專利名稱：一種大功率混合勵磁雙轉子雙饋式同步風力發電機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種同步發電機，特別涉及一種大功率混合勵磁的雙轉子雙饋式同步發電機。
背景技術：
近年來隨著能源危機與環境問題的日益突出，世界各國都在大力發展風力發電等可再生能源事業，其相關技術發展很快，從失速型到變速恒頻風電系統，從有齒輪箱到直接驅動型風電系統，風電的裝機容量也在近幾年內獲得了快速增長。為提高風能利用效率，降低風電成本，風電機組單機容量大型化是風電技術發展的大趨勢.采用變速變槳距調節技術已經成為MW級以上大型風電機組的重要特征；在目前的變速恒頻風電系統中，使用雙饋感應發電機的雙饋型風電系統市場份額最大，使用永磁同步發電機的直驅型系統發展很快。隨著風力發電裝機容量的不斷增大，其對電網的影響已經不能忽略，很多國家制訂了新的規則，對并網風力發電提出了新的要求，這些要求包括有功、無功功率控制，電壓、頻率控制，電能質量控制，故障穿越功能等。這些要求使風力發電場要逐漸承擔起類似傳統火力發電場的功能，在電網故障如電壓跌落時保持并網，快速向電網提供有功和無功功率支持，幫助電網電壓及頻率的恢復及穩定。目前國內外對雙饋和直驅變速恒頻風電系統在電網故障時的應對措施，已經有較多研究，包括改進變流器控制策略提高系統的動態特性使其具備一定的LVRT能力，但在跌落深度較大時，僅依靠控制策略的作用有限，因此需要從改變發電機本體結構上或增加硬件保護電路，來實現風電機組低電壓穿越并對變流器進行保護。
發明內容
本發明提供了一種大功率混合勵磁雙轉子雙饋式同步風力發電機，解決了風電機組低電壓穿越并對變流器進行保護的技術問題。本發明是通過以下方案解決以上問題的
一種大功率混合勵磁雙轉子雙饋式同步風力發電機，包括電機驅動軸和電機機座，在電機驅動軸與電機機座之間設置有第一軸承，在電機機座內設置有主機轉子支架，主機轉子支架是通過第二軸承與電機驅動軸活動連接在一起的，在主機轉子支架上設置有主機轉子，在主機轉子的內側面上設置有磁鋼，在主機轉子支架的一端分別設置有勵磁機和旋轉整流模塊，在電機驅動軸上設置有主機副轉子，在電機驅動軸的一側軸端上設置有滑環，在主機副轉子中設置有轉子三相交流線圈，轉子三相交流線圈與滑環電連接，在電機機座上設置有主機定子，在主機定子中設置有定子三相線圈，在主機轉子的外表面內設置有直流勵磁線圈，直流勵磁線圈通過旋轉整流模塊與勵磁機電連接。勵磁機是轉樞式電機，勵磁機是通過自動電壓調整器為主機轉子的外表面內設置的直流勵磁線圈勵磁的。本發明由于采用雙轉子結構，將雙饋發電機與同步發電機很好的結合起來。在變速恒頻系統中，可以利用雙饋電機更優越性能，在電機負荷變化時，可通過控制轉子勵磁頻率來改變發電機轉速，控制轉子電流勵磁相位，改變電機的功率角，進而分別調節電機的有功、無功功率，減小發電機對電網的擾動。
圖1是本發明的結構示意圖；圖2是本發明的電路原理簡圖。
具體實施方式
一種大功率混合勵磁雙轉子雙饋式同步風力發電機，包括電機驅動軸I和電機機座2，在電機驅動軸I與電機機座2之間設置有第一軸承11，在電機機座2內設置有主機轉子支架9，主機轉子支架9是通過第二軸承10與電機驅動軸I活動連接在一起的，在主機轉子支架9上設置有主機轉子6，在主機轉子6的內側面上設置有磁鋼7，在主機轉子支架9 的一端分別設置有勵磁機3和旋轉整流模塊4，在電機驅動軸I上設置有主機副轉子8，在電機驅動軸I的一側軸端上設置有滑環12，在主機副轉子8中設置有轉子三相交流線圈，轉子三相交流線圈與滑環12電連接，在電機機座2上設置有主機定子5，在主機定子5中設置有定子三相線圈，在主機轉子6的外表面內設置有直流勵磁線圈，直流勵磁線圈通過旋轉整流模塊4與勵磁機3電連接。
勵磁機3是轉樞式電機，勵磁機3是通過自動電壓調整器為主機轉子6的外表面內設置的直流勵磁線圈勵磁的。
本發明的系統原理簡圖如圖2所示，其中SO為主機定子，RO為主機轉子，Rl為副轉子，V為變流器，副轉子Rl中為三相勵磁繞組，用nl、fl表示副轉子的轉速、頻率，Af為變流控制器輸入的轉差頻率，主機轉子RO外表面裝磁極，通直流電勵磁，內表面裝永磁體勵磁，假設RO中電勵磁磁極和永磁體勵磁磁極的極對數均為PO，且磁性相同，用n0表示主機轉子RO的轉速，主機定子SO中裝三相繞組，輸出恒壓恒頻三相電，并網，設頻率為f0，主要原理如下當主軸轉速為n0時，副轉子隨主軸轉動，切割磁場在RO與Rl間產生轉速為n0的三相旋轉氣隙磁場，帶動主機轉子隨之 轉速為n0旋轉其中n0=60 · f0 /pO,從而使主機定子繞組切割磁場，產生以頻率為f0三相交流電，并網；而當主軸轉速變化Λ n，以轉速nl旋轉時，為了保證主機轉子輸出恒壓恒頻的三相交流電，副轉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子旋轉磁場nl疊加，在RO與Rl間產生轉速為 n0=nl 土 Λ η的三相氣隙旋轉磁場,帶動主機轉子以轉速η0旋轉,使主機定子繞組切割主機轉子磁場，產生頻率為f0的三相交流電，即f0= p0 · 60 / (nl 土 Λ η),從而保證輸出恒頻。此時類似典型的雙饋變速恒頻發電系統。
而當電網故障時，由于在主機轉子外表面安裝直流電勵磁線圈，就可以類似傳統火力發電用的電勵磁同步發電機，通過強勵使主機定子電壓升起保持并網，快速向電網提供無功功率支持，幫助電網電壓及頻率的恢復及穩定，從而減少對變流控制器的沖擊。
主機定子5中裝有三相交流線圈，主機轉子6外表面裝有直流電勵磁線圈，主機轉子6內表面裝磁鋼7，副轉子8中裝三相交流線圈，勵磁機3的定子中裝有直流線圈，勵磁機 3轉子中裝有三相交流線圈。I為電機驅動軸，與主機副轉子8構成第一旋轉部分；主機轉子6和主機轉子支架9，與勵磁機3的轉子和旋轉整流模塊4，構成第二旋轉部分；第一旋轉部分與第二旋轉部分通過第二軸承10連接在一起。電機機座2，起支撐作用，與主機定子5和勵磁機3的定子以及出線盒構成電機靜止部分。靜止部分與第一旋轉部分通過第一軸承11連接在一起。變流器通過滑環12給副轉子提供轉差功率；勵磁機3為轉樞式電機，通過自動電壓調整器(AVR)為定子中的直流勵磁線圈勵磁，當勵磁機轉子旋轉時產生三相交流電，通過旋轉整流模塊4整為直流電，為主機轉子6中外表面的電勵磁線圈勵磁，進而為主機定子提供磁場。當轉軸I旋轉時帶動第一旋轉部分轉動切割主機轉子上磁鋼7所提供的磁場,與變流器通過滑環12輸送的轉差磁場疊加，在主機轉子6與副轉子8之間產生旋轉氣隙磁場，帶動主機轉子6同步旋轉，使主機定子5中的三相繞組切割主機轉子磁場，輸出三相交流電，調節主機轉子外表面勵磁磁場和調節變流器的轉差頻率就可使輸出恒壓恒頻交流電，使電機保持并網。各定轉子三相繞組可以根據需要的電壓等級連接成星形或三角形，主機、勵磁機的極對數以及控制器的頻率范圍應根據電機轉速的范圍選擇合適的值。當電網發生的電壓跌落故障在一定范圍內時，本方案不僅不會脫離電網而且還會像常規電廠那樣利用電勵磁同步發電機抵御電壓的能力，向電網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力發電系統低電壓穿越的問題，使風力發電能夠得到大規模的應用。
權利要求
1.一種大功率混合勵磁雙轉子雙饋式同步風力發電機，包括電機驅動軸(I)和電機機座(2)，在電機驅動軸(I)與電機機座(2)之間設置有第一軸承(11)，其特征在于，在電機機座(2)內設置有主機轉子支架(9)，主機轉子支架(9)是通過第二軸承(10)與電機驅動軸(I)活動連接在一起的，在主機轉子支架(9)上設置有主機轉子(6)，在主機轉子(6)的內側面上設置有磁鋼(7)，在主機轉子支架(9)的一端分別設置有勵磁機(3)和旋轉整流模塊(4)，在電機驅動軸(I)上設置有主機副轉子(8)，在電機驅動軸(I)的一側軸端上設置有滑環(12)，在主機副轉子(8)中設置有轉子三相交流線圈，轉子三相交流線圈與滑環(12)電連接，在電機機座(2 )上設置有主機定子(5 )，在主機定子(5 )中設置有定子三相線圈，在主機轉子(6)的外表面內設置有直流勵磁線圈，直流勵磁線圈通過旋轉整流模塊(4)與勵磁機(3)電連接。
2.根據權利要求1所述的一種大功率混合勵磁雙轉子雙饋式同步風力發電機，其特征在于，勵磁機(3)是轉樞式電機，勵磁機(3)是通過自動電壓調整器為主機轉子(6)的外表面內設置的直流勵磁線圈勵磁的。
全文摘要
本發明公開了一種大功率混合勵磁雙轉子雙饋式同步風力發電機，解決了風電機組低電壓穿越并對變流器進行保護的問題。包括在電機機座(2)內設置有主機轉子支架(9)，主機轉子支架(9)是通過第二軸承(10)與電機驅動軸(1)活動連接，在主機轉子支架(9)上設置有主機轉子(6)，在主機轉子(6)的內側面上設置有磁鋼(7)，在主機轉子支架(9)的一端分別設置有勵磁機(3)和旋轉整流模塊(4)，在電機驅動軸(1)上設置有主機副轉子(8)，在電機驅動軸(1)的一側軸端上設置有滑環(12)，在主機副轉子(8)中設置有轉子三相交流線圈，轉子三相交流線圈與滑環(12)電連接。本發明調節電機的有功、無功功率，減小了對電網的擾動。
文檔編號H02K16/02GK103001427SQ20121055430
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月19日 優先權日2012年12月19日
發明者李保來, 隋海波, 孟秀蓓, 王震宇, 王金松, 李紅芳, 師艷平 申請人:山西汾西重工有限責任公司