首先励磁系统的进出风均在发电机的冷风区，风路过长，风阻大，励磁机百分之十的损耗产生的热量全部进入发电机冷风区，会升高发电机进风温度4-5度，增加发电机冷却系统的负担，冷却效果不理想，也有使用氢冷方式，但此种方式成本高，对系统密封性能等要求高，不易实现；第二，原有的永磁副励磁机定子内径小于整流装置外径，发电机每穿一次转子，整流装置都必须拆装一次，整流装置既与发电机连接，又与励磁机连接，多次拆装时安装不当，接触电阻大引起的过热，甚至烧毁连接线的现象时有发生；另外，原有结构的二极管和快速熔断器容量不能满足大容量励磁系统的需求，而能够满足大容量励磁系统的二极管和熔断器的外型与原来都有很大不同，这种改变使得整流装置必须采用完全不同的新结构，因此二极管和熔断器的选型和固定方法也是面临的难题。
发明内容
[0003] 本发明要解决的问题是：现有无刷励磁系统的容量都较低，提升容量时存在安装环节多、冷却效果不理想、整流装置的容量和结构无法达到要求等问题，运行不稳定，故障率高，需要提供一种结构紧凑合理、运行可靠、整流效果好、安装维护方便的大容量无刷励磁系统。
[0004] 本发明的技术方案为：悬臂式大容量无刷励磁系统，包括永磁副励磁机和主励磁机，主励磁机的励端设有整流装置和接地检测滑环装置，无刷励磁系统设置在主发电机转子转轴的末端，主励磁机的转轴为悬臂式，一端设有靠背轮，所述靠背轮与主发电机轴承刚性连接，主励磁机转轴另一端悬空，永磁副励磁机的磁钢、主励磁机的转子、整流装置和接地检测滑环装置从主励磁机的汽端起依次安装在主励磁机转轴上，并随转轴同步转动，其中永磁副励磁机的极靴通过螺栓将磁钢固定在主励磁机转轴的靠背轮上；无刷励磁系统还设有与主发电机的底板连接的机壳，机壳靠主发电机一端设有封板，另一端设有端盖，机壳、封板和端盖构成封闭式结构。
[0005] 本发明机壳由永磁副励磁机机座、主励磁机机座组成，封板位于主发电机与永磁副励磁机之间，端盖设置于整流装置和接地检测滑环装置外，所述封板、永磁副励磁机机座、主励磁机机座和端盖构成封闭式结构；其中永磁副励磁机机座、主励磁机机座均由两个半机座组合构成，两个半机座在两边的结合处均设有法兰面，法兰面上设有对应的安装孔，两个半机座通过安装在安装孔的螺栓紧密固定连接，在半机座两边结合处的法兰面的对角位置设有定位销。
[0006] 针对大容量下的无刷励磁系统冷却问题，本发明进一步设有空冷通道，主励磁机下方安装有空气冷却器，由空气冷却器-整流装置-主励磁机-永磁副励磁机-空气冷却器组成为一个独立的冷却回路，从而改善励磁系统的冷却效果。与以往小容量无刷励磁系统与主发电机共用一个冷却系统相比，本发明的冷却方式更适于大容量无刷励磁系统。
[0007] 本发明的整流装置为单盘结构，由支撑座、交流侧散热片、整流二极管、直流侧散热片、熔断器和用于输出电流的正、负铜线组成，交流侧散热片安装于支撑座内圆，整流二极管、直流侧散热片和熔断器串联，整流二极管、直流侧散热片和熔断器共有12组，通过螺栓压装在交流侧散热片上，构成三相桥式整流；交流侧散热片和直流侧散热片外侧设有散热翅片，散热翅片伸出支撑座外；这样不仅加大了散热片的散热面积，同时在系统运行时还构成离心式风扇，可以产生足够的风量，冷却整流装置，同时也冷却主励磁机和永磁副励磁机，因此不需要单独的风扇，使结构更加紧凑合理。
[0008] 本发明也可以在机座两端设置与主发电机的冷却系统连通的进、出风管道，实现冷却。
[0009] 本发明永磁副励磁机为三相同步永磁发电机或单相同步永磁发电机，极靴通过螺栓将磁钢固定在主励磁机转轴的的靠背轮上，靠背轮既作为转轴的刚性连接，也作为永磁副励磁机的转子，缩短了轴身长，也减轻了轴的重量，节省了安装空间；接地检测滑环装置包括短轴、滑环和碳刷，2个滑环热套在短轴上，短轴中空，设有导线穿过短轴连接主发电机励磁绕组和滑环，碳刷通过支架固定在端盖上，碳刷与滑环接触，并设有导线引至主发电机，碳刷和主励磁机之间设有隔板，可防止碳刷灰进入风路而引起励磁机故障。
[0010] 本发明的悬臂式大容量无刷励磁机，结构紧凑，重量轻，利用靠背轮等结构使转轴的轴向尽量短，从而可以实现悬臂式结构，有利于轴系的平衡，两个半机座构成的机座使在穿转子时不需要拆卸整流装置，避免了系统装卸质量对励磁机可靠性的影响；本发明设置了空气冷却器，实现独立的冷却系统，充分利用空间，空冷效率高、成本低，适于大容量无刷励磁系统，并且由于整流装置含有风扇结构，整流装置的冷却好，温升低，能够为主发电机提供理想的大励磁电流，整个无刷励磁系统完善可靠；主励磁机的靠背轮既作为与发电机转轴的刚性连接，也作为永磁副励磁机的转子，结构紧凑。本发明从安装环节、系统结构等方面减少了外界因素对励磁机的影响，使系统更加安全可靠，整个无刷励磁系统结构紧凑合理、运行可靠、整流效果好、安装维护方便。
附图说明
[0011] 图1为本发明主励磁机转轴的悬臂式结构。
[0012] 图2为本发明的一种实施示意图。
[0013] 图3为本发明的永磁副励磁机、主励磁机机座结构示意图。
[0014] 图4为本发明单盘结构整流装置剖面示意图。
具体实施方式
[0015] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0016] 如图1，本发明无刷励磁系统设置在主发电机转子转轴11的末端，主励磁机4的转轴1为悬臂式，一端设有靠背轮1-1，通过主发电机轴承10与主发电机转子的转轴11刚性连接，转轴1通过靠背轮1-1和主发电机轴承10与主发电机转子的转轴11刚性连接，转轴1另一端悬空，永磁副励磁机2的磁钢2-2、主励磁机的转子4-2、整流装置5和接地检测滑环装置6从主励磁机4的汽端起依次安装在主励磁机转轴1上，并随转轴1同步转动。
[0017] 图2为本发明的一种具体实施示意图，包括永磁副励磁机2和主励磁机4，主励磁机4的励端设有整流装置5和接地检测滑环装置6，设有与主发电机的底板连接的封闭式机壳，机壳由永磁副励磁机机座3-2、主励磁机机座3-3组成，封板3-1位于主发电机与永磁副励磁机2之间，端盖3-4设置于整流装置5和接地检测滑环装置6外，所述封板3-1、永磁副励磁机机座3-2、主励磁机机座3-3和端盖3-4构成封闭式结构；在主励磁机4下方设置空气冷却器7，机座3两端设有进、出风管道8、9，与主励磁机4下面的空气冷却器7连通，按空气冷却器7-整流装置5-主励磁机4-永磁副励磁机2-空气冷却器7的路径形成全封闭冷却回路。如不设空气冷却器7，也可以将进、出风管道8、9直接与主发电机的冷却系统连通。
[0018] 本发明的永磁副励磁机机座3-2、主励磁机机座3-4均为半机座结构，有利于无刷励磁系统的拆装，如图2和图3，两个半机座3-11在两边的结合处均设有法兰面3-12，法兰面3-12上设有对应的安装孔3-13，两个半机座3-11通过安装在安装孔3-13的螺栓紧密固定连接，为保证两个半机座的牢固连接，在两边法兰面的对角位置设有定位销。用螺钉将两个半机座连接成整圆，并用定位销定位，机座材料除机座圈是用铸钢外，其它均为Q235钢板。永磁副励磁机机座和主励磁机机座用螺钉连在一起。
[0019] 本发明的永磁副励磁机2采用单相同步永磁发电机，也可采用三相同步永磁发电机，极靴2-1通过螺栓将磁钢2-2固定在励磁机主轴的靠背轮1-1上，如图1所示，靠背轮1-1既作为主励磁机4的转轴1与主发电机转轴11的刚性连接，也作为永磁副励磁机2的转子，使整个无刷励磁系统的结构更加紧凑合理。
[0020] 主励磁机4为交流无刷励磁机，采用6极旋转电枢式三相同步发电机，如图2和图3，其磁极4-1固定在主励磁机机座上，主励磁机4的电枢安装在转子4-2上，转子4-2设在主励磁机4的转轴1上，电枢绕组通过铜导线与整流装置5连接。
[0021] 本发明的整流装置为新设计的单盘结构，它是由支撑座5-1、交流侧散热片5-2、整流二极管5-3、直流侧散热片5-4、熔断器5-5和用于输出电流的正铜线5-6、负铜线5-7组成。整流装置为一圆盘对称结构，其侧面剖视图如图4，交流侧散热片5-2安装于支撑座5-1内圆，整流二极管5-3、直流侧散热片5-4和熔断器5-5串联，共有12组，并通过螺栓压装在交流侧散热片5-2上，12组交流侧散热片5-2、整流二极管5-3、直流侧散热片5-4和熔断器5-5分布安装在支承座上，由此构成三相桥式整流。交流侧散热片5-2和直流侧散热片5-4外侧设有散热翅片5-8，且散热翅片5-8伸出支撑座5-1外，这样不仅加大了散热片的散热面积，同时也作为离心式风扇，可以产生足够的风量，冷却整流装置，同时也冷却主励磁机和永磁副励磁机，因此不需要单独的风扇，使结构更加紧凑合理。
[0022] 本发明接地检测滑环装置6主要由短轴6-1、滑环6-2和碳刷6-3组成，安装在主励磁机4转轴1悬空端的最末。2个滑环6-2热套在短轴6-1上，短轴6-1是中空的，有导线穿过短轴6-1，连接主发电机励磁绕组和滑环6-2，碳刷6-3通过支架固定在端盖上，与滑环6-2接触，由导线引出至主发电机保护。碳刷6-3和主励磁机4之间有隔板，可防止碳刷灰进入风路而引起励磁机故障。
[0023] 依据上述设计的悬臂式无刷励磁系统系统冷却效果良好，系统运行稳定，可用于大容量发电机组。试验结果表明，产品各项指标完全满足发电机对励磁系统的要求，电流输出平稳，安装维护方便，运行可靠。
[0024] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的实施，凡在本发明的设计思想和原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
