用于風力應用的無源故障電流限制器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于限制針對特別是風力渦輪機的發電機的故障電流的設備。此夕卜，本發明涉及一種用于制造用于限制針對特別是風力渦輪機的發電機的故障電流的設備的方法。
【背景技術】
[0002]在風力渦輪機中使用的直接驅動同步發電機具有處理短路故障的固有問題，主要是由于在壽命期間發生概率高的轉換器短路。短路的結果是在發電機繞組中感生的大的電流并且引起熱負載、磁體消磁和大的氣隙轉矩。這些短路電流可以是操作電流的三倍，導致可能潛在地損壞渦輪機結構的氣隙剪切力。
[0003]通過分別地將發電機和風力渦輪機的結構設計得更加魯棒以對付增加的故障條件負載來回避該問題，使得風力渦輪機針對正常操作被過度地設計并且對能量的最終成本(COE)添加成本。
[0004]這也以發電機的磁體來完成，因為磁體高度和等級被選擇成經受得住在所述故障條件期間所經歷的短路場，所以又對渦輪發電機添加了成本。
【發明內容】
[0005]目的可以是提供具有適當的能量成本(COE)率的更輕的風力渦輪機。
[0006]根據獨立權利要求，通過一種用于限制針對特別是風力渦輪機的發電機的故障電流的設備、通過一種風力渦輪機并且通過一種用于制造用于限制針對特別是風力渦輪機的發電機的故障電流的設備的方法來解決此目的。
[0007]根據本發明的第一方面，提出了一種用于限制針對特別是風力渦輪機的發電機的故障電流的設備。所述設備的第一框架由鐵磁材料制成，其中，第一框架包括第一框架部分和另一第一框架部分。在第一框架部分與該另一第一框架部分之間形成第一間隙。在第一框架部分周圍纏繞設備的第一線圈，其中，第一線圈可連接到發電機的定子的第一定子繞組并且可連接到諸如變頻器的電氣設備。在所述另一框架部分周圍纏繞設備的另一第一線圈，其中，該另一第一線圈可連接到發電機并且可連接到諸如變頻器的電氣設備。
[0008]在第一間隙內部布置第一永磁體元件，其中，所述第一框架部分和所述另一第一框架部分相對于彼此形成，使得可提供在第一線圈與第一永磁體元件和所述另一第一線圈與第一永磁體元件之間的電磁相互作用。第一永磁體與第一框架進行磁相互作用，使得生成在第一循環方向上通過第一框架部分循環的第一磁場，并且生成通過所述另一第一框架部分循環的在另一第一循環方向上定向的另一第一磁場，所述另一第一循環方向在相對于第一磁場相反的方向上循環。
[0009]第一線圈可連接到發電機的定子的第一定子繞組并且可連接到例如電氣設備，使得可生成在相對于第一磁場相反的方向上定向的第一電磁場。所述另一第一線圈可連接到電子設備并且可連接到例如定子，使得可生成在相對于所述另一第一磁場相反的方向上定向的另一第一電磁場。
[0010]根據本發明的另一方面，提出了一種風力渦輪機，諸如直接驅動風力渦輪機。該風力渦輪機包括包含具有至少第一定子繞組的定子的發電機和電子設備。此外，該風力渦輪機包括如上所述的設備。所述設備的第一線圈(電)連接在發電機的定子(的例如第一定子繞組)與所述電子設備之間。
[0011]根據本發明的另一方面，描述了一種用于制造用于限制針對特別是風力渦輪機的發電機的故障電流的上述設備的方法。
[0012]上述風力渦輪機包括風力渦輪機塔以及被可樞轉地(Pivotably)安裝到風力渦輪機塔的吊艙。在吊艙中，安裝發電機。包括多個風力渦輪機葉片的輪轂耦合到所述發電機。
[0013]發電機包括轉子和定子，將所述輪轂安裝到所述轉子。所述定子包括定子線圈。轉子通過作用于風力渦輪機葉片的風力而環繞定子旋轉。定子和轉子進行電磁相互作用，使得生成例如電壓和電流的電功率。
[0014]在風力渦輪機中，可以將所述發電機配置為所謂的直接驅動發電機。直接驅動發電機沒有任何齒輪。為了防止使用齒輪，發電機的定子的直徑和轉子的直徑必須非常大。
[0015]發電機可以分別是三相發電機和直接驅動同步發電機，其中，第一類型的線圈形成第一相位，第二類型的線圈形成第二相位，并且第三類型的線圈形成第三相位。
[0016]每個類型的線圈親合到諸如變頻器的電機(electrical machine),以便控制相對于彼此的相位。
[0017]第一線圈和所述另一第一線圈可以是相同相位的，或者可以是相反相位的。第一線圈和所述另一第一線圈被以這樣的方式纏繞在各個框架部分周圍:使得故障電流將生成各個電磁場，其將對永磁體元件具有相反的影響。
[0018]為了分別地承受并且減少峰值電流和故障電流，安裝根據本發明的設備。該設備耦合在發電機的定子與變頻器之間。如果出現故障電流的風險，則設備增加電感，使得故障電流被減少和阻尼。
[0019]根據本發明的設備包括由鐵磁材料制成的第一框架。第一框架例如由鐵、鋼或包括高磁導率的其他適合的鐵磁材料制成。
[0020]第一框架可以包括圍繞內體積的矩形剖面。在框架的一側處，限定第一框架部分。在相對于第一框架部分的內體積的另一對向側，限定第二框架部分。第一線圈纏繞在第一框架部分周圍，并且可以用一端耦合到定子的第一定子繞組并用另一端耦合到例如變頻器的電機。所述另一第一線圈纏繞在所述另一第一框架部分周圍，并且用一端耦合到第一或另一定子繞組并用另一端耦合到例如變頻器的電機。流過第一線圈的電流相對于流過所述另一第一線圈的電流可以被移位或者可以處于相同相位。
[0021]分別在內體積和間隙的內部布置第一永磁體元件。在正常操作條件下，在第一線圈內中的電流在預先限定的閾值之內。然后將永磁體元件布置在內體積內，使得給出在第一線圈與所述另一第一線圈之間的適當磁通量，并且給出低電感。
[0022]具體地，永磁體包括北極和南極，并且與第一框架進行磁相互作用。因此，由于第一框架由鐵磁材料制成，所以生成在第一循環方向上通過第一框架部分進行循環的第一磁場，并且生成通過所述另一第一框架部分進行循環的所述另一第一磁場，其中所述另一第一磁場包括在相對于第一磁場相反的方向上定向的另一第一循環方向。
[0023]各個第一線圈和所述另一第一線圈包括各自的電流，其生成具有預定循環方向的各個第一和另一第一電磁場。因此，通過第一線圈的電流被配置成使得生成第一電磁場，所述第一電磁場在相對于由永磁體生成的第一磁場相反的方向上定向。附加地，通過所述另一第一線圈的電流被配置成使得生成所述另一第一磁電磁場，所述另一第一磁電磁場在相對于所述另一第一磁場相反的方向上定向。
[0024]因此，第一電磁場作用在相對于第一磁場的反方向上，并且所述另一電磁場作用在對所述另一第一磁場的反方向上。
[0025]因此，如果低電流流過各個第一和另一第一線圈，則永磁體元件生成各個第一和另一第一磁場，其提供在鐵磁第一框架中的強的磁飽和。因此，第一線圈和所述另一第一線圈的電感是低的。
[0026]然而，如果電流在第一線圈中增加并且針對所述另一第一線圈增加，則各個第一電磁場和所述另一第一電場變得更強，使得永磁體的效應被降低