專利名稱：一種大功率混合勵(lì)磁雙轉(zhuǎn)子雙饋式同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種同步發(fā)電機(jī)，特別涉及一種大功率混合勵(lì)磁的雙轉(zhuǎn)子雙饋式同步發(fā)電機(jī)。
背景技術(shù)：
近年來隨著能源危機(jī)與環(huán)境問題的日益突出，世界各國都在大力發(fā)展風(fēng)力發(fā)電等可再生能源事業(yè)，其相關(guān)技術(shù)發(fā)展很快，從失速型到變速恒頻風(fēng)電系統(tǒng)，從有齒輪箱到直接驅(qū)動(dòng)型風(fēng)電系統(tǒng)，風(fēng)電的裝機(jī)容量也在近幾年內(nèi)獲得了快速增長。為提高風(fēng)能利用效率，降低風(fēng)電成本，風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量大型化是風(fēng)電技術(shù)發(fā)展的大趨勢(shì).采用變速變槳距調(diào)節(jié)技術(shù)已經(jīng)成為MW級(jí)以上大型風(fēng)電機(jī)組的重要特征；在目前的變速恒頻風(fēng)電系統(tǒng)中，使用雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的雙饋型風(fēng)電系統(tǒng)市場份額最大，使用永磁同步發(fā)電機(jī)的直驅(qū)型系統(tǒng)發(fā)展很快。隨著風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量的不斷增大，其對(duì)電網(wǎng)的影響已經(jīng)不能忽略，很多國家制訂了新的規(guī)則，對(duì)并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電提出了新的要求，這些要求包括有功、無功功率控制，電壓、頻率控制，電能質(zhì)量控制，故障穿越功能等。這些要求使風(fēng)力發(fā)電場要逐漸承擔(dān)起類似傳統(tǒng)火力發(fā)電場的功能，在電網(wǎng)故障如電壓跌落時(shí)保持并網(wǎng)，快速向電網(wǎng)提供有功和無功功率支持，幫助電網(wǎng)電壓及頻率的恢復(fù)及穩(wěn)定。目前國內(nèi)外對(duì)雙饋和直驅(qū)變速恒頻風(fēng)電系統(tǒng)在電網(wǎng)故障時(shí)的應(yīng)對(duì)措施，已經(jīng)有較多研究，包括改進(jìn)變流器控制策略提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性使其具備一定的LVRT能力，但在跌落深度較大時(shí)，僅依靠控制策略的作用有限，因此需要從改變發(fā)電機(jī)本體結(jié)構(gòu)上或增加硬件保護(hù)電路，來實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越并對(duì)變流器進(jìn)行保護(hù)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供了一種大功率混合勵(lì)磁雙轉(zhuǎn)子雙饋式同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)，解決了風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越并對(duì)變流器進(jìn)行保護(hù)的技術(shù)問題。本發(fā)明是通過以下方案解決以上問題的:一種大功率混合勵(lì)磁雙轉(zhuǎn)子雙饋式同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)，包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸和電機(jī)機(jī)座，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸與電機(jī)機(jī)座之間設(shè)置有第一軸承，在電機(jī)機(jī)座內(nèi)設(shè)置有主機(jī)轉(zhuǎn)子支架，主機(jī)轉(zhuǎn)子支架是通過第二軸承與電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸活動(dòng)連接在一起的，在主機(jī)轉(zhuǎn)子支架上設(shè)置有主機(jī)轉(zhuǎn)子，在主機(jī)轉(zhuǎn)子的內(nèi)側(cè)面上設(shè)置有磁鋼，在主機(jī)轉(zhuǎn)子支架的一端分別設(shè)置有勵(lì)磁機(jī)和旋轉(zhuǎn)整流模塊，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸上設(shè)置有主機(jī)副轉(zhuǎn)子，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸的一側(cè)軸端上設(shè)置有滑環(huán)，在主機(jī)副轉(zhuǎn)子中設(shè)置有轉(zhuǎn)子三相交流線圈，轉(zhuǎn)子三相交流線圈與滑環(huán)電連接，在電機(jī)機(jī)座上設(shè)置有主機(jī)定子，在主機(jī)定子中設(shè)置有定子三相線圈，在主機(jī)轉(zhuǎn)子的外表面內(nèi)設(shè)置有直流勵(lì)磁線圈，直流勵(lì)磁線圈通過旋轉(zhuǎn)整流模塊與勵(lì)磁機(jī)電連接。勵(lì)磁機(jī)是轉(zhuǎn)樞式電機(jī)，勵(lì)磁機(jī)是通過自動(dòng)電壓調(diào)整器為主機(jī)轉(zhuǎn)子的外表面內(nèi)設(shè)置的直流勵(lì)磁線圈勵(lì)磁的。本發(fā)明由于采用雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，將雙饋發(fā)電機(jī)與同步發(fā)電機(jī)很好的結(jié)合起來。在變速恒頻系統(tǒng)中，可以利用雙饋電機(jī)更優(yōu)越性能，在電機(jī)負(fù)荷變化時(shí)，可通過控制轉(zhuǎn)子勵(lì)磁頻率來改變發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，控制轉(zhuǎn)子電流勵(lì)磁相位，改變電機(jī)的功率角，進(jìn)而分別調(diào)節(jié)電機(jī)的有功、無功功率，減小發(fā)電機(jī)對(duì)電網(wǎng)的擾動(dòng)。

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的電路原理簡圖。
具體實(shí)施方式
一種大功率混合勵(lì)磁雙轉(zhuǎn)子雙饋式同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)，包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸I和電機(jī)機(jī)座2，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸I與電機(jī)機(jī)座2之間設(shè)置有第一軸承11，在電機(jī)機(jī)座2內(nèi)設(shè)置有主機(jī)轉(zhuǎn)子支架9，主機(jī)轉(zhuǎn)子支架9是通過第二軸承10與電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸I活動(dòng)連接在一起的，在主機(jī)轉(zhuǎn)子支架9上設(shè)置有主機(jī)轉(zhuǎn)子6，在主機(jī)轉(zhuǎn)子6的內(nèi)側(cè)面上設(shè)置有磁鋼7，在主機(jī)轉(zhuǎn)子支架9的一端分別設(shè)置有勵(lì)磁機(jī)3和旋轉(zhuǎn)整流模塊4，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸I上設(shè)置有主機(jī)副轉(zhuǎn)子8，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸I的一側(cè)軸端上設(shè)置有滑環(huán)12，在主機(jī)副轉(zhuǎn)子8中設(shè)置有轉(zhuǎn)子三相交流線圈，轉(zhuǎn)子三相交流線圈與滑環(huán)12電連接，在電機(jī)機(jī)座2上設(shè)置有主機(jī)定子5，在主機(jī)定子5中設(shè)置有定子三相線圈，在主機(jī)轉(zhuǎn)子6的外表面內(nèi)設(shè)置有直流勵(lì)磁線圈，直流勵(lì)磁線圈通過旋轉(zhuǎn)整流模塊4與勵(lì)磁機(jī)3電連接。勵(lì)磁機(jī)3是轉(zhuǎn)樞式電機(jī)，勵(lì)磁機(jī)3是通過自動(dòng)電壓調(diào)整器為主機(jī)轉(zhuǎn)子6的外表面內(nèi)設(shè)置的直流勵(lì)磁線圈勵(lì)磁的。本發(fā)明的系統(tǒng)原理簡圖如圖2所示，其中SO為主機(jī)定子，RO為主機(jī)轉(zhuǎn)子，Rl為副轉(zhuǎn)子，V為變流器，副轉(zhuǎn)子Rl中為三相勵(lì)磁繞組，用nl、fl表示副轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速、頻率，Af為變流控制器輸入的轉(zhuǎn)差頻率，主機(jī)轉(zhuǎn)子RO外表面裝磁極，通直流電勵(lì)磁，內(nèi)表面裝永磁體勵(lì)磁，假設(shè)RO中電勵(lì)磁磁極和永磁體勵(lì)磁磁極的極對(duì)數(shù)均為PO，且磁性相同，用n0表示主機(jī)轉(zhuǎn)子RO的轉(zhuǎn)速，主機(jī)定子SO中裝三相繞組，輸出恒壓恒頻三相電，并網(wǎng)，設(shè)頻率為f0，主要原理如下:當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速為n0時(shí)，副轉(zhuǎn)子隨主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，切割磁場在RO與Rl間產(chǎn)生轉(zhuǎn)速為n0的三相旋轉(zhuǎn)氣隙磁場，帶動(dòng)主機(jī)轉(zhuǎn)子隨之轉(zhuǎn)速為n0旋轉(zhuǎn)其中n0=60.f0 /pO,從而使主機(jī)定子繞組切割磁場，產(chǎn)生以頻率為f0三相交流電，并網(wǎng)；而當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速變化Λ η,以轉(zhuǎn)速nl旋轉(zhuǎn)時(shí)，為了保證主機(jī)轉(zhuǎn)子輸出恒壓恒頻的三相交流電，副轉(zhuǎn)子中需要通過變流器輸入頻率為Λ f= p0.60/ Δ η的三相交流電與副轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場nl疊加，在RO與Rl間產(chǎn)生轉(zhuǎn)速為n0=nl 土 Λ η的三相氣隙旋轉(zhuǎn)磁場,帶動(dòng)主機(jī)轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速η0旋轉(zhuǎn),使主機(jī)定子繞組切割主機(jī)轉(zhuǎn)子磁場，產(chǎn)生頻率為f0的三相交流電，即f0= p0.60 / (nl 土 Λ η),從而保證輸出恒頻。此時(shí)類似典型的雙饋?zhàn)兯俸泐l發(fā)電系統(tǒng)。而當(dāng)電網(wǎng)故障時(shí)，由于在主機(jī)轉(zhuǎn)子外表面安裝直流電勵(lì)磁線圈，就可以類似傳統(tǒng)火力發(fā)電用的電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)，通過強(qiáng)勵(lì)使主機(jī)定子電壓升起保持并網(wǎng)，快速向電網(wǎng)提供無功功率支持，幫助電網(wǎng)電壓及頻率的恢復(fù)及穩(wěn)定，從而減少對(duì)變流控制器的沖擊。主機(jī)定子5中裝有三相交流線圈,主機(jī)轉(zhuǎn)子6外表面裝有直流電勵(lì)磁線圈,主機(jī)轉(zhuǎn)子6內(nèi)表面裝磁鋼7，副轉(zhuǎn)子8中裝三相交流線圈，勵(lì)磁機(jī)3的定子中裝有直流線圈，勵(lì)磁機(jī)3轉(zhuǎn)子中裝有三相交流線圈。I為電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸，與主機(jī)副轉(zhuǎn)子8構(gòu)成第一旋轉(zhuǎn)部分；主機(jī)轉(zhuǎn)子6和主機(jī)轉(zhuǎn)子支架9，與勵(lì)磁機(jī)3的轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)整流模塊4，構(gòu)成第二旋轉(zhuǎn)部分；第一旋轉(zhuǎn)部分與第二旋轉(zhuǎn)部分通過第二軸承10連接在一起。電機(jī)機(jī)座2，起支撐作用，與主機(jī)定子5和勵(lì)磁機(jī)3的定子以及出線盒構(gòu)成電機(jī)靜止部分。靜止部分與第一旋轉(zhuǎn)部分通過第一軸承11連接在一起。變流器通過滑環(huán)12給副轉(zhuǎn)子提供轉(zhuǎn)差功率；勵(lì)磁機(jī)3為轉(zhuǎn)樞式電機(jī)，通過自動(dòng)電壓調(diào)整器(AVR)為定子中的直流勵(lì)磁線圈勵(lì)磁，當(dāng)勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生三相交流電，通過旋轉(zhuǎn)整流模塊4整為直流電，為主機(jī)轉(zhuǎn)子6中外表面的電勵(lì)磁線圈勵(lì)磁，進(jìn)而為主機(jī)定子提供磁場。當(dāng)轉(zhuǎn)軸I旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)第一旋轉(zhuǎn)部分轉(zhuǎn)動(dòng)切割主機(jī)轉(zhuǎn)子上磁鋼7所提供的磁場,與變流器通過滑環(huán)12輸送的轉(zhuǎn)差磁場疊加，在主機(jī)轉(zhuǎn)子6與副轉(zhuǎn)子8之間產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)氣隙磁場，帶動(dòng)主機(jī)轉(zhuǎn)子6同步旋轉(zhuǎn)，使主機(jī)定子5中的三相繞組切割主機(jī)轉(zhuǎn)子磁場，輸出三相交流電，調(diào)節(jié)主機(jī)轉(zhuǎn)子外表面勵(lì)磁磁場和調(diào)節(jié)變流器的轉(zhuǎn)差頻率就可使輸出恒壓恒頻交流電，使電機(jī)保持并網(wǎng)。各定轉(zhuǎn)子三相繞組可以根據(jù)需要的電壓等級(jí)連接成星形或三角形，主機(jī)、勵(lì)磁機(jī)的極對(duì)數(shù)以及控制器的頻率范圍應(yīng)根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速的范圍選擇合適的值。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生的電壓跌落故障在一定范圍內(nèi)時(shí)，本方案不僅不會(huì)脫離電網(wǎng)而且還會(huì)像常規(guī)電廠那樣利用電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)抵御電壓的能力，向電網(wǎng)提供有功功率和無功功率，不用增加變頻器容量或配備其他硬件電路，解決了變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越的問題，使風(fēng)力發(fā)電能夠得到大規(guī)模的應(yīng)用。
權(quán)利要求1.一種大功率混合勵(lì)磁雙轉(zhuǎn)子雙饋式同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)，包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸(I)和電機(jī)機(jī)座(2)，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸(I)與電機(jī)機(jī)座(2)之間設(shè)置有第一軸承(11)，其特征在于，在電機(jī)機(jī)座(2)內(nèi)設(shè)置有主機(jī)轉(zhuǎn)子支架(9)，主機(jī)轉(zhuǎn)子支架(9)是通過第二軸承(10)與電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸(I)活動(dòng)連接在一起的，在主機(jī)轉(zhuǎn)子支架(9)上設(shè)置有主機(jī)轉(zhuǎn)子(6)，在主機(jī)轉(zhuǎn)子(6)的內(nèi)側(cè)面上設(shè)置有磁鋼(7)，在主機(jī)轉(zhuǎn)子支架(9)的一端分別設(shè)置有勵(lì)磁機(jī)(3)和旋轉(zhuǎn)整流模塊(4)，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸(I)上設(shè)置有主機(jī)副轉(zhuǎn)子(8)，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸(I)的一側(cè)軸端上設(shè)置有滑環(huán)(12)，在主機(jī)副轉(zhuǎn)子(8)中設(shè)置有轉(zhuǎn)子三相交流線圈，轉(zhuǎn)子三相交流線圈與滑環(huán)(12)電連接，在電機(jī)機(jī)座(2 )上設(shè)置有主機(jī)定子(5 )，在主機(jī)定子(5 )中設(shè)置有定子三相線圈，在主機(jī)轉(zhuǎn)子(6)的外表面內(nèi)設(shè)置有直流勵(lì)磁線圈，直流勵(lì)磁線圈通過旋轉(zhuǎn)整流模塊(4)與勵(lì)磁機(jī)(3)電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大功率混合勵(lì)磁雙轉(zhuǎn)子雙饋式同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于，勵(lì)磁機(jī)(3)是轉(zhuǎn)樞式電機(jī)，勵(lì)磁機(jī)(3)是通過自動(dòng)電壓調(diào)整器為主機(jī)轉(zhuǎn)子(6)的外表面內(nèi)設(shè)置的直流勵(lì)磁線圈勵(lì)磁的。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種大功率混合勵(lì)磁雙轉(zhuǎn)子雙饋式同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)，解決了風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越并對(duì)變流器進(jìn)行保護(hù)的問題。包括在電機(jī)機(jī)座(2)內(nèi)設(shè)置有主機(jī)轉(zhuǎn)子支架(9)，主機(jī)轉(zhuǎn)子支架(9)是通過第二軸承(10)與電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸(1)活動(dòng)連接，在主機(jī)轉(zhuǎn)子支架(9)上設(shè)置有主機(jī)轉(zhuǎn)子(6)，在主機(jī)轉(zhuǎn)子(6)的內(nèi)側(cè)面上設(shè)置有磁鋼(7)，在主機(jī)轉(zhuǎn)子支架(9)的一端分別設(shè)置有勵(lì)磁機(jī)(3)和旋轉(zhuǎn)整流模塊(4)，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸(1)上設(shè)置有主機(jī)副轉(zhuǎn)子(8)，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸(1)的一側(cè)軸端上設(shè)置有滑環(huán)(12)，在主機(jī)副轉(zhuǎn)子(8)中設(shè)置有轉(zhuǎn)子三相交流線圈，轉(zhuǎn)子三相交流線圈與滑環(huán)(12)電連接。本實(shí)用新型調(diào)節(jié)電機(jī)的有功、無功功率，減小了對(duì)電網(wǎng)的擾動(dòng)。
文檔編號(hào)H02K16/02GK203071776SQ20122070570
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2012年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月19日
發(fā)明者李保來, 隋海波, 孟秀蓓, 王震宇, 王金松, 李紅芳, 師艷平 申請(qǐng)人:山西汾西重工有限責(zé)任公司