套叠式双转子发电机变速恒频励磁控制系统技术方案

一种套叠式双转子风电机励磁系统及其发电机，其中，发电机的主、副风轮上设置可将转速的信号传送到机组集控装置的主风轮转速测量装置副风轮转速测量装置；机组集控装置具有与风速检测装置联结的端口、与风向检测装置联结得端口、与上位机传输数据的端口；偏航控制器与机组集控装置以控制主风轮下风向旋转的方式联结；主风轮与副风轮分别配置调节桨距角的主风轮变桨距调节机构、副风轮变桨距调节机构，主、副风轮变桨距调节机构与机组集控装置均以控制风轮变桨距调节机构变桨的方式联结。本案采用双风轮机构的发电机，偏航控制器负责控制主风轮下风向对风旋转，主力发电；副风轮上风向对风反向旋转，辅助发电，有效提高了机组效能。

【技术实现步骤摘要】
套叠式双转子风电机励磁系统及其发电机                         
本专利技术涉及风力发电机，特别是具有套叠式双转子励磁构造的变速恒频发电机及其励磁控制系统。                         
技术介绍
习知技术如中国专利CN200510022771.1公开了一种风力发电的变速恒频方法，其特点是，首先将风力机转子的转速通过增速齿轮箱增速，然后将变速产生的输入功率输入差动永磁电机的输入轴，由差动永磁电机的差速机构进行功率分流或合流产生功率流进入差动永磁电机的定子绕组经馈线对电网实现恒速恒频发电，以提高发电系统的发电效率。又如中国专利CN200410009701.8公开了一种采用双馈感应电机作为发电机的变速恒频风力发电系统及其并网控制方法。包括双馈感应电机，励磁变换器，DSP单元，电量采集单元、速度、位置测量单元以及驱动单元。它对励磁变换器进行控制，利用励磁变换器控制双馈发电机定子产生电压，对电机电压相位、幅值和频率同时控制，无需单独进行电网电压与电机定子电压同步；在电机速度范围在0～0.5s时，驱动单元开始驱动励磁变换器，这样，电机并网的转速速度范围很宽，并网控制对速度要求不严格，同时，控制过程采用电流开环控制，简化了系统，减轻了系统处理器的负担，使得电流控制变得简易行，使得双馈电机易于并网。中国专利申请99127259.5公开了一种高效率利用风能方法及全转子双风轮风力发电机和教具玩具全转子双风轮风力发电机。当风吹动第一个风轮旋转时，透过风轮后面的风和风轮转动产生的空气流推动第二个风轮旋转，风轮带动轴杆向右旋转，风轮带动轴管向左旋转做机械功的方法。全转子双风轮风力发电机的风轮带动轴杆上的磁极转子在轴承的支承下向右旋转，风轮-->带动轴管上的发电转子在轴承的支承下向左旋转，线圈切割磁力线发出电流。习知风力发电机组通过齿轮箱将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转速；通常风轮的转速很低，远达不到高速发电机所要求的发电转速，必须通过齿轮箱齿轮副的增速作用来实现；而风力发电机机组的工况环境一般很差，齿轮箱频发故障是常有的事。习知技术制造的产品可靠性差，维护成本高，机组效率低。业界希望利用无刷双馈电机技术的无刷结构和较宽的变速恒频运行范围，结合安装于双转子传动轴上相互反向旋转的双凤轮高效利用风能的技术优势，去掉齿轮箱和复杂的控制系统实现发电机组的变速恒频运行。                         
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题在于，克服袭用技术存在的上述缺陷，而提供一种套叠式双转子风电机励磁系统及其发电机。本案目的之一是提供一种套叠式双转子风电机励磁系统；本案目的之二是提供一种套叠式双转子变速恒频发电机。本专利技术解决套叠式双转子风电机励磁系统技术问题是采取以下技术方案来实现的，依据本专利技术提供的一种套叠式双转子风电机励磁系统，包括前述发电机M，其中，发电机的副传动轴上配置由该副传动轴传动的相对定子旋转的永磁内转子；发电机的主传动轴上配置由该主传动轴传动的相对定子旋转的环形转子；该环形转子又呈环抱永磁内转子并可绕永磁内转子旋转的构造配置；所述环形转子的环形转子内侧绕组的极对数与永磁内转子极对数一致设置为Pe对极；环形转子外侧绕组的极对数与定子绕组极对数一致设置为Pg对极，所述环形转子外侧绕组与内侧绕组通过环形转子绕组间连接线反相序连接；前述的主、副风轮上设置可将转速的信号传送到机组集控装置的主风轮转速测量装置、副风轮转速测量装置；机组集控装置具有与风速检测装置联结的端口、与风向检测装置联结得-->端口、与上位机传输数据的端口；偏航控制器与机组集控装置以控制主风轮下风向旋转的方式联结；所述的主风轮与副风轮分别配置调节桨距角的主风轮变桨距调节机构、副风轮变桨距调节机构，所述的主、副风轮变桨距调节机构与机组集控装置均以控制风轮变桨距调节机构变桨的方式联结；在发电机的电压输出端依次连接可对发电机输出电压加以限制、同期后软并网、停机时软解裂的并网控制装置、和升压变压器，再与外电网联接；在并网控制装置、和升压变压器之间依次配置与机组集控装置联结的输出电压测量装置、与机组集控装置联结的输出电流检测装置、及与机组集控装置联结的电网频率检测装置；在发电机与并网控制装置之间配置与机组集控装置联结的空载检测装置。本案解决套叠式双转子风电机励磁系统技术问题还可以依以下技术措施来进一步实现：前述的套叠式双转子风电机励磁系统，其中，所述主、副风轮变桨距调节机构构造相同，它由变桨伺服机构与变桨控制装置组成，所述机组集控装置通过变桨控制装置与变桨伺服机构呈根据检测到的桨距角变化进行主风轮和副风轮转速调节的方式联结。前述的套叠式双转子风电机励磁系统，其中，所述的主风轮与副风轮内分别配置副风轮桨距角测量装置、主风轮桨距角测量装置。前述的套叠式双转子风电机励磁系统，其中，所述主风轮的叶片扫风面积设置为副风轮的叶片扫风面积2-5倍；所述环形转子外侧绕组极对数Pg设置为大于环形转子内侧绕组极对数Pe。前述的套叠式双转子风电机励磁系统，其中，所述主、副风轮变桨距调节机构由伺服电机驱动；该变桨伺服机构与机组集控装置呈可依桨距角的变化对主风轮和副风轮进行转速调节的方式电气联结；所述主风轮叶片扫风面积约是副风轮的叶片扫风面积的3倍。-->前述的套叠式双转子风电机励磁系统，其中，所述的扫风面积是风轮旋转形成的面积；所述的主风轮下风向旋转，副风轮上风向反向旋转；制动器与机组集控装置以当副风轮转速为0时可启动工作的电气方式联结。前述的套叠式双转子风电机励磁系统，其中，发电机的主风轮配置在主传动轴上，在风力作用下相对具有Pg极对数的定子以Nzr速度旋转，且主风轮转速满足下述关系式：Nzr=60×(fg-fe)Pg+Pe]]>其中：Nzr表示主风轮转速；Pg表示定子绕组极对数；Pe表示永磁内转子的极对数；fg表示定子频率；fe表示永磁内转子折算频率；发电机的的副风轮2配置在副传动轴上，该副风轮带动永磁内转子以Ne速度相对主风轮反向旋转，且永磁内转子折算频率满足下述关系式：fe=Ne×Pe60]]>其中：Ne表示副风轮相对定子转速；在副传动轴上配置以Nzre转速相对旋转的、具有Pe极对数的永磁内转子，永磁内转子相对环形转子旋转的转速满足下述关系式：Nzre＝Nzr+Ne其中：Nzre表示永磁内转子相对环形转子旋转的转速。本专利技术解决套叠式双转子变速恒频发电机技术问题是采取以下技术方案来实现的，依据本专利技术提供的一种套叠式双转子变速恒频发电机，包括发电机主体，其中，发电机的永磁内转子通过副传动轴传动、呈相对定子旋转的构造装置在发电机主体机壳内；发电机的环形转子通过主传动轴传动，该环形转子呈环抱并可绕永磁内转子旋转的构造装置，且该环形转子呈相对定子旋转的构造配置；发电机定子与环形转子匹配设置；所述的环形转子由环抱永磁内转子的环形转子铁心和与环形转子铁心匹配结合的环形转子内侧绕组、环形转子外侧绕组组成，将借由副风轮传动的副传动轴与借由主风轮传动的主传动轴成可相互转动的联结方式同轴安装、由副传动轴将副风轮的动力传递给永磁内转子。本案解决套叠式双转子变速恒频发电机技术问题还可以依以下技术措本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种套叠式双转子风电机励磁系统，包括前述发电机Ｍ，其中，发电机的副传动轴（１２）上配置由该副传动轴传动的相对定子（１６）旋转的永磁内转子（１７）；发电机的主传动轴（１３）上配置由该主传动轴传动的相对定子旋转的环形转子（１４）；该环形转子又呈环抱永磁内转子并可绕永磁内转子旋转的构造配置；所述环形转子的环形转子内侧绕组（１４２）的极对数与永磁内转子极对数一致设置为（Ｐｅ）对极；环形转子外侧绕组（１４３）的极对数与定子绕组极对数一致设置为（Ｐｇ）对极，所述环形转子外侧绕组与内侧绕组通过环形转子绕组间连接线（１２３）反相序连接；前述的主、副风轮上设置可将转速的信号传送到机组集控装置（５）的主风轮转速测量装置（Ｇ）、副风轮转速测量装置（Ｇ１）；机组集控装置具有与风速检测装置（未图示）联结的端口（Ｄ１）、与 风向检测装置（未图示）联结得端口（Ｄ２）、与上位机传输数据的端口（Ｄ３）；偏航控制器（６）与机组集控装置以控制主风轮下风向旋转的方式联结；所述的主风轮与副风轮分别配置调节桨距角的主风轮变桨距调节机构（３８）、副风轮变桨距调节机构（２ ８），所述的主、副风轮变桨距调节机构与机组集控装置（５）均以控制风轮变桨距调节机构变桨的方式联结；在发电机的电压输出端依次连接可对发电机输出电压加以限制、同期后软并网、停机时软解裂的并网控制装置（７）、和升压变压器（８），再与外电网 联接；在并网控制装置、和升压变压器之间依次配置与机组集控装置联结的输出电压测量装置（Ｇ４）、与机组集控装置联结的输出电流检测装置（Ｇ３）、及与机组集控装置联结的电网频率检测装置（Ｇ２）；在发电机（Ｍ）与并网控制装置之间配置与机组集控装置联结的空载检测装置（Ｇ５）。...

【技术特征摘要】
1.一种套叠式双转子风电机励磁系统，包括前述发电机M，其中，发电机的副传动轴(12)上配置由该副传动轴传动的相对定子(16)旋转的永磁内转子(17)；发电机的主传动轴(13)上配置由该主传动轴传动的相对定子旋转的环形转子(14)；该环形转子又呈环抱永磁内转子并可绕永磁内转子旋转的构造配置；所述环形转子的环形转子内侧绕组(142)的极对数与永磁内转子极对数一致设置为(Pe)对极；环形转子外侧绕组(143)的极对数与定子绕组极对数一致设置为(Pg)对极，所述环形转子外侧绕组与内侧绕组通过环形转子绕组间连接线(123)反相序连接；前述的主、副风轮上设置可将转速的信号传送到机组集控装置(5)的主风轮转速测量装置(G)、副风轮转速测量装置(G1)；机组集控装置具有与风速检测装置(未图示)联结的端口(D1)、与风向检测装置(未图示)联结得端口(D2)、与上位机传输数据的端口(D3)；偏航控制器(6)与机组集控装置以控制主风轮下风向旋转的方式联结；所述的主风轮与副风轮分别配置调节桨距角的主风轮变桨距调节机构(38)、副风轮变桨距调节机构(28)，所述的主、副风轮变桨距调节机构与机组集控装置(5)均以控制风轮变桨距调节机构变桨的方式联结；在发电机的电压输出端依次连接可对发电机输出电压加以限制、同期后软并网、停机时软解裂的并网控制装置(7)、和升压变压器(8)，再与外电网联接；在并网控制装置、和升压变压器之间依次配置与机组集控装置联结的输出电压测量装置(G4)、与机组集控装置联结的输出电流检测装置(G3)、及与机组集控装置联结的电网频率检测装置(G2)；在发电机(M)与并网控制装置之间配置与机组集控装置联结的空载检测装置(G5)。2.如权利要求1所述的套叠式双转子风电机励磁系统，其特征在于，所述主、副风轮变桨距调节机构构造相同，它由变桨伺服机构(381、281)与变桨控制装置(382、282)组成，所述机组集控装置通过变桨控制装置与变桨伺服机构(381、281)呈根据检测到的桨距角变化进行主风轮和副风轮转速调节的方式联结。3.如权利要求1或2所述的套叠式双转子风电机励磁系统，其特征在于，所述的主风轮与副风轮内分别配置副风轮桨距角测量装置(G28)、主风轮桨距角测量装置(G38)。4.如权利要求3所述的套叠式双转子风电机励磁系统，其特征在于，所述主风轮的叶片扫风面积设置为副风轮的叶片扫风面积2-5倍；所述环形转子外侧绕组极对数Pg设置为大于环形转子内侧绕组极对数Pe。5.如权利要求4所述的套叠式双转子风电机励磁系统，其特征在于，所述主、副风轮变桨距调节机构由伺服电机(M38、M28)驱动；该变桨伺服机构与机组集控装置呈可依桨距角的变化对主风轮和副风轮进行转速调节的方式电气联结；所述主风轮叶片扫风面积约是副风轮的叶片扫风面积的3倍。6.如权利要求5所述的套叠式双转子风电机励磁系统，其特征在于，所述的扫风面积是风轮旋转形成的面积；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王华君，
申请(专利权)人：天津市新源电气科技有限公司，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]