用于产生三相AC电压的系统和设备技术方案

本发明专利技术涉及一种用于产生三相交流电压的装置的三相发电机，包括两极转子，该两极转子具有两个磁极，其中该两个磁极被不规则地布置并且在周边上相对于转子的转子旋转轴线彼此偏移。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于产生三相AC电压的系统和设备
本专利技术涉及一种用于产生三相AC电压的系统和设备。
技术介绍
用于产生三相AC电压并且用于将三相AC电压供应到电网的设备是众所周知的，并且该设备被用于发电厂中。这种类型的设备可以具有至少一个涡轮和至少一个三相发电机，特别是涡轮发电机，该涡轮发电机通过涡轮来驱动。这样的涡轮例如可以是联合循环燃气涡轮(CCGT)设备的燃气涡轮、或燃气涡轮设备的燃气涡轮、或蒸汽涡轮发电设备的蒸汽涡轮。涡轮的涡轮转子通常以刚性方式或旋转固定方式而被连接到三相发电机的转子。为了能够通过涡轮转子的旋转在50Hz或60Hz的常规电网频率下使用三相发电机来产生三相AC电压，并且为了能够将所述三相AC电压馈送到电网中，涡轮转子通常必须在50Hz或60Hz的工作频率下旋转。由于燃气涡轮在50Hz的工作频率下(50Hz燃气涡轮)的功率和效率大于在对应的60Hz燃气涡轮情况下的功率和效率，所以以下也得到关注，即，使用50Hz燃气涡轮来在60Hz的电网频率(60Hz电网)下为电网供电。出版物“CoggingTorqueinCost-EffectiveSurface-MountedPermanent-MagnetMachines”，YoungPang等人，IEEETransactionsonMagnetics，IEEEServiceCenter，NewYork，NY，US，第47卷，第9期，2011年9月1日，第2269-2276页公开了具有两极转子的旋转电机的配置，通过该配置，齿槽效应转矩可以被减小。出版物“DesignTechniquesforReducingtheCoggingTorqueinSurface-MountedPMMotors”，NicolaBianchi等人，IEEETransactionsonIndustryApplications，IEEEServiceCenter，Piscataway，NJ，US，第38卷，第5期，2002年9月1日，公开了一种旋转电机的配置，通过该配置，齿槽效应转矩可以被减小。为此目的，电机的转子的永磁体可以以相对于彼此偏移的方式而被布置。
技术实现思路
本专利技术的目的是实现涡轮的可用性，以便为电网供应电能，该涡轮的工作频率低于电网的电网频率。根据本专利技术的用于产生三相AC电压的系统包括至少一个三相发电机，该三相发电机具有两极转子，该两极转子具有两个磁极，这两个磁极相对于转子的转子旋转轴线以相对于彼此不均匀地沿周向偏移的方式而被布置；以及至少一个滤波器单元，能够被用来对通过三相发电机产生的三相AC电压的相电压滤波。由于根据本专利技术的三相发电机的转子的两个磁极的不均匀的沿周向偏移，转子的磁极不在垂直于转子的转子旋转轴线走向的公共轴线上，换句话说，转子的磁极相对于彼此并非处于通常的极间距180°。相反地，将一个磁极与转子旋转轴线相连接的轴线和将另一磁极与转子旋转轴线相连接的轴线被布置为呈钝角或锐角。这导致在转子的旋转方向在一个磁极之后的另一磁极位于比180°增加或减小的极间距。与通常的近似正弦的振荡相比较，这在三相发电机的定子的定子绕组中感应出相对大的失真振荡。所述振荡的特征在于，第一半波比第二半波进行得更快或更慢。所述感应电压的傅立叶分解包含各种频率范围内的各种振荡分量。取决于三相AC电压将要被馈送进入的相应电网的电网频率，这样的馈送进入不需要的那些振荡分量，特别是在其频率与电网频率相对应的振荡之外的所有振荡分量，可以通过合适的滤波器电路而从感应电压中被滤除。滤波器单元可以具有滤波器电路，该滤波器电路适于通过三相发电机产生的三相AC电压，并且适于要为其供电的电网的电网频率。为了形成这样的转子，可以制造一种特定的转子。作为备选方案，可以借助于传统转子，但是该传统转子的转子绕组被改变，以便实现转子的磁极的不均匀的沿周向偏移。这种类型的传统转子可以通过适当措施(例如，借助于可能存在的转子的非缠绕沟槽)来进行机械平衡，这些非缠绕沟槽填充有置换体。根据本专利技术的三相发电机可以被使用在用于产生三相AC电压的设备中，其中涡轮转子的工作频率或通过涡轮产生的驱动转速可以任意地低于如下电网的电网频率，该电网是三相AC电压将要被馈送进入的电网。在这种情况下，仅需转子的磁极之间的极间距适应涡轮转子的工作频率和电网的电网频率之间的相应差异即可。例如，当使用根据本专利技术的三相发电机时，可以使用驱动三相发电机转子的50Hz燃气涡轮产生60Hz的三相AC电压。于是，50Hz燃气涡轮由此可以被用来向60Hz电网供电。作为备选方案，还可以相应地使用50Hz蒸汽涡轮来为60Hz电网供电。与传统的60Hz燃气涡轮单元相比较，设置有根据本专利技术的三相发电机的设备的功率和效率更高。例如，由于50Hz燃气涡轮的最大功率比对应的60Hz燃气涡轮的最大功率高44％，所以大型60Hz发电设备可以被设计成具有更少的块。例如，对于目前已经利用四个60Hz燃气涡轮CCGT部分来实现的发电设备，现在在使用根据本专利技术的三相发电机的情况下，则可以用三个50Hz燃气涡轮CCGT部分来实现。结果是，省略了由燃气涡轮、发电机、开关联接器、罐、蒸汽涡轮和过程控制技术组成的整个部分，这导致成本大大节省。转子的旋转方向上的两个磁极之间的极角间距优选为210°。结果是，在定子绕组中感应出的电压振荡的第一半波比电压振荡的第二半波进行得更快。在这种情况下，转子的磁南极可以例如相对于如下轴线成30°角布置，该轴线垂直于转子旋转轴线走向，并且转子的磁北极在该轴线上。这导致磁南极在转子旋转的相反方向上，以150°的极间距在磁北极之后。然后，在定子绕组中感应出的电压振荡的第一半波可以近似对应于，例如60Hz的半波，而电压振荡的第二半波可以对应于例如40Hz的半波。除了其他振荡分量之外，所述感应电压的傅里叶分解还包含40Hz、50Hz和60Hz的振荡。与通常的近似正弦50Hz的振荡相比较，转子的这种配置在定子绕组中感应出相对大的失真振荡。所述振荡的特征在于，振荡的第一半波比第二半波进行得更快。为了能够向60Hz电网供应三相AC电压，所有不需要的振荡分量(换句话说，60Hz振荡之外的所有振荡分量)都可以通过合适的滤波器电路而从感应电压中被滤除。优选地，三相发电机包括定子，该定子具有至少一个分数节距定子绕组。通过定子绕组的分数节距的合适配置，可以对在三相发电机的转子和定子之间的气隙中旋转的旋转磁场滤波。作为备选方案或另外地，所述滤波也可以通过定子绕组的合适的其他配置(特别是几何配置)来实现。所述滤波可以减少通过三相发电机产生的三相AC电压中的不期望的振荡分量。定子优选为60Hz定子，转子优选为50Hz转子。这意味着定子是三相发电机的定子，工作频率为60Hz，转子是三相发电机的转子，工作频率为50Hz。50Hz转子通过50Hz涡轮来驱动。优选地，滤波器单元在通过三相发电机产生的三相AC电压的每相上包括一个串联谐振电路。每个串联谐振电路包括电容和电感，电容和电感与相应的滤波进行协调，以便能够向相应的电网馈送三相AC电压，该电压的频率与电网的电网频率相对应。根据本专利技术的用于产生三相AC电压的设备包括至少一个涡轮以及根据上文所提及的配置中的一个配置或其任意组合的至少一个系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于产生三相AC电压的系统(13)，其特征在于：至少一个三相发电机(1)，具有一个两极转子(2)，所述两极转子(2)具有两个磁极(3、4)，所述两个磁极(3、4)相对于所述转子(2)的转子旋转轴线(7)以相对于彼此不均匀地沿周向偏移的方式而被布置；以及至少一个滤波器单元(16)，能够被用来对通过所述三相发电机(1)产生的三相AC电压的多个相电压滤波。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.18 EP 16170135.41.一种用于产生三相AC电压的系统(13)，其特征在于：至少一个三相发电机(1)，具有一个两极转子(2)，所述两极转子(2)具有两个磁极(3、4)，所述两个磁极(3、4)相对于所述转子(2)的转子旋转轴线(7)以相对于彼此不均匀地沿周向偏移的方式而被布置；以及至少一个滤波器单元(16)，能够被用来对通过所述三相发电机(1)产生的三相AC电压的多个相电压滤波。2.根据权利要求1所述的系统(13)，其中所述转子(2)的旋转方向上的所述两个磁极(3、4)之间的极角间距(8)为210°。3.根据权利要求1或2所述的系统(13)，具有一个定子(5)...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·耶克尔，M·克洛克，C·莱曼，MP·皮克茨克，H·罗曼诺夫斯基，M·施马尔，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE