采用带有换向器的电机，因为换向器片的数量远大于电子开关的个数，所以换向后的交流电波形远胜电子变频器，可节省滤波器成本，在本发明专利技术的变频电机中，既有适合带储能电池的DC/AC变频电机，也有适合励磁同步发电机的、能将变化频率的交流电改变为固定工频的AC/AC变频电机，由于采用了特殊的结构，从而解决了复杂的电枢反应和交流换向器的短路环流问题，也消除了机电能量变换的能耗，使变频电机的效率接近电子变频器，而变频电机的波形好、谐波少、性价比高的优点犹为突出。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电机
具体地说是提出一种用换向器电机代替电子变频器构成的直流/交流或交流/交流变流电机装置。
技术介绍
风能发电是能源效益和环境效益俱佳的新能源，但采用变速同步发电机所能产生的交流电，是频率甚至电压都在变化的电能，这些电能只有逆变成交流工频标准电压后，才适合供大多数电器利用，所以供电系统必须配置价格昂贵的电子变流器，由于电子变流器技术复杂、价格昂贵，增加了系统成本，此外，电子变流器的波形差、谐波大、滤波器设计复杂，电子元器件耐受电压电流冲击能力弱，易损难修。
技术实现思路
本专利技术的目的是采用一种新结构的变频电机装置来代替电子逆变器，以有效降低整个风能发电系统的成本。而采用传统的电动机拖动发电机变频发电的落后方案，因机组庞大质重、且效率低下等原因不为产业界所乐意接受。本专利技术是一种采用电机实现变频的低成本系统装置，即一种由转子电枢绕组(1)、换向器(2)和滑环(4)构成的同步风力发电变频电机系统，换向器电刷(3)和滑环电刷(5)用作电枢绕组的输出入通道，其特征为，电机转子上有单一电枢绕组(1)；系统由合适控制器控制变频电机转速和电压，使换向器符合一定的切换速度要求；从而能将输入电机的直流电或变化频率的交流电改变为恒频恒压的工频交流电输出。众所周知，通过电动/发电机组装置，很容易将直流电或某一频率的交流电改变为另一频率的交流电，这就需要二台电机，不但用材多、造价高，且经受电能转变为机械能，然后再将机械能转变为另一频率交流电能的二次机电能量转换，损耗大、效率低。采用本专利技术的单一电枢借助换向器的电机变频，降低了机组体积、重量和制造成本，而且消除了机电能量变换这一机理性过程，变换能耗大幅减小，使机组效率远超传统的电动发电机组，而能与电子系统的效率相比拟，机组的性价比高，波形好、谐波少、基本上不需要滤波器，电机耐受电压电流冲击能力强，短时过载倍数高，不易损坏，即使损坏，修理也较容易，且修理成本低。附图说明图1、本专利技术的DC/AC变频机方案简要电机结构图。图2、DC/AC变频机方案磁场控制器系统接线图。图3、本专利技术的AC/AC变频机方案中的变频机简要结构图。图4、直流电机换向器与其电刷位置的关系图。图5、交流电机换向器与其电刷位置的关系图。图6、AC/AC变频机电枢绕组结构示意图。图7、AC/AC变频机双绕组无环流换向器与其电刷位置关系的示意图。图8、AC/AC变频机系统示意图。具体实施方式从直流电机的基本结构可知，转子电枢一般由转子外圆柱圆周面上的a个绕组镶嵌在线槽中，结成环形连接，每个绕组端尾与下一绕组端头连接后再依此接到每个换向器片，换向器(2)总共有a片换向片；交流转枢式电机电枢结构为，将电枢绕组等分成m等分，引向m个滑环，就可以输出m相交流电。电机也可以有多组滑环和电刷，以从发电机组中引出二组多相交流电压或多组多相交流电压，例如一组三相电压和一组五(七)相电压，三相电压可以用于风电场内自用电，而五(七)相电压整流器采用直流增能技术法，风电系统的效率高，直流输出功率增大，而且系统能能增加10％以上的风电捕获量，详见中国专利201210234129.x《直流电增能的方法》。但要注意，这多组交流电源是相互有直接电气通路的，如要规避，须增加隔离变压器。本电机系统有两种结构的技术方案，即DC/AC变频机方案和AC/AC变频机方案。前者适用于带直流储能设施的风电系统，而后者适合于大型励磁同步风电系统。图1为本专利技术的DC/AC变频机方案简要电机结构图。即先将同步风力发电机所发电能整流成为直流电，然后通过本专利技术的DC/AC变频机，再输出恒定频率的工频交流电。DC/AC变频机主体为转子电枢(1)，一组换向器(2)、换向器电刷(3)和一组滑环(4)、一组滑环电刷(5)，以及定子磁场(6)，其中换向器电刷二个，分接直流输入的正负极，滑环电刷三个，输出ABC三相电压，其特征为，变频机定子磁场(6)分成二部分：分别由D轴磁轭(61)和Q轴磁轭(62)构成磁路，每个磁轭上有二组励磁绕组，分为(611、612、621和622)四组，同种磁轭上的同种绕组可以采用串联或并联连接，磁场控制器(7)用于向励磁绕组(611、612、621和622)输送励磁电流。可以将本专利技术的DC/AC变频机结构看作一台增加了滑环和电刷的直流电动机，也可以看作一台增加了换向器和电刷的转枢式交流同步发电机，但是这里既不是电动机也不是发电机，因为在本结构的电机中并不存在机电能量转换。按电机的电枢结构，如果选m＝3，在该3等分绕组的端点引出接3个滑环，那么通过滑环电刷向外就可以引出一组三相交流电。假定电极的极对数p＝1，电机转速稳定在3000(3600)rpm时，从DC/AC变频机滑环电刷处就可以输出50(60)Hz的三相工频交流电。当然，作为电机的基本结构，除上述定子、转子主体结构外，还应包括转轴、壳体、端盖、轴承、风扇、电刷架、接线盒等附件，在本专利技术中不作详细阐述。众所周知，虽然输入本专利技术DC/AC变频机的是直流电，但电枢在运转过程中，每个绕组切割磁力线产生感应电势，也可以认为换向器将直流电在每个电枢绕组中自动换向为交流电，所以与电枢绕组位置相对静止的电机滑环就会产生交流电压输出。DC/AC变频机的工作过程为：1、通过磁场控制器向励磁绕组611输入励磁电流，建立电机工作的主磁通。然后在换向器电刷处输入直流电压Ud，则在滑环电刷的ABC端可得到三相交流电压Ua。Ua≈0.61Ud (式1)2、调节励磁绕组611中的励磁电流，使变频机转速为3000(3600)rpm。3、在励磁型风力发电机中，直流电压Ud一般是靠调节发电机的励磁绕组电流实现的；在永磁型风力发电机中，直流电压Ud一般是靠整流器或调压器来调节的。4、在整个风电系统中，通过上述的电压和转速调节，使直流输入电压和转速保持额定值，则变频机将输出恒频恒压的交流功率，本专利技术的系统可以组成直接供电的独立电网，或者通过并网装置将电能输入电网。本专利技术的装置在结构上可看作将直流电动机与交流发电机复合而成的新功能机型，不管是直流电机还是交流电机，当电枢中流过电流时，都会产生电枢反应，而直流电机的电枢反应和交流电机的电枢反应，产生机理和处理原则完全不同，因此并不是在直流电机中增加一组滑环和电刷就能解决问题的。必须看到，复合后出现的电枢反应是一种远比单一本文档来自技高网...
【技术保护点】
由转子电枢绕组(1)、换向器(2)和滑环(4)构成的同步风力发电变频电机系统，换向器电刷(3)和滑环电刷(5)用作电枢绕组的输出入通道，其特征为，装置转子上有单一电枢绕组(1)；系统由合适控制器控制变频电机转速和电压，使换向器符合一定的切换速度要求；从而能将输入电机的直流电或变化频率的交流电改变为恒频恒压的工频交流电输出。
【技术特征摘要】
1.由转子电枢绕组(1)、换向器(2)和滑环(4)构成的同步风力发电变频
电机系统，换向器电刷(3)和滑环电刷(5)用作电枢绕组的输出入通道，其特征
为，装置转子上有单一电枢绕组(1)；系统由合适控制器控制变频电机转速和电压，
使换向器符合一定的切换速度要求；从而能将输入电机的直流电或变化频率的交流
电改变为恒频恒压的工频交流电输出。
2.权利要求1所述的同步风力发电变频电机系统，其特征为，电枢绕组(1)
上的a个绕组镶嵌在线槽中，结成环形连接，绕组每个端点接到每个换向器片，换
向器(2)总共有a片换向片，换向片可以输入直流电，也可以输出交流电；同时，
将电枢绕组等分成m等分，引向m个滑环，可以输出m相交流电，当m＝3时，即
可输出三相交流电。
3.权利要求1和权利要求2所述的同步风力发电变频电机系统，其特征为，
电机有多组滑环和电刷，以从发电机组中引出二组多相交流电压或多组多相交流电
压。
4.权利要求1所述的同步风力发电变频电机系统，其特征为，变频机定子
磁场(6)分成二部分：分别由D轴磁轭(61)和Q轴磁轭(62)构成磁路，每个磁
轭上有二组励磁绕组，分为(611、612、621和622)四组，同种磁轭上...
【专利技术属性】
技术研发人员：於岳亮，於菲，
申请(专利权)人：上海稳得新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31
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