專利名稱：直接并網變速恒頻發電機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種發電機，尤其是一種直接并網變速恒頻發電機。
背景技術：
風力發電機等變速運行的發電機為了達到并網發電的要求，需要在不同轉速的情況下輸出的電壓頻率保持與電網頻率一致，現在直驅型發電機、雙饋發電機等主要采用整流一逆變的方式進行電子調整輸出頻率，由于逆變器結構復雜、故障率高，成本高，已成為風力等變速發電機并網發電的一大障礙。
發明內容
本發明的目的是提供一種結構簡單、可直接并網且無需逆變裝置的直接并網變速恒頻發電機，能夠自動調整輸出電流的頻率達到并入電網發電的要求，且能夠調整無功輸出電流大小，能夠調整有功功率的最大限制。為達到上述目的，本發明采用如下的技術方案
本發明所述的直接并網變速恒頻發電機，包括主軸、固定安裝在主軸上的發電機轉子， 以及環繞設置在發電機轉子周圍的發電機定子，發電機轉子上安裝有發電機交流勵磁線圈，發電機定子上安裝有發電機電樞線圈，發電機定子通過軸承安裝在主軸上，發電機轉子固定安裝在主軸上，發電機定子與發電機轉子成氣隙配合，其特征在于 在主軸上還安裝有發電機勵磁機構，
所述的發電機勵磁機構包括固定安裝在主軸上的勵磁機電樞殼、固定安裝在副軸上的勵磁機轉子，勵磁機電樞殼上固定安裝有勵磁機電樞，勵磁機轉子上固定安裝有勵磁機轉子直流勵磁線圈，勵磁機電樞與勵磁機轉子成氣隙配合，副軸與主軸同軸設置；所述副軸上還固定安裝有副發電機轉子和滑環，副軸上通過軸承安裝有副發電機定子，副發電機轉子上固定安裝有副發電機轉子直流勵磁線圈，副發電機定子上固定安裝有副發電機定子線圈，副發電機定子與副發電機轉子成氣隙配合；副發電機轉子直流勵磁線圈、勵磁機轉子直流勵磁線圈和發電機交流勵磁線圈的磁極對數相等；
所述勵磁機轉子直流勵磁線圈和副發電機轉子直流勵磁線圈分別通過導線連接到滑環上，所述發電機交流勵磁線圈與勵磁機電樞的各相分別通過導線對應電連接，所述發電機電樞線圈和副發電機定子線圈的各相線上有連接電網的接線頭。所述主軸和副軸均為空心軸，主軸和副軸上設置有穿線孔，主軸和副軸的內腔以及穿線孔中設置有導線。所述發電機定子固定安裝在右殼體的內壁，副發電機定子固定安裝在左殼體的內壁，所述右殼體和左殼體分別固定連接在過橋殼體的兩側，另有發電機端蓋固定連接在右殼體的內端，副發電機端蓋固定連接在左殼體的內端，主軸通過軸承插裝在發電機端蓋上， 副軸通過軸承插裝在副發電機端蓋上；勵磁機電樞殼和勵磁機轉子位于過橋殼體的內腔中，勵磁機電樞殼與過橋殼體氣隙配合；副發電機端蓋的內端固定連接有勵磁機軸承支座，所述勵磁機軸承支座與副軸同心，勵磁機軸承支座上通過軸承安裝有勵磁機端蓋，勵磁機端蓋固定連接在勵磁機電樞殼上。采用上述技術方案以后，本發明具有如下優點
1、發電機在轉速變化時，能保持輸出電壓頻率始終與電網頻率相同。2、當用于風力發電時，能省去整流一逆變裝置，可靠性大大提高，成本卻大幅下降。3、能夠調整無功輸出電流大小，調整有功功率的最大限制。4、用于風力發電并網運行時，能滿足低電壓穿越的技術要求。
圖1是本發明一個實施例的結構示意圖。圖2是本發明一個實施例的電原理圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發明所述的直接并網變速恒頻發電機包括主軸1、固定安裝在主軸1上的發電機轉子2，以及環繞設置在發電機轉子2周圍的發電機定子3，發電機轉子2上安裝有發電機交流勵磁線圈21，發電機定子3上安裝有發電機電樞線圈31，發電機定子3通過軸承安裝在主軸1上，發電機轉子2固定安裝在主軸1上，發電機定子3與發電機轉子2成氣隙配合。工作時，發電機交流勵磁線圈21接收一個交流勵磁電流，產生旋轉磁場，主軸1在動力裝置的帶動下旋轉，帶動發電機轉子2做機械旋轉，交流勵磁電流產生的旋轉磁場和發電機轉子2機械旋轉合成一個發電機旋轉磁場，發電機電樞線圈31切割磁力線，產生電流。發電機電樞線圈31切割磁力線產生的電流頻率取決于兩個因素一是主軸1的轉速；二是發電機交流勵磁線圈21接收的勵磁電流的頻率。在主軸1上還安裝有發電機勵磁機構，所述的發電機勵磁機構包括固定安裝在主軸1上的勵磁機電樞殼4、固定安裝在副軸6上的勵磁機轉子5，勵磁機電樞殼4上固定安裝有勵磁機電樞41，勵磁機轉子5上固定安裝有勵磁機轉子直流勵磁線圈51，勵磁機電樞 41與勵磁機轉子5成氣隙配合，副軸6與主軸1同軸設置；所述副軸6上還固定安裝有副發電機轉子7和滑環9，副軸6上通過軸承安裝有副發電機定子8，副發電機轉子7上固定安裝有副發電機轉子直流勵磁線圈71，副發電機定子8上固定安裝有副發電機定子線圈81， 副發電機定子8與副發電機轉子7成氣隙配合；副發電機轉子直流勵磁線圈71、勵磁機轉子直流勵磁線圈51和發電機交流勵磁線圈21的磁極對數相等；如圖2所示，所述勵磁機轉子直流勵磁線圈51和副發電機轉子直流勵磁線圈71分別通過導線連接到滑環9上，所述發電機交流勵磁線圈21與勵磁機電樞41的各相分別通過導線對應電連接，所述發電機電樞線圈31和副發電機定子線圈81的各相線上留有連接電網的接線頭。所述主軸1和副軸均為空心軸，主軸1和副軸6上設置有穿線孔，主軸1和副軸6 的內腔以及穿線孔中設置有導線。這些導線分別與對應的線圈連接。所述發電機定子3固定安裝在右殼體35的內壁，副發電機定子8固定安裝在左殼體75的內壁，所述右殼體和左殼體分別固定連接在過橋殼體10的兩側，另有發電機端蓋32 固定連接在右殼體的內端，副發電機端蓋72固定連接在左殼體的內端，主軸1通過軸承插裝在發電機端蓋32上，副軸6通過軸承插裝在副發電機端蓋72上；勵磁機電樞殼4和勵磁機轉子5位于過橋殼體10的內腔中，勵磁機電樞殼4與過橋殼體10氣隙配合；副發電機端蓋72的內端固定連接有勵磁機軸承支座73，所述勵磁機軸承支座73與副軸6同心，勵磁機軸承支座73上通過軸承安裝有勵磁機端蓋74，勵磁機端蓋74固定連接在勵磁機電樞殼4 上。直接并網變速恒頻發電機工作時，主軸1在外部動力作用下以高于副軸6的速度旋轉，副發電機定子線圈81通過副并網開關Kl與頻率為fl的電網連接，滑環9通過電刷與兩個直流勵磁電源連接。通過滑環9，勵磁機轉子直流勵磁線圈51和副發電機轉子直流勵磁線圈71分別得到各自的可調直流勵磁電流。勵磁機轉子直流勵磁線圈51產生的磁場與勵磁機電樞41因相對運動，使勵磁機電樞41切割磁力線而產生頻率為f3的電動勢，并產生電流13，這個電流就是發電機交流勵磁線圈21的交流勵磁電流。同時這個電流和做機械旋轉的勵磁機電樞殼4共同作用下，對勵磁機轉子5產生拖動作用，形成副發電機的發電動力，使副發電機發電。由于副發電機是同步發電機，且并入電網運行，其轉子的轉速由電網頻率決定并保持相對恒定。這樣，勵磁機電樞41與勵磁機轉子5之間產生一個轉差， 這個轉差使勵磁機電樞41產生一個頻率為f3的交流電動勢，這個電動勢的頻率由主軸1 的轉速決定，頻率為f3的交流勵磁電流13加到發電機交流勵磁線圈21上，產生與發電機轉子2機械旋轉方向相反的旋轉磁場，這個合成的磁場切割發電機電樞線圈31產生頻率為 f2的電動勢。由于副發電機轉子直流勵磁線圈71、勵磁機轉子直流勵磁線圈51和發電機交流勵磁線圈21的極對數相同，主軸1與副軸6的轉差等于發電機旋轉磁場的轉速，f2保持恒頻，并與Π同頻。這樣，主軸1在高于副軸6的任何轉速下發電機均可直接通過并網開關K2并網發電。從而實現變速恒頻發電。f2頻率推導如下
其中fl是電網頻率；f2是發電機電動勢頻率；f3是勵磁機電樞產生的交流勵磁電流頻率。Pl是副發電機轉子極對數；P2是發電機轉子極對數；p3是勵磁機轉子極對數。nl 是副軸轉速；n2是主軸轉速；n3是主軸與副軸的轉差；nc是發電機轉子交流旋轉磁場的轉速，方向與主軸1的旋轉方向相反。根據同步電機恒等式，n=60f/p推導如下 nl=60fl/pl,
n3=n2_nl nc= f3氺60/p2 f3= (n2-nl)p3/60 f2= (n2-nc) p2/60
=(n2- f3*60/p2) p2/60 =(n2- (n2-nl)p3/60*60/p2)p2/60 =(n2- (n2-nl)p3/p2)p2/60 又因為p2= p3
所以 f2= (n2- n2+nl)p2/60
=nl氺 p2/60 =60fl/pl* p2/60=(p2/ pi)* fl 又因為Pl= p2 所以f2= Π。 即當pl=p2= ρ3時，f2= fl為恒等式。所以當副發電機轉子直流勵磁線圈71、勵磁機轉子直流勵磁線圈51和發電機交流勵磁線圈21的極對數相同時，發電機發出的電流的頻率恒等于副發電機并入的電網的頻率，從而實現變速恒頻發電。
權利要求
1.直接并網變速恒頻發電機，包括主軸(1)、固定安裝在主軸(1)上的發電機轉子(2)， 以及環繞設置在發電機轉子(2 )周圍的發電機定子(3 )，發電機轉子(2 )上安裝有發電機交流勵磁線圈(21)，發電機定子(3 )上安裝有發電機電樞線圈(31)，發電機定子(3 )通過軸承安裝在主軸(1)上，發電機轉子(2)固定安裝在主軸(1)上，發電機定子(3)與發電機轉子 (2)成氣隙配合，其特征在于在主軸(1)上還安裝有發電機勵磁機構，所述的發電機勵磁機構包括固定安裝在主軸(1)上的勵磁機電樞殼(4)、固定安裝在副軸(6)上的勵磁機轉子(5)，勵磁機電樞殼(4)上固定安裝有勵磁機電樞(41)，勵磁機轉子(5)上固定安裝有勵磁機轉子直流勵磁線圈(51)，勵磁機電樞(41)與勵磁機轉子(5)成氣隙配合，副軸(6)與主軸(1)同軸設置；所述副軸(6)上還固定安裝有副發電機轉子(7)和滑環(9)，副軸(6)上通過軸承安裝有副發電機定子(8)，副發電機轉子(7)上固定安裝有副發電機轉子直流勵磁線圈(71)，副發電機定子(8)上固定安裝有副發電機定子線圈(81)， 副發電機定子(8)與副發電機轉子(7)成氣隙配合；副發電機轉子直流勵磁線圈(71)、勵磁機轉子直流勵磁線圈(51)和發電機交流勵磁線圈(21)的磁極對數相等；所述勵磁機轉子直流勵磁線圈(51)和副發電機轉子直流勵磁線圈(71)分別通過導線連接到滑環(9)上，所述發電機交流勵磁線圈(21)與勵磁機電樞(41)的各相分別通過導線對應電連接，所述發電機電樞線圈(31)和副發電機定子線圈(81)的各相線上有連接電網的接線頭。
2.根據權利要求1所述的直接并網變速恒頻發電機，其特征在于所述主軸(1)和副軸(6)均為空心軸，主軸(1)和副軸(6)上設置有穿線孔，主軸(1)和副軸(6)的內腔以及穿線孔中設置有導線。
3.根據權利要求1或2所述的直接并網變速恒頻發電機，其特征在于所述發電機定子(3)固定安裝在右殼體(35)的內壁，副發電機定子(8)固定安裝在左殼體(75)的內壁，所述右殼體和左殼體分別固定連接在過橋殼體(10)的兩側，另有發電機端蓋(32)固定連接在右殼體的內端，副發電機端蓋(72)固定連接在左殼體的內端，主軸(1)通過軸承插裝在發電機端蓋(32)上，副軸(6)通過軸承插裝在副發電機端蓋(72)上；勵磁機電樞殼(4)和勵磁機轉子(5)位于過橋殼體(10)的內腔中，勵磁機電樞殼(4)與過橋殼體(10)氣隙配合； 副發電機端蓋(72)的內端固定連接有勵磁機軸承支座(73)，所述勵磁機軸承支座(73)與副軸(6)同心，勵磁機軸承支座(73)上通過軸承安裝有勵磁機端蓋(74)，勵磁機端蓋(74) 固定連接在勵磁機電樞殼(4 )上。
全文摘要
本發明涉及一種發電機，尤其是一種直接并網變速恒頻發電機。包括主軸、固定安裝在主軸上的發電機轉子，以及環繞設置在發電機轉子周圍的發電機定子，發電機轉子上安裝有發電機交流勵磁線圈，發電機定子上安裝有發電機電樞線圈，發電機定子通過軸承安裝在主軸上，發電機轉子固定安裝在主軸上，在主軸上還安裝有勵磁機構，所述的勵磁機構包括固定安裝在主軸上的勵磁機電樞殼、固定安裝在副軸上的勵磁機轉子，勵磁機電樞殼上固定安裝有勵磁機電樞，勵磁機轉子上固定安裝有勵磁機轉子直流勵磁線圈，副軸與主軸同軸設置；所述副軸上還固定安裝有副發電機轉子和滑環，副軸上通過軸承安裝有副發電機定子，副發電機轉子上固定安裝有副發電機轉子直流勵磁線圈，副發電機定子上固定安裝有副發電機定子線圈。該發電機在轉速變化時，能保持輸出電壓頻率始終與電網頻率相同。
文檔編號H02K23/12GK102437699SQ20111033738
公開日2012年5月2日 申請日期2011年10月31日 優先權日2011年10月31日
發明者王光順 申請人:王光順