永磁双馈风力发电机及其工作方法技术

本发明专利技术公开了一种永磁双馈风力发电机及其工作方法，它包括机座，其内安装转轴，在机座内还安装定子和转子，所述定子与普通双馈发电机的定子结构相同，由定子铁心和定子三相绕组组成；所述转子采用双转子结构，包括永磁转子和绕线转子；所述永磁转子的极数和定子三相绕组、转子三相绕组的极数相同；定子三相绕组、绕线转子绕组和永磁转子产生的磁场是同步的，共同建立励磁磁场；通过改变绕线转子中电流的大小、相位和方向，对气隙磁场起到助磁或弱磁的作用；电机运行时，根据双馈电机运行和并网运行的要求，灵活改变励磁绕组电流的大小和方向，来调节气隙磁场，由于永磁磁场的存在，稳定运行时减小了来自电网的励磁电流。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及ー种电机，尤其涉及一种永磁双馈风カ发电机及其工作方法。
技术介绍
现有技术中，普通双馈风カ发电机的定、转子均采用三相绕组，定子三相绕组对外输出电能，旋转的转子三相绕组通过电刷-滑环获得电压大小、相位和频率可调的三相对称电压进行励磁以建立磁场，通过改变励磁电压的频率、大小和相位实现恒频恒压运行和调节，在风カ发电中得到了广泛应用。但普通双馈风カ发电机也存在突出的问题，如低电压穿越能力弱、励磁容量较大，控制策略复杂等。由于风カ发电系统和电网连接，所以，风カ发电机必须具有在电网电压扰动情况下不间断运行的能力，其中在各种电网故障引起的电压瞬间跌落情况下，风カ发电机不脱网运行能力还有待进ー步提高。双馈发电机并网运行低 压穿越问题是目前国内外学者研究的热点，但是目前的研究主要集中在励磁变频器控制策略上，对电机本体结构的改进研究还很少。提出的各种控制算法相对复杂，在实际应用中难于实现。双馈发电机的励磁变频器容量问题是双馈发电机并网运行和控制的又一个至关重要的因素。双馈发电机取自电网的励磁电流决定了变频器的励磁容量，从减小励磁电流方面考虑，不仅可以减小励磁变频器的容量，而且可以提高双馈发电机并网运行性能。因此有必要在双馈电机结构上作进ー步改进。中国专利CN 201621003U公开了ー种永磁发电机，其结构包括机座、连接机座两端的ー对机座端盖、碳刷和电能引出线，转子包括绕线转子组件、永磁转子组件和ー对具有相反偏转角的风叶，永磁转子组件同轴心地嵌套在所述绕线转子组件内，绕线转子组件通过所述一对机座端盖支撑同轴心地嵌套在所述机座内，ー对具有相反偏转角的风叶分别与绕线转子组件和永磁转子组件固定连接。虽然使绕线转子能相对于永磁转子以同样速度相向转动，降低了启动风速，但是，该发电机具有两个转子，分别由两个风叶驱动，两个转子的速度控制较为困难，对于恒频恒压并网要求难于实现，该风カ发电机控制系统更加复杂，系统故障状态下难于控制。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决上述问题，提供一种永磁双馈风カ发电机及其工作方法，它具有提高双馈风カ发电机的低电压穿越能力、降低励磁容量优点。为实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案一种永磁双馈风カ发电机，包括机座、连接机座两端的一对机座端盖、电刷滑环和电能引出线、电机转轴、定子、转子，所述定子与机座固定起支撑电机的作用，所述定子的结构与普通双馈发电机定子的结构相同，包括定子铁心和定子三相绕组；所述定子铁心的内壁嵌有分布式対称的定子三相绕组，所述ー对机座端盖支撑电机转轴，所述电刷滑环与所述绕线转子接触并固定连接在所述电能引出线上；所述转子包括绕线转子、永磁转子和一个风轮；所述转子安装在电机轴上，转子安装在定子内部；所述永磁转子安装在绕线转子内部；所述永磁转子与绕线转子分别通过相互独立的轴承安装在电机轴上。所述绕线转子由转子铁 心和转子三相绕组组成，所述转子鉄心外壁嵌有转子三相绕组；所述绕线转子与电机轴刚性连接，所述转子三相绕组通过电刷-滑环结构提供励磁电压；所述永磁转子采用表面式结构，安装在绕线转子的内腔，与绕线转子之间存在径向间隙；径向间隙产生气隙磁场。所述永磁转子通过轴承固定在电机轴上，绕电机轴自由旋转；永磁转子的极数和定子三相绕组、转子三相绕组的极数相同。所述转子上有两个磁势源，分别为永磁转子和转子三相绕组，所述永磁转子提供永磁磁场；转子三相绕组提供可变磁场，通过改变绕线转子中电流的大小、相位和方向，对气隙磁场起到助磁或弱磁的作用。 所述定子三相绕组和绕线转子均为三相对称交流绕组。上述永磁双馈风カ发电机所采用的工作方法永磁双馈风カ发电机运行时，永磁双馈风カ发电机定子三相绕组产生的旋转磁场将永磁转子牵入同步，永磁转子在发电机稳定运行时始终同步速运行；而绕线转子与定子三相绕组产生的旋转磁场不同歩。当被风轮驱动的绕线转子超过同步速运行时，该发电机通过绕线转子向电网馈入电能，永磁双馈风カ发电机处于发电机运行状态；当被风轮驱动的绕线转子低于同步速运行时，绕线转子从电网吸收电能，永磁双馈风カ发电机处于电动机运行状态；当被风轮驱动的绕线转子等于同步速运行时，绕线转子与电网间无能量交換，永磁双馈风カ发电机相当于同步电机运行。定子三相绕组、转子三相绕组和永磁转子共同建立励磁磁场；根据永磁双馈风カ发电机运行和并网运行的要求，灵活改变励磁绕组电流的大小和方向，来调节气隙磁场，由于永磁磁场的存在，稳定运行时减小了来自电网的励磁电流；特别是电网故障时，励磁电流的减小有助于电网电压的恢复，这样更有利于电网的稳定运行。本专利技术的有益效果是与普通双馈发电机相比，本专利技术的永磁转子与绕线转子分别通过相互独立的轴承安装在电机轴上，永磁双馈风カ发电机绕线转子内部存在自由旋转的永磁转子所产生的永磁磁场，减小了励磁电流和转子励磁容量；在电网电压骤降时，永磁磁场可以产生较高的电压，为电网提供有力的支持。因此，既实现恒频恒压运行，又减小励磁容量、提高了低电压穿越能力。本专利技术仅仅采用一个风轮就可以实现绕线转子的驱动，永磁转子的驱动是通过永磁双馈风カ发电机定子三相绕组产生的旋转磁场将永磁转子牵入同歩。本专利技术的工作方法实现了当被风轮驱动的绕线转子超过同步速运行时，该发电机通过绕线转子向电网馈入电能，永磁双馈风カ发电机处于发电机运行状态；当被风轮驱动的绕线转子低于同步速运行时，绕线转子从电网吸收电能，永磁双馈风カ发电机处于电动机运行状态；即实现了永磁双馈风カ发电机的双馈功能。转子结构设计独特，采用永磁磁场励磁，可以灵活地调节气隙磁场，降低了励磁容量，提高了电机的效率。永磁磁场的存在，提高了电机的低电压穿越能力，对故障状态下的电网提供有力支持，并网控制策略相对简单，控制效果较好。附图说明图I为本专利技术的永磁双馈风カ发电机结构示意图；图2为永磁双馈风カ发电机的永磁转子结构示意图；图3为永磁双馈风カ发电机和普通双馈发电机定子磁场定向控制方式转子d轴电流波形示意图；I、定子铁心，2、定子三相绕组，3、转子铁心，4、转子三相绕组，5、外气隙，6、永磁转子，7、径向间隙,8、永磁体,9、导磁材料,IO、转子轴承。 具体实施例方式下面结合附图与实施例对本专利技术作进ー步说明。图I中，它包括定子铁心1，其内安装三相対称的定子三相绕组2，绕线转子由转子鉄心3和转子三相绕组4组成；绕线转子和定子之间是外气隙5，在绕线转子内腔安装永磁转子6，二者之间存在径向间隙7。图2中，永磁转子6由永磁体8和导磁材料9组成，永磁体8固定在导磁材料9上，永磁转子6通过转子轴承10和转轴相连接,可以绕转轴自由旋转。所述定子三相绕组2和转子三相绕组4均为三相交流绕组。所述永磁体8为径向充磁。绕线转子电励磁磁场调节容易，通过改变转子三相绕组4电流的大小和方向，来调节气隙磁场。采用Matlab/simulink软件仿真分析了永磁双馈风カ发电机和普通双馈发电机定子磁场定向控制方式转子d轴电流波形(如图3所示)，由转子d轴电流仿真波形可知，在相同的仿真条件下，永磁双馈风カ发电机的转子d轴电流显著小于普通双馈电机，转子电流减小了 16. 7%，这是由于永磁双馈发电机永磁内转子的存在，减小了电机的励磁电流，其电流小于普通双馈电机。因此，有利于电网的稳定运行。上述虽然结合附图对本专利技术的具体实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种永磁双馈风力发电机，包括机座、连接机座两端的一对机座端盖、电刷滑环和电能引出线、电机转轴、定子、转子，所述定子与机座固定起支撑电机的作用，所述定子的结构与普通双馈发电机定子的结构相同，包括定子铁心和定子三相绕组；所述定子铁心的内壁嵌有分布式对称的定子三相绕组，所述一对机座端盖支撑电机转轴，所述电刷滑环与所述绕线转子接触并固定连接在所述电能引出线上；所述转子安装在电机轴上，转子安装在定子内部；其特征是，所述转子包括绕线转子、永磁转子和一个风轮；所述永磁转子安装在绕线转子内部；所述永磁转子与绕线转子分别通过相互独立的轴承安装在电机轴上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王秀和，刁统山，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：