CN201374630Y - 变速恒频双馈永磁风力发电机*** - Google Patents

Abstract

一种变速恒频双馈永磁风力发电机***，包括主永磁同步风力发电机、辅助同步电机、双向变频器、控制***，主永磁同步风力发电机主要由定子、混合励磁转子及其附属零部件组成，所述混合励磁转子由永磁体、转子铁芯和励磁补偿绕组构成，所述辅助同步电机采用绕线转子结构。本实用新型的优点是通过辅助同步电机的电动机、空载、发电机等不同运行状态，可以维持***转速为同步速，通过调节转子补偿绕组励磁电流的大小和方向，产生增磁或者去磁的效果，可以补偿因永磁体性能不一致或性能下降带来的影响。这样，在风机转速变化时，能够维持主永磁同步风力发电机具有恒频恒压的输出性能，可以直接与电网并网。

Description

变速恒频双馈永磁风力发电机***

技术领域

本实用新型涉及一种变速恒频双馈永磁风力发电机***，特别涉及一种转子带励磁补偿绕组的永磁发电机。

背景技术

随着石油煤炭等不可再生资源的日益减少和环境的恶化，风力发电技术得到了越来越多的应用，而风力发电机是整个发电***的关键部件。目前常用的风力发电机主要有两种结构：一种是变速恒频双馈感应发电机，一种是普通永磁同步发电机。

图1是采用感应发电机的风力发电***原理框图。发电机定子和电网直接相连，发电机转子和风机同轴联结，转子结构采用绕线方式，转子绕组通过一个双向变频器和电网相连，通过调节转子励磁电流的幅值、频率、相位等参数，可以实现在风速变化时，保持电机定子侧具有恒频恒压的输出，转子侧则根据不同的运行状态通过双向变频器输入或输出能量，实现双馈。采用这种结构的优点是可以在风速变化时，保持定子侧输出电压和频率不变，从而可以直接并网，另外双向变频器的容量可以比发电机的容量小很多；但缺点是，感应电机效率和功率因数都相对较低。

图2是采用普通永磁同步发电机的风力发电***原理框图。发电机转子采用永磁结构，转子和风机同轴联结，定子绕组通过一个单向变频器和电网相连。采用这种结构的优点是由于采用永磁励磁，可获得比感应电机更高的效率和功率因数。但缺点是，由于永磁励磁调节困难，随着风速的变化，发电机输出的电压幅值和频率都在变化，因此必须经过一个具有交-直-交变换功能的单向变频器，电机的输出才能实现并网。这样变频器的容量必须不能小于发电机的容量。

实用新型内容

本实用新型的技术问题是要提供一种效率和功率因数高、可以直接并网的变速恒频双馈永磁风力发电机***。

为了解决以上的技术问题，本实用新型提供了一种变速恒频双馈永磁风力发电机***，包括主永磁同步风力发电机(以下简称主发电机)、辅助电励磁同步电机(简称辅电机)、双向变频器、控制***，主发电机转子、辅电机转子和风机同轴联结，主发电机绕组和电网连接，双向变频器一端和辅电机绕组相连，另一端和电网相连。

所述主发电机包括混合励磁转子、轴承、前端盖、机壳、定子、后端盖、前轴伸和后轴伸；其中：

所述混合励磁转子的前轴伸和风机同轴联结，所述后轴伸和辅电机转子同轴联结。

所述辅电机转子结构为绕线转子；通过改变绕线励磁电流的大小和方向可以调节辅助同步电机输入/输出功率。

所述辅电机在风机转速低于同步速、等于同步速和高于同步速时分别以电动机状态、空载和发电机状态运行。

当风机以低于同步速(同步速指的是对应频率为50Hz时的转速)运行时，双向变频器向辅电机输入电能，辅电机作为电动机运行，使***转速加速至同步转速。

当风机以同步速运行时，双向变频器既不向辅电机输入能量也不输出能量，辅电机为空载状态，使***转速保持同步速。

当风机以高于同步速运行时，辅电机以发电机状态运行，通过双向变频器向电网反馈电能，通过调节辅电机绕线转子励磁电流大小，可以调节反馈电能的功率。

所述主发电机转子包括磁钢、补偿绕组、转子铁芯；在主发电机转子磁钢存在性能偏差时，通过调节补偿绕组直流励磁电流的大小和方向来增磁或去磁，使电机输出电压恒定。

本实用新型的优越功效在于：无论风机运行于低同步速状态、或是同步速状态、或是超同步速状态，通过辅电机的不同工作状态转换，可以使得主发电机能够维持恒压、恒频的输出特性，该输出可以直接和电网相连。这样，达到了采用效率、功率因数和功率密度都相对较高的永磁电机实现变速恒频、恒压的效果。同时，辅电机可以通过双向变频器向电网馈电，变频器的容量可以低于主发电机容量。

附图说明

图1是采用感应发电机的风力发电***原理框图；

图2是采用普通永磁同步发电机的风力发电***原理框图；

图3是本实用新型的采用变速恒频双馈永磁同步发电机的发电***原理框图；

图4是本实用新型的双馈永磁发电机结构示意图；

图5是本实用新型的双馈永磁发电机带补偿绕组转子的一个实施例三维示意图；

图6是本实用新型的双馈永磁发电机带补偿绕组转子的另一个实施例横截面示意图；

图中标号说明

1-混合励磁转子；    2-轴承；

3-前端盖；          4-定子；

5-机壳；            6-后端盖；

7-前轴伸；          8-后轴伸；

20-主发电机；       21-辅电机；

22-双向变频器；     23-风机；

24-控制***；       25-电网；

31-转子铁芯；    32-磁钢；

33-补偿励磁绕组；

具体实施方式

请参阅附图所示，对本实用新型作进一步的描述。

如图3所示，本实用新型提供了一种变速恒频双馈永磁风力发电机***，包括主发电机20、辅电机21、双向变频器22、控制***24，主发电机20的转子、辅电机21的转子和风机23同轴联结，主发电机20绕组与电网25相连，双向变频器22一端和辅电机21绕组相连，另一端和电网25相连。

如图4所示，所述主发电机20包括混合励磁转子1、轴承2、前端盖3、定子4、机壳5、后端盖6、前轴伸7和后轴伸8；其中：

混合励磁转子1前轴伸7和风机23同轴联结，后轴伸8和辅电机21转子同轴联结。

当风机23以低于同步速运转时，通过前轴伸7驱动混合励磁转子1旋转，同时在控制***24的控制下，使得辅电机21通过后轴伸8驱动混合励磁转子1同方向加速旋转，保持混合励磁转子1为同步速，此时电网25通过双向变频器22向辅电机21输入电能，辅电机21运行于电动机状态；

当风机23以同步速运转时，使辅电机21处于空载状态，这样混合励磁转子1保持同步速，此时辅电机21和双向变频器22之间没有能量交换；

当风机23以高于同步速运转时，辅电机21运行于发电机状态，产生制动力矩，通过调节辅电机21的转子励磁电流，保持混合励磁转子1转速为同步速，此时，辅电机21通过双向变频器22向电网25反馈电能。

如图5所示，在本实用新型的一个实施例中，转子铁芯31分为两段，一段为永磁体励磁段，磁钢32为表贴式或内嵌式，另一段为采用补偿励磁绕组33的电励磁段。当永磁体性能存在差异或者磁性能降低时，通过调节补偿励磁绕组33直流励磁电流的大小和方向来增磁或者弱磁，确保电机输出电压恒定。

如图6所示，在本实用新型的另一个实施例中，磁钢32为内嵌式，转子31不分段，补偿励磁绕组33位于磁钢32之间的隔磁桥开槽中。同样的，当永磁体性能存在差异或者磁性能降低时，通过调节补偿励磁绕组33电流的大小和方向来增磁或者弱磁，确保电机输出电压恒定。

Claims (2)

1、一种变速恒频双馈永磁风力发电机***，包括主永磁同步风力发电机、辅助电励磁同步电机、双向变频器、控制***，其特征在于：

主永磁同步发电机转子、辅助电励磁同步电机转子和风机同轴联结，主永磁同步发电机绕组与电网相连，双向变频器一端和辅助同步电机绕组相连，另一端和电网相连。

2、按权利要求1所述的变速恒频双馈永磁风力发电机***，其特征在于：

所述主永磁同步风力发电机包括混合励磁转子、定子、轴承、前端盖、后端盖、前轴伸和后轴伸；其中：

所述前轴伸和风机同轴联结，所述后轴伸和辅助电励磁同步电机转子同轴联结。

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