多体式电励磁双凸极风力发电机制造技术

一种多体式电励磁双凸极风力发电机，属风力发电机。该风力发电机是将各台单体电励磁双凸极风力发电机的电枢绕组相互串连或者相互并联，通过单相整流桥输出电压，当风速为低速时，将各台单体风力发电机的电枢绕组反相串连；当风速为高速时，将各台单体风力发电机的电枢绕组反相并联。各台发电机之间错开１０°轴向机械角连接成多体式电励磁双凸极风力发电机。单体电励磁双凸极风力发电机包括定子、转子、电枢绕组、励磁绕组，转子为外转子或内转子，定子上的电枢绕组是将定子上相对齿的电枢绕组串联成一相绕组，构成Ａ、Ｂ两相绕组的电励磁双凸极风力发电机。本发电机具有功率大、转速范围宽、效率高的优点，能满足大功率风力发电机的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及新型电励磁双凸极风力发电机结构技术，具体涉及一种多体式结 构的具有低转速、高效率、宽转速范围和负载适应性的新型电励磁双凸极风力机。
技术介绍
目前大型直驱式风力发电机中由于风轮机转速较低，风力发电机大都釆用多 极式特殊结构的永磁电机、异步电机，由于多极式结构需要极组在发电机的圆周 展开使得发电机直径增大，尤其在大功率场合，多极式风力发电机使其截面积增 大，影响风轮机的风道。另外大功率直驱式风力发电机由于受随机性很大的风速 以及负载的影响，要求发电机具有较宽的转速范围，并能够适应不同的负载要求。 现有的大功率风力发电机在风速较低、负载较小的情况下由于输出功率较低，使 得发电机效率较低，严重影响风能的利用率。为此在大功率直驱式风力发电机的 研究中，提出新型电机结构改善其径向尺寸的同时，还必须提高风力发电机在不 同工作点的运行效率。永磁电机由于永磁体的存在，电机功率密度、效率较高，成为风力发电机中 较为广泛的选择，为适应直驱型风力发电机需求，改用外转子结构有效地提高了 发电机的极数，改善了其低速性能。但是永磁体的高额成本，大功率电机设计、 生产成本使得风力发电机系统的成本居高不下，导致风电成本较高，限制了风电 的规模化推广。并且永磁发电机磁场强度是基本恒定的，调压比较困难，为此人 们常常通过漏磁的设计达到其较宽的工作范围，然而这种方式使得发电机的体 积、重量大幅度升高，材料利用率低、损耗加大，造成各种材料及能源的浪费。 并且仍然无法提高大型发电机在不同转速、负载的下的运行效率。电励磁双凸极电机作为一种新型电机，类似于开关磁阻电机的定转子结构使 其具有开关磁阻电机优良的电气特性，应用于风力发电机，与永磁电机、异步电机比较具有输出电压控制简单、可靠性高、无需可控功率变换器等优点，并且转 速适应范围宽、结构简单、成本低、适合于大功率应用场合。作为直驱式风力发 电机的低转速场合应用，可采用外转子结构改善其低速性能。但是同样为解决在 不同转速、负载下的运行效率以及电机径向尺寸问题还必须对其双凸极发电机结 构作进一步的改进。三、
技术实现思路
供一种大功率应用场合直驱式电励磁双凸极风力发电 机，使其满足直驱式风力发电机的大功率、宽转速范围、高效率等特性要求。 为解决电机径向尺寸过大的问题，在省去了齿轮箱的风轮机舱内，最有效的途径 是增加电机轴向尺寸以削减径向尺寸，并维持电机的额定功率，同时为保证电机 在各个负载状态的效率，提出分布式电机结构的概念，即采用多体式结构，在风 轮机的轴上通过机械串连一台以上的发电机，根据负载与风速的要求，每台电机 可以独立工作，也可以互相串并联工作，以使每台电机都能够工作在最大负载点， 提高单体电机的运行效率，则整机运行效率也能够有效地获得提高。并且本专利技术 多体式风力发电机单体发电机采用两相电励磁双凸极发电机，并结合多体式连接 方式有效地减小发电机的径向尺寸。该多体式风力发电机可通过单体电机绕组之 间的连接方式改变整个电机的相数，根据风速与负载的变化，采用电子电气装置 控制各台电机的绕组串并联方式，低速时多台电机绕组串连，有效地提高发电机 输出电压，风速高时，将多台电机并联可以有效地提高发电机输出功率，以实现 低转速、宽转速范围输出有效电压的目的，以能够保证每台发电机工作在最大负 载点，并且双凸极发电机通过励磁电流的调节可以直接控制输出电压，省去了后 级变换器，整个系统的运行效率较高。本专利技术多体式电励磁双凸极风力发电机将 多台单体式励磁双凸极风力发电机的电枢绕组相互串连或者相互并联，通过单相整流桥输出电压，当风速为低速时，为提高输出电压，通过切换开关将各台单体 电励磁双凸极风力发电机的电枢绕组反相串连；当风速为高速时，为提高输出功 率，通过切换开关将各台单体式电励磁双凸极风力发电机的电枢绕组反相并联。 该单体式电励磁双凸极风力发电机，包括定子、转子、电枢绕组、励磁绕组，其中电枢绕组和励磁绕组均绕制在定子上，其特征在于所述转子为外转子或内转 子，外转子采用"4/6"系列结构，内转子釆用"6/4"系列结构。定子上的电枢 绕组是将定子上相对齿的电枢绕组串联成一相绕组，构成A、 B两相绕组的电励 磁双凸极风力发电机。多体式电励磁双凸极风力发电机，其特征在于，是将各台单体电励磁双凸极风力发电机相互之间错开10。轴向机械角连接成具有多相的 多体式电励磁双凸极风力发电机。本专利技术提出了一种大功率直驱式宽转速范围的 电励磁双凸极发电机，针对风能的随机性和风速的多变性，采用轴向多体式连接 方式，有效地扩大了发电机的转速范围，提高系统的运行效率。附图说明图l本专利技术单体两相电励磁双凸极发电机图2本专利技术单体两相电励磁双凸极发电机A相电势与B相反相电势 图3本专利技术多体式双凸极发电机轴向连接方式 图4本专利技术多体式双凸极发电机系统结构图具体实施例方式本专利技术单体两相电励磁双凸极发电机有外转子(釆用"4/6系列结构")、内 转子(采用"6/4"系列结构)两种，如图1中的(a)、 (b)、 (c)、 (d)图所示。 两相电励磁双凸极发电机主要定子、转子及绕制在定子上的电枢绕组和励磁绕 组。以8/12外转子电励磁双凸极发电机为例，其中定子上电枢绕组A1、 A2、 A3、 A4串连成A相，Bl、 B2、 B3、 B4串连成B相，励磁绕组为L。给励磁绕组L通 入直流电流后，随着转子的旋转，两相绕组的反电势均类似方波形式并相差 180° ，并且B相反电势反相后与A相基本重合，如图2所示。当风机转速较低时， 为保证输出电压，通过切换开关将A、 B两相绕组反相串连，通过单相整流，调 节励磁电流即可获得较高的输出电压；当风机转速较高时，为提高发电机输出能 力，将A、 B两相绕组反相并联，通过单相整流桥，并调节励磁电流即可获得所 要求的输出。通过多体式连接方式实现的本专利技术电励磁双凸极发电机，以三体式 为例，如图3所示，轴向将三台单体8/12极双凸极电机错开10。轴向连接构成 具有6相的多体式发电机，其结构如图4所示，单体电机1等效为绕组WU、 W12; 单体电机2等效为绕组W21、 W22;单体电机3等效为绕组W31、 W32。应用于非 并网风力发电系统中，根据风速与后级负载的需要，通过切换开关Sll、 S12、 S13、 S14、 S21、 S22、 S23、 S24、 S31、 S32、 S33、 S34实现多态调节:(l)在风速较低、负载较小的情况下，可由一台电机如generatorl内部两相绕 组串连成一相通过单相整流桥输出，即S12、 S13闭合，Sll、 S14断开，Wll、 W12串连成一相，并切断另外两台电机generator2、 generator3的励磁电流， 由单体电机工作于最大负载工作点，提高单体发电机的运行效率。(2) 在风速较低、负载较大的情况下，将每台电机内部绕组单独串连成一 相，ge匿atorl中，S12、 S13合上，Sll、 S14断开;generator2中，S22、 S23 合上，S21、 S24断开;generator3中，S32、 S33合上，S31、 S34断开，构成三 相发电机，通过三个单相整流桥输出，以满足负载需要。(3) 在风速较高、负载较小的情况下，可根据负载需要由一台本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多体式电励磁双凸极风力发电机，其特征在于将各台单体电励磁双凸极风力发电机的电枢绕组相互串连或者相互并联，通过单相整流桥输出电压，当风速为低速时，为提高输出电压，通过切换开关将各台单体电励磁双凸极风力发电机的电枢绕组反相串连；当风速为高速时，为提高输出功率，通过切换开关将各台单体电励磁双凸极风力发电机的电枢绕组反相并联。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：魏佳丹，周波，尹航，孟小利，张卓然，胡朝燕，张永帅，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]