风力发电用模块化电励磁磁通切换发电机制造技术

一种风力发电用模块化电励磁磁通切换发电机，其内部由壳体、定子组件、转子组件组成，定子组件上嵌放电枢绕组和励磁绕组两套绕组，励磁绕组位于电枢绕组外侧，励磁绕组连接控制器，通过控制器及变压器与电网连接用作交流励磁，电励磁磁通切换风力发电机一方面连接至控制器，另一方面通过不可控整流桥及三相逆变器连接至升压变压器接入工频电网用作电能输出，三相逆变器输出逆变控制信号到控制器中；控制器再通过励磁电流控制电励磁磁通切换风力发电机，子定子模块由励磁绕组和电枢绕组组成，镶嵌于软铁内的励磁绕组设置于电枢绕组上方，该励磁绕组位置可移动，通过对励磁绕组内电流大小的控制使得励磁磁场产生变化。

【技术实现步骤摘要】
风力发电用模块化电励磁磁通切换发电机
本专利技术涉及一种风力发电设备，具体涉及一种发电机内部结构改进。
技术介绍
随着全社会对能源和环境问题的持续关注，可再生能源的开发利用正呈现出加速发展的趋势。风能作为目前人类所掌握的开发应用技术最为成熟的可再生能源之一，凭借其可开发量大、分布区域广、安全环保等优点，在社会经济可持续发展中发挥着重要的作用。中国资源综合利用协会可再生能源专业委员会发布数据显示，2011年中国已投入运营的装机总容量高达41800MW，超过美国成为全球风力发电装机容量最大的国家。而同年的日本福岛核泄漏事件，再一次引发了全球性的对新能源安全问题的深刻反省与思考，使得风能的开发利用在国家新能源战略中的地位日趋凸显。风力发电系统是将机械能转化为电能的装置，同时也是将原动力与输出电能相连接的工具，它不仅直接影响到输出电能的质量和效率，也影响到整个风电转换系统的性能和结构。因此，国内外学者对风力发电系统及其部件进行了广泛深入的研究，先后提出了失速型异步发电系统、双馈型变速恒频发电系统、高速永磁发电系统、低速直驱永磁发电系统、中速半直驱永磁发电系统等多种类型风力发电系统及其相应控制策略，使风力发电系统的容量和性能都得到了显著提升，并获得了日益广泛的应用。综观目前国内外己投运和正在研发的风力发电系统，基本可归为两大类，第一类是以机械式增速齿轮箱为中间环节的高速发电系统，由于风能是能量密度较低的一种能源，由风能驱动的风力机工作在较低的转速（几十转/分），传统的同步或异步发电机由于极数限制，转速通常都较高，因此该类型系统必须采用多级齿轮箱对风力机转速进行增速，使之接近异步电机的额定转速。但增速齿轮箱不仅体积大、笨重，而且故障率高，需要经常维护，是风力发电系统中最薄弱的环节；第二类是近年出现的直驱风力发电系统，取消了增速齿轮，因此具有效率高、动态响应快、维护费用低等优点。然而，由于直驱发电机在每分钟几十转的低速下工作，为保证其输出电压和频率在正常的范围内，发电机需要采用较大的定转子直径和较多的极对数，体积大，质量重，给发电机的设计、制造、运输和安装等增加了很大难度。
技术实现思路
本专利技术之基本目的在于提供一种风力发电机，其具有励磁调节结构，当风速变化时，实时调节励磁电流，可使电枢绕组输出电压保持不变，构成直驱式风电系统。并进一步提供了其控制原理。进一步的提供了具有励磁功能的模块化定子。进一步的，在提供通过励磁调节结构的同时，提供了一种在励磁调节电流一定的情况下，改变励磁磁场强度的机械装置。进一步的，提供了与风电发电机工作环境相适应的高温抗退磁转子磁极材料及其制备方法。进一步的，提供了增强励磁调节结构的软磁体，使得励磁磁场得以加强，并进一步提供了与风电发电机工作环境相适应的软磁体材料，并进一步提供了其制备方法。为了解决本专利技术最基本的问题，本专利技术提供了一种电励磁磁通切换发电机，其内部由发电机壳体、定子、转子组成，定子上嵌放电枢绕组和励磁绕组两套绕组，励磁绕组位于电枢绕组外侧，电枢绕组接入工频电网用作电能输出，励磁绕组连接控制器，通过升压变压器与电网连接用作交流励磁，电励磁磁通切换发电机一方面连接至控制器，另一方面通过不可控整流桥及三相逆变器连接至升压变压器，三相逆变器输出反馈信号到控制器中；控制器再通过励磁控制电励磁磁通切换发电机。进一步的，风力发电用模块化电励磁磁通切换发电机，其定子内部设有含励磁绕组与电枢绕组的子定子模块，该励磁绕组位置可移动，同时含有控制励磁绕组移动的运动控制机构。风力发电用模块化电励磁磁通切换发电机含有定子组件和转子组件，定子组件和转子组件同心设置，所述定子组件是固定的，转子组件被配置在定子组件中心，驱动轴延伸连接转子组件到风机的中央轮毂，驱动轴机械地通过一个齿轮箱与发电机的转子组件通过机械耦合连接。该定子组件包括有一定子组件环形外壳，多个子定子模块从定子组件环形外壳向转子组件的径向内侧突出，定子组件保持在发电机的操作期间保持静止，为发电机结构的非旋转部件。多个子定子模块镶嵌于定子组件环形外壳内，子定子模块和定子组件环形外壳由铁磁材料构成。转子组件包括框架和转子磁极，具有多个转子磁极沿周向分布在框架上，驱动轴被支承在轴承中，从而使得转子组件在圆筒形的定子组件中稳定的运行，使得定子组件中的子定子模块与转子磁极之间形成径向空气间隙。风力发电机本体由镶嵌于发电机壳体内的定子组件和与定子组件同轴设置的转子组件组成，定子组件由硅钢导磁框架与镶嵌于硅钢导磁框架内的子定子模块组成，子定子模块由励磁绕组和电枢绕组组成，镶嵌于软铁内的励磁绕组设置于电枢绕组上方，通过对励磁绕组内电流大小的控制使得励磁磁场产生变化。励磁绕组镶嵌于软铁内，软铁设置在绕组空腔内，且可以在绕组空腔内自由滑动，励磁绕组通过滑轨电枢与励磁控制线滑动电连接，从而在软铁滑动的过程中保证励磁绕组持续通电，保证了励磁调节效果。励磁控制线、电力输出线均通过内嵌于发电机壳体中连出发电机，分别连接控制系统与电力输出系统。软铁上设置有软铁上耳、软铁下耳作为滑动控制的连接部件，软铁上耳、软铁下耳设置于电机的轴线方向，软铁上耳末端设置有上导块，软铁下耳设置有下导块，上导块与下导块均与导轨滑动连接，从而保证了软铁沿发电机的径向移动，上导块或下导块之一连接有万向铰链，万向铰链通过调节连杆连接到设置在齿环侧面的万向铰链上，通过齿环的转动带动调节连杆运动进而带动软铁沿着导轨的方向运动，从而通过调节软铁进入电枢绕组的程度来改变励磁磁场对电枢绕组的影响，来加强或者减弱转子产生的磁场。齿环内面设有内齿环，外面设有外齿环，内齿环与设置于电机发电机壳体侧面上的齿环座上的齿环配合，外齿环与步进电机带动的动力齿轮配合，步进电机的正反方向转动，通过动力齿轮带动设置在齿环座上的齿环做周向运动，进而通过万向铰链带动调节连杆，再通过与调节连杆连接的万向铰链带动软铁沿导轨做往复运动，来改变励磁磁场对电枢绕组的影响。控制器与发电机内部具有励磁控制线与步进电机控制线两路控制线连接，可以通过对三相逆变器的反馈信号的分析来调节励磁绕组电流强度和方向的同时调节步进电机来改变励磁绕组位置，进而改变励磁磁场相对电枢绕组的相对强度。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1)由于励磁电流可以连续调节，当风速变化时，实时调节励磁电流，可使电枢绕组输出电压保持不变，因此可省去增速齿轮箱，构成直驱式风电系统;2)当励磁绕组断掉不能提供励磁磁场时，切除励磁绕组，此时电机为开关磁阻电机结构，系统可运行于开关磁阻电机发电模式，具备一定的容错控制性能;3)发电机运行时，电枢输出电压幅值可保持恒定，因而降低了由电力电子器件构成的功率变换器的控制难度;4)电机定子部分的模块化结构，可以为电机提供足够的冷却空间，并且便于励磁绕组的模块化设计，因此易于运输以及现场安装。附图说明图1为本专利技术的基本实施例结构示意图；图2为本专利技术的基本实施例控制方式示意图；图3为本专利技术的模块化实施例结构示意图；图4为本专利技术的模块机械升降控制结构示意图；图5为本专利技术的电机轴向内部剖视图；图6为本专利技术的子定子模块结构示意图；图7为本专利技术的模块化实施例控制方式示意图。附图标记：1-1发电机壳体1-2励磁绕组1-3电枢绕组1-4转子1-6定子1发电机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风力发电用模块化电励磁磁通切换发电机，其内部由壳体、定子组件、转子组件组成，其特征在于：定子组件上嵌放电枢绕组和励磁绕组两套绕组，励磁绕组位于电枢绕组外侧，励磁绕组连接控制器，通过控制器及变压器与电网连接用作交流励磁，电励磁磁通切换风力发电机一方面连接至控制器，另一方面通过不可控整流桥及三相逆变器连接至升压变压器接入工频电网用作电能输出，三相逆变器输出逆变控制信号到控制器中；控制器再通过励磁电流控制电励磁磁通切换风力发电机。

【技术特征摘要】
1.一种风力发电用模块化电励磁磁通切换发电机，其内部由发电机壳体、定子组件、转子组件组成，其特征在于：定子组件上嵌放电枢绕组和励磁绕组两套绕组，励磁绕组位于电枢绕组外侧，励磁绕组连接控制器，电励磁磁通切换风力发电机一方面连接至控制器，另一方面通过不可控整流桥及三相逆变器连接至升压变压器接入工频电网用作电能输出，三相逆变器输出反馈信号到控制器中；控制器再通过励磁电流控制电励磁磁通切换发电机，定子组件镶嵌于发电机壳体内，转子组件与定子组件同轴设置，定子组件由硅钢导磁框架与镶嵌于硅钢导磁框架内的子定子模块组成，子定子模块由励磁绕组和电枢绕组组成，镶嵌于软铁内的励磁绕组设置于电枢绕组上方，该励磁绕组位置可移动，通过对励磁绕组内电流大小的控制使得励磁磁场产生变化，同时含有控制励磁绕组移动的运动控制机构。2.如权利要求1所述的一种风力发电用模块化电励磁磁通切换发电机，其特征在于：该定子组件包括有一定子组件环形外壳，多个子定子模块从定子组件环形外壳向转子组件的径向内侧突出，定子组件保持在发电机的操作期间保持静止，为发电机结构的非旋转部件，多个子定子模块镶嵌于定子组件环形外壳内，子定子模块和定子组件环形外壳由铁磁材料构成；转子组件包括框架和转子磁极，具有多个转子磁极沿周向分布在框架上，驱动轴被支承在轴承中，从而使得转子组件在圆筒形的定子组件中稳定的运行，使得定子组件中的子定子模块与转子磁极之间形成径向空气间隙；励磁绕组镶嵌于软铁内，软铁设置在绕组空腔内，且可以在绕组空腔内自由滑动，励磁绕组通过滑轨电枢与励磁控制线滑动电连接，从而在软铁滑动的过程中保证励磁绕组持续通电；励磁控制线、电力输出线均通过内嵌于发电机壳体中连出发电机，分别连接控制系统与电力输出系统。3.如权利要求2所述的一种风力发电用模块化电励磁磁通...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔祥新，邢丽娟，王婷，谭力强，
申请(专利权)人：曲阜师范大学，
类型：发明
国别省市：山东;37