CN102738985A

CN102738985A - 一种直接并网变速恒频发电机

Info

Publication number: CN102738985A
Application number: CN2012102334243A
Authority: CN
Inventors: 王光顺; 王雪霖
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-07-06
Filing date: 2012-07-06
Publication date: 2012-10-17
Also published as: WO2014005554A1

Abstract

本发明涉及一种发电机，尤其是一种直接并网变速恒频发电机。包括主轴、固定安装在主轴上的发电机转子，以及环绕设置在发电机转子周围的发电机定子，发电机转子上安装有发电机直流励磁线圈，发电机定子上安装有发电机电枢线圈，发电机定子通过轴承安装在主轴上，发电机转子固定安装在主轴上，在主轴上还安装有励磁机，励磁机包括安装在主轴上的励磁机电枢壳、固定安装在主轴上的励磁机转子，励磁机转子上固定安装有励磁机转子直流励磁线圈，励磁机电枢壳的内侧壁上固定安装有励磁机电枢，励磁机电枢壳的外侧壁上固定安装有主发电机转子绕线线圈，励磁机电枢壳的外侧套装有主发电机电枢壳，主发电机电枢壳与发电机定子固定连接，主发电机电枢壳的内侧壁上固定安装有主发电机定子线圈。该发电机在转速变化时，能保持输出电压频率始终与电网频率相同，并且结构紧凑、生产工艺简单。

Description

一种直接并网变速恒频发电机

技术领域

本发明涉及一种发电机，尤其是一种直接并网变速恒频发电机。

背景技术

风力发电机等变速运行的发电机为了达到并网发电的要求，需要在不同转速的情况下输出的电压频率保持与电网频率一致，现在直驱型发电机、双馈发电机等主要采用整流—逆变的方式进行电子调整输出频率，由于逆变器结构复杂、故障率高，成本高，已成为风力等变速发电机并网发电的一大障碍。本人的另一专利申请“直接并网变速恒频发电机”，申请号为2011204233619，公开了一种包括主发电机、励磁机、主发电机的反馈调频式发电机，根据输入轴驱动主发电机转动的频率与电网频率的差值调整励磁机的频率，从而使主发电机的输出频率与电网保持一致。但这一直接并网变速恒频发电机大量使用空心轴和电刷，生产装配工艺复杂，成本高、故障率高。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、生产装配工艺简单、可直接并网且无需逆变装置的直接并网变速恒频发电机。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

本发明所述的一种直接并网变速恒频发电机包括主轴、固定安装在主轴上的发电机转子，以及环绕设置在发电机转子周围的发电机定子，发电机转子上安装有发电机直流励磁线圈，发电机定子上安装有发电机电枢线圈，发电机定子通过轴承安装在主轴上，发电机转子固定安装在主轴上，发电机定子与发电机转子成气隙配合，在主轴上还安装有发电机励磁机，

其特征在于：

所述的发电机励磁机包括通过轴承安装在主轴上的励磁机电枢壳、固定安装在主轴上的励磁机转子，励磁机转子上固定安装有励磁机转子直流励磁线圈，励磁机电枢壳的内侧壁上固定安装有励磁机电枢，励磁机电枢与励磁机转子成气隙配合，励磁机电枢壳的外侧壁上固定安装有主发电机转子绕线线圈，励磁机电枢壳的外侧套装有主发电机电枢壳，主发电机电枢壳与发电机定子固定连接，主发电机电枢壳的内侧壁上固定安装有主发电机定子线圈，所述主发电机定子线圈与主发电机转子绕线线圈成气隙配合；主发电机转子绕线线圈与励磁机电枢电连接；主发电机定子线圈、励磁机转子直流励磁线圈和发电机直流励磁线圈的磁极对数相等；所述发电机电枢线圈和主发电机定子线圈的各相线上有连接电网的接线头；所述励磁机电枢壳的两端分别与两个空心轴固定连接，主轴通过轴承插装在一个空心轴的内腔中，该空心轴与输入轴连接，另一空心轴套装在主轴上；两个主发电机电枢壳端盖分别通过轴承安装在两个空心轴上，主发电机电枢壳固定连接在两个主发电机电枢壳端盖的圆周上；主轴上设置有滑环。

采用上述技术方案以后，本发明具有如下优点：

1、发电机在转速变化时，能保持输出电压频率始终与电网频率相同。

2、当用于风力发电时，能省去整流—逆变装置，可靠性大大提高，成本却大幅下降。

3、能够调整无功输出电流大小，调整有功功率的最大限制。

4、用于风力发电并网运行时，电能质量大幅度提高，能满足低电压穿越的技术要求。

5、结构紧凑，生产装配工艺简单，有利于降低成本和降低故障率。

附图说明

图1是本发明一个实施例的结构示意图。

图2是本发明一个实施例的电原理图。

具体实施方式

如图1所示，本发明所述的一种直接并网变速恒频发电机包括主轴1、固定安装在主轴1上的发电机转子2，以及环绕设置在发电机转子2周围的发电机定子3，发电机转子2上安装有发电机直流励磁线圈21，发电机定子3上安装有发电机电枢线圈31，发电机定子3通过轴承安装在主轴1上，发电机转子2固定安装在主轴1上，发电机定子3与发电机转子2成气隙配合。

在主轴1上还安装有发电机励磁机，所述的发电机励磁机包括通过轴承安装在主轴1上的励磁机电枢壳4、固定安装在主轴1上的励磁机转子5，励磁机转子5上固定安装有励磁机转子直流励磁线圈51，励磁机电枢壳4的内侧壁上固定安装有励磁机电枢41，励磁机电枢41与励磁机转子5成气隙配合，励磁机电枢壳4的外侧壁上固定安装有主发电机转子绕线线圈71，励磁机电枢壳4的外侧套装有主发电机电枢壳7，主发电机电枢壳7与发电机定子3固定连接，主发电机电枢壳7的内侧壁上固定安装有主发电机定子线圈81，所述主发电机定子线圈81与主发电机转子绕线线圈71成气隙配合；主发电机转子绕线线圈71与励磁机电枢41电连接；主发电机定子线圈81、励磁机转子直流励磁线圈51和发电机直流励磁线圈21的磁极对数相等。

如图2所示，主轴1上设置有滑环9。所述励磁机转子直流励磁线圈51和发电机直流励磁线圈21分别通过导线连接到滑环9上，所述主发电机转子绕线线圈71与励磁机电枢41的各相分别通过导线对应电连接，所述发电机电枢线圈31和主发电机定子线圈81的各相线上留有用于连接电网的接线头。

所述励磁机电枢壳4与空心轴6固定连接，主轴1通过轴承插装在空心轴6的内腔中，空心轴6与输入轴连接；主发电机电枢壳端盖72通过轴承安装在空心轴6上；所述主发电机电枢壳端盖72为圆盘状，空心轴6位于其圆心位置，主发电机电枢壳7固定连接在主发电机电枢壳端盖72的圆周上。

工作时，空心轴6在外部动力作用下高速旋转，主发电机定子线圈81通过主并网开关K1与频率为f1的电网连接，滑环通过电刷与两个直流励磁电源连接。通过滑环，励磁机转子直流励磁线圈51和发电机直流励磁线圈21分别得到各自的可调直流励磁电流。主发电机定子线圈81接入电网并在电枢上产生一个旋转磁场，空心轴6在外部动力作用下以高于主发电机定子线圈81旋转磁场转速的速度旋转，并在主发电机转子绕线线圈71输出一个转差频率为f3的交流电，这个交流电又加到励磁机电枢41上并产生一个相对励磁机电枢壳4的旋转磁场，方向与励磁机电枢壳4的旋转方向相反，这两个转速合成后正好等于主发电机定子线圈81产生的旋转磁场的转速，励磁机转子5在这个旋转磁场带动下以同步速旋转，又带动主轴1和发电机转子2旋转，由于发电机和主发电机极对数相等，所以发电机电枢线圈31产生与电网相同频率的电势f2，从而实现变速恒频发电。主发电机的运行特性等同双馈发电机。发电机的运行特性等同于同步发电机，并能实现无功功率的调整。

f2频率推导如下：

其中：f1是电网频率；f2是发电机电动势频率；f3是励磁机电枢电流频率，也是绕线转子输出电压频率。p1是主发电机转子极对数；p2是发电机转子极对数；p3是励磁机转子极对数。n1是主发电机和旋转磁场的转速；n2是输入轴转速；n3是主轴与空心轴的转差；nc是励磁机电枢交流旋转磁场的转速，方向与空心轴6的旋转方向相反。

根据同步电机恒等式，n=60f/p 推导如下：

n1=60f1/p1,

n3=n2-n1

nc= f3*60/p3

f3=（n2-n1）p1/60

f2=（n2-nc）p2/60

=（n2- f3*60/p3）p2/60

=（n2-（n2-n1）p1/60*60/p3）p2/60

=（n2-（n2-n1）p1/p3）p2/60

又因为p1= p3

所以f2=（n2- n2+n1）p2/60

= n1* p2/60

=60f1/p1* p2/60

= （p2/ p1）* f1

又因为p1= p2

所以f2= f1。

即当p1=p2= p3时，f2= f1为恒等式。所以当主发电机定子线圈81、励磁机转子直流励磁线圈51和发电机直流励磁线圈21的极对数相同时，发电机发出的电流的频率恒等于主发电机并入的电网的频率，从而实现变速恒频发电。

Claims

1.一种直接并网变速恒频发电机，包括主轴（1）、固定安装在主轴（1）上的发电机转子（2），以及环绕设置在发电机转子（2）周围的发电机定子（3），发电机转子（2）上安装有发电机直流励磁线圈（21），发电机定子（3）上安装有发电机电枢线圈（31），发电机定子（3）通过轴承安装在主轴（1）上，发电机转子（2）固定安装在主轴（1）上，发电机定子（3）与发电机转子（2）成气隙配合，在主轴（1）上还安装有发电机励磁机，其特征在于：

所述的发电机励磁机包括通过轴承安装在主轴（1）上的励磁机电枢壳（4）、固定安装在主轴（1）上的励磁机转子（5），励磁机转子（5）上固定安装有励磁机转子直流励磁线圈（51），励磁机电枢壳（4）的内侧壁上固定安装有励磁机电枢（41），励磁机电枢（41）与励磁机转子（5）成气隙配合，励磁机电枢壳（4）的外侧壁上固定安装有主发电机转子绕线线圈（71），励磁机电枢壳（4）的外侧套装有主发电机电枢壳（7），主发电机电枢壳（7）与发电机定子（3）固定连接，主发电机电枢壳（7）的内侧壁上固定安装有主发电机定子线圈（81），所述主发电机定子线圈（81）与主发电机转子绕线线圈（71）成气隙配合；主发电机转子绕线线圈（71）与励磁机电枢（41）电连接；主发电机定子线圈（81）、励磁机转子直流励磁线圈（51）和发电机直流励磁线圈（21）的磁极对数相等；所述发电机电枢线圈（31）和主发电机定子线圈（81）的各相线上有连接电网的接线头；所述励磁机电枢壳（4）的两端分别与两个空心轴（6、61）固定连接，主轴（1）通过轴承插装在一个空心轴（6）的内腔中，该空心轴（6）与输入轴连接，另一空心轴（61）套装在主轴（1）上；两个主发电机电枢壳端盖（72、73）分别通过轴承安装在两个空心轴（6、61）上，主发电机电枢壳（7）固定连接在两个主发电机电枢壳端盖（72、73）的圆周上；主轴（1）上设置有滑环（9）。