永磁勵磁無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種能夠?qū)崿F(xiàn)變速恒頻的永磁勵磁無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)能是一種潔凈的可再生能源。大力發(fā)展包括風(fēng)力發(fā)電在內(nèi)的可再生能源發(fā)電技術(shù)是解決全球能源和資源緊張的最佳選擇。風(fēng)力發(fā)電機組一般采用同步或感應(yīng)發(fā)電機，并網(wǎng)型的風(fēng)力發(fā)電機組要求發(fā)電機的輸出頻率與電網(wǎng)頻率一致，由于傳統(tǒng)的同步或感應(yīng)發(fā)電機不能實現(xiàn)變速恒頻運行，風(fēng)能的利用率比較低。因而能克服上述缺點的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機近年來發(fā)展迅速，目前主要有雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機和直驅(qū)型永磁同步風(fēng)力發(fā)電機。其中雙饋異步發(fā)電機工作在一個有限的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)子側(cè)功率變換器只需提供轉(zhuǎn)差功率，約為發(fā)電機額定功率的20%?30%，降低了成本。但這種發(fā)電機的缺點也相當(dāng)明顯:由于存在主繞組和勵磁繞組，同容量電機的體積較大，效率也較低；發(fā)電機的極對數(shù)受體積限制不能過多，風(fēng)機與發(fā)電機之間必須要用增速齒輪箱，增加了機組的機械損耗，噪音污染以及維護工作量；轉(zhuǎn)子上存在勵磁繞組，需要滑環(huán)和電刷，降低了可靠性，增加了維護工作量。直驅(qū)型永磁同步發(fā)電機取消了增速齒輪箱，轉(zhuǎn)子無繞組，無需滑環(huán)和電刷，提高了可靠性，減少了維修工作量，效率高，但是直驅(qū)型永磁同步發(fā)電機本身體積和重量龐大，需要全功率的功率變換器，成本高。
[0003]近年來，磁齒輪技術(shù)發(fā)展迅速，出現(xiàn)了一種磁齒輪外轉(zhuǎn)子永磁無刷風(fēng)力發(fā)電機，可以大大降低永磁同步電機的極對數(shù)，減小發(fā)電機的體積，但也增加了發(fā)電機的結(jié)構(gòu)復(fù)雜度，且同樣需要全功率變換器，成本很高。磁齒輪的永磁體利用率低，增加了永磁材料的用量，進(jìn)一步增加了成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)問題:本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提出一種變速恒頻的永磁勵磁無刷雙饋電機，該電機無需齒輪箱和電刷，提高了效率和可靠性，利用磁齒輪的主磁場實現(xiàn)控制功能，提高了永磁體的利用率，功率密度高，使用部分功率的功率變化器，降低了成本，使發(fā)電機在較大范圍內(nèi)變速恒頻運行。
[0005]技術(shù)方案:本發(fā)明的一種永磁勵磁無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機包括定子、外轉(zhuǎn)子、內(nèi)轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)軸，所述定子和內(nèi)轉(zhuǎn)子分別設(shè)置在所述外轉(zhuǎn)子的外周和內(nèi)周；所述外轉(zhuǎn)子的兩端設(shè)有轉(zhuǎn)子端蓋，該外轉(zhuǎn)子通過其兩端的轉(zhuǎn)子端蓋與所述轉(zhuǎn)軸連接，所述轉(zhuǎn)軸上固定有內(nèi)轉(zhuǎn)子軸承，該內(nèi)轉(zhuǎn)子通過所述內(nèi)轉(zhuǎn)子軸承與轉(zhuǎn)軸連接，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子與外轉(zhuǎn)子同軸并可自由旋轉(zhuǎn)；所述定子設(shè)置了兩套獨立的繞組，即功率繞組和控制繞組；所述外轉(zhuǎn)子為裝有導(dǎo)磁塊的調(diào)磁環(huán)轉(zhuǎn)子；所述內(nèi)轉(zhuǎn)子為裝有永磁體的永磁式轉(zhuǎn)子；
[0006]所述定子上設(shè)置了兩套極對數(shù)不同的獨立繞組，其中P對極的功率繞組直接與電網(wǎng)相連，q對極的控制繞組經(jīng)交直交功率變換器與電網(wǎng)相連，兩者的磁場不存在直接與間接耦合，所述P和q分別為正整數(shù)，且P和q不相等。
[0007]所述外轉(zhuǎn)子上導(dǎo)磁塊的個數(shù)為p+q，在圓周方向上均勻分布，導(dǎo)磁塊的空隙中填充非導(dǎo)磁的環(huán)氧樹脂材料；外轉(zhuǎn)子通過轉(zhuǎn)軸直接與風(fēng)力機相連，去除了機械增速齒輪箱；其轉(zhuǎn)速由內(nèi)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與功率繞組產(chǎn)生磁場的轉(zhuǎn)速共同決定。
[0008]所述的內(nèi)轉(zhuǎn)子上永磁體的極對數(shù)與控制繞組的極對數(shù)相同，內(nèi)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與控制繞組產(chǎn)生磁場的轉(zhuǎn)速相同。
[0009]所述外轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速由控制繞組的供電頻率決定，通過改變控制繞組的供電頻率，可實現(xiàn)風(fēng)力機的最大功率點跟蹤。
[0010]所述交直交功率變換器的容量為發(fā)電機容量的一部分并與發(fā)電機變速運行范圍有關(guān)，該功率為下列兩個功率中的較大值:交直交功率變換器功率=發(fā)電機容量X (額定速度一最低運行速度)+額定速度；交直交功率變換器功率=發(fā)電機容量X (最高運行速度一額定速度)+額定速度。
[0011]有益效果:
[0012]1、增加了磁齒輪，去除了機械增速齒輪箱，提高了可靠性，減小了維護工作量，提高了轉(zhuǎn)矩密度和功率密度。
[0013]2、磁齒輪電機只運用了永磁體的諧波磁場，加入控制繞組充分利用了永磁體的主磁場，提高了永磁體的利用率。
[0014]3、永磁勵磁無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機功率繞組與電網(wǎng)直接連接，交直交功率變換器連接至控制繞組以提供控制電流，可使永磁體為功率繞組提供的勵磁磁場保持在同步轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)恒頻運行。交直交功率變換器的容量根據(jù)發(fā)電機的調(diào)速范圍而定，一般只有發(fā)電機額定容量的20%?30%，相對于永磁同步發(fā)電機、磁齒輪外轉(zhuǎn)子永磁無刷風(fēng)力發(fā)電機，本發(fā)電機無需使用等同于發(fā)電系統(tǒng)額定容量的功率變換器，有利于降低成本。
[0015]4、外轉(zhuǎn)子為調(diào)磁環(huán)轉(zhuǎn)子，內(nèi)轉(zhuǎn)子為永磁轉(zhuǎn)子，均不需要繞組、滑環(huán)和電刷，提高了可靠性，減少了維護工作量。
【附圖說明】
[0016]圖1本發(fā)明永磁勵磁無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機的橫向截面圖；
[0017]圖2是本發(fā)明永磁勵磁無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機的縱向剖視圖；
[0018]圖3是本發(fā)明永磁勵磁無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機的并網(wǎng)示意圖；
[0019]圖4是本發(fā)明永磁勵磁無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機的功率傳遞示意圖。
[0020]圖中有:定子1、外轉(zhuǎn)子2、內(nèi)轉(zhuǎn)子3、轉(zhuǎn)子端蓋4、內(nèi)轉(zhuǎn)子軸承5、轉(zhuǎn)軸6、永磁體7、功率繞組8、控制繞組9、定子軸承10、導(dǎo)磁塊11、風(fēng)力機12、交直交功率變換器13。
【具體實施方式】
[0021]本發(fā)明的永磁勵磁無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機，包括定子、外轉(zhuǎn)子、內(nèi)轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)軸，所述定子和內(nèi)轉(zhuǎn)子分別設(shè)置在所述外轉(zhuǎn)子的外周和內(nèi)周；所述外轉(zhuǎn)子的兩端設(shè)有轉(zhuǎn)子端蓋，該外轉(zhuǎn)子通過其兩端的轉(zhuǎn)子端蓋與所述轉(zhuǎn)軸連接，所述轉(zhuǎn)軸上固定有內(nèi)轉(zhuǎn)子軸承，該內(nèi)轉(zhuǎn)子通過所述內(nèi)轉(zhuǎn)子軸承與轉(zhuǎn)軸連接，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子與外轉(zhuǎn)子同軸并可自由旋轉(zhuǎn)；所述定子上設(shè)置了兩套獨立的繞組一一功率繞組和控制繞組，分別用于發(fā)電與轉(zhuǎn)速控制；所述內(nèi)轉(zhuǎn)子為裝有永磁體的永磁式轉(zhuǎn)子；所述外轉(zhuǎn)子為安裝有導(dǎo)磁塊的調(diào)磁環(huán)轉(zhuǎn)子，用于調(diào)制內(nèi)轉(zhuǎn)子的永磁磁場，產(chǎn)生功率繞組與控制繞組所需的兩種勵磁磁場，并直接與風(fēng)力機通過轉(zhuǎn)軸相連。
[0022]根據(jù)本發(fā)明所述永磁勵磁無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機的一個方面:所述定子設(shè)置了兩套獨立的繞組一一功率繞組與控制繞組，兩者的極對數(shù)不同，故沒有直接耦合；分別采用內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁磁場調(diào)制后的兩個磁場作為勵磁磁場，兩者不存在間接耦合。該永磁勵磁無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機可看做是一臺磁齒輪發(fā)電機與一臺永磁同步電機的級聯(lián)，只存在機械連接，不存在電與磁的耦合。
[0023]根據(jù)本發(fā)明所述的永磁勵磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機的一個方面:所述外轉(zhuǎn)子為裝有導(dǎo)磁塊的調(diào)磁環(huán)，用于調(diào)制內(nèi)轉(zhuǎn)子的永磁磁場，以產(chǎn)生功率繞組與控制繞組需要的勵磁磁場；導(dǎo)磁塊的個數(shù)為功率繞組與控制繞組極對數(shù)之和；外轉(zhuǎn)子與風(fēng)力機直接相連，通過控制外轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)風(fēng)力機的最大功率點跟蹤。
[0024]根據(jù)本發(fā)明所述的永磁勵磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機的一個方面:所述內(nèi)轉(zhuǎn)子上裝有永磁體，永磁體的極對數(shù)與控制繞組極對數(shù)相同；內(nèi)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與控制繞組產(chǎn)生磁場的轉(zhuǎn)速相同，即受控制繞組頻率的控制。
[0025]根據(jù)本發(fā)明所述的永磁勵磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機的一個方面:所述外轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，即風(fēng)力機的轉(zhuǎn)速受控制繞組頻率的控制，且與功率繞組和控制繞組的極對數(shù)有關(guān)。
[0026]根據(jù)本發(fā)明所述的永磁勵磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機的一個方面:所述控制繞組通過交直交功率變換器與電網(wǎng)相連，功率變換器的容量為發(fā)電機容量的一部分并與發(fā)電機變速運行范圍有關(guān)，該功率為下列兩個功率中的較大值:交直交功率變換器功率=發(fā)電機容量X (額定速度一最低運行速度額定速度；交直交功率變換器功率=發(fā)電機容量X(最高運行速度一額定速度)+額定速度。<