变速恒频励磁控制系统技术方案

一种双转子变速恒频风电机，包括发电机主体中的发电机定子和通过主传动轴传动、相对该定子呈旋转构造设置的发电机转子，其中，励磁机通过装置主风轮的主传动轴与发电机主体同轴串装；永磁外转子以与励磁机内转子呈相对旋转的构造、且该永磁外转子呈相对发电机定子旋转的构造设置；所述副风轮呈可驱动永磁外转子的构造装置在副传动轴上；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方式同轴联结；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；本发明专利技术无需配置功率复杂的变流装置，有效的简化了机组构造，提高了机组运行效率和可靠性，降低了控制系统成本。

【技术实现步骤摘要】
双转子风电机及其变速恒频励磁控制系统                           
本专利技术涉及风力发电机，特别是串联永磁变速恒频励磁双转子风电机及具有该风电机的励磁控制系统。                           
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CN200410003089.3公开了一种MW级直接驱动永磁外转子同步风力发电机，它采用多极外转子结构。该发电机包括固定轴、转动轴、线圈绕组、永磁磁钢、铁芯、定子和外转子，其中转动轴通过轴承安装于固定轴上，定子通过定子支架安装于固定轴上，外转子通过转子支架安装于转动轴上，在绕组线圈和定子支架之间可以设有轴向的冷却通风道；在外转子和定子之间的迎风面设有保护罩。由于极数多，其转速很低，因而不需要增速齿轮箱配套，可以直接驱动发电；发电机无自带冷却风扇或外装冷却系统。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发电所要求的转速，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。习知的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，而提供一种双转子变速恒频风电机及其变速恒频励磁控制系统。本专利技术目的之一是提供一种双转子变速恒频风电机；本案目的之二是提供一种变速恒频风电机的励磁控制系统。本专利技术解决双转子变速恒频风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双转子变速恒频风电机，包括发电机主体中的发电机定子和通过主传动轴传动、相对该定子呈旋转构造设置的发电机转子，其中，励磁机通过装置主风轮的主传动轴与发电机主体同轴串装；永磁体设在永磁外转子的磁轭上构成励磁机的永磁外转子；该永磁外转子以与励磁机内转子呈相对旋转的构造、且该永磁外转子呈相对发电机定子旋转的构造设置；所述副风轮呈可驱动永磁外转子的构造装置在副传动轴上；所述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方式同轴联结。本案解决双转子变速恒频风电机技术问题还可采用以下技术措施进一步实现：前述的双转子变速恒频风电机，其中，所述的副风轮以相对主风轮反向旋转的传动构造配置；所述的副风轮呈上风向旋转结构设置；主风轮呈下风向旋转结构设置。前述双转子变速恒频风电机，其中，所述永磁体成组配置，其极对数与励磁机内转子极对数匹配；所述装置永磁体的磁轭设置在永磁外转子壳体内。前述的双转子变速恒频风电机，其中，所述副风轮与励磁机之间留有避免副风轮与塔架碰撞的预设间距。前述的双转子变速恒频风电机，其中，所述主、副传动轴均具有预设直径的中空通孔，该传动轴借由配置在发电机上的轴承和励磁机上的轴承支撑。本案解决变速恒频励磁控制系统的技术问题可以采用以下技术措施实现-->的，依据本专利技术提供的一种变速恒频励磁控制系统，包括风电机，其中，所述风电机中，发电机定子和通过主传动轴传动、相对该定子呈旋转构造设置的发电机转子，励磁机通过装置主风轮的主传动轴与发电机主体同轴串装；永磁体设在永磁外转子的磁轭上构成励磁机的永磁外转子；该永磁外转子以与励磁机内转子呈相对旋转的构造、且该永磁外转子呈相对发电机定子旋转的构造设置；所述的副风轮呈可驱动永磁外转子的构造装置在副传动轴上；所述的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方式同轴联结；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。本案解决变速恒频励磁控制系统的技术问题还可以采用以下技术措施来进一步实现：前述的变速恒频励磁控制系统，其中：所述风电机的副风轮以相对主风轮反向旋转的传动构造配置；主风轮呈下风向旋转结构设置；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；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；前述的变速恒频励磁控制系统，其中：所述风电机的永磁体成组配置，其极对数与励磁机内转子极对数匹配；所述装置永磁体的磁轭设置在永磁外转子壳体内；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。前述的变速恒频励磁控制系统，其中：所述风电机的主风轮叶片扫风面积约是副风轮的叶片扫风面积的3倍，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；所述副风轮与励磁机之间留有避免副风轮与塔架碰撞的预设间距；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。前述的变速恒频励磁控制系统，其中：所述定子绕组极对数Pg设置为大于永磁外转子极对数Pe，所述配置在主传动轴上的主风轮，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配置：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表示永磁外转子的极对数；fg表示定子频率；fe表示永磁外转子折算频率；所述定子绕组极对数可以是3倍的永磁外转子极对数；所述励磁机内转子绕组极对数设置为Pe对极；所述发电机转子绕组极对数设置为Pg对极；所述的励磁机内转子绕组与发电机转子绕组通过转子间连接线反相序连接；风电机的的副风轮配置在副传动轴上，该副风轮带动永磁外转子以Ne速度旋转，且永磁外转子折算频率满足下述关系式：fe=本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双转子变速恒频风电机，包括发电机主体中的发电机定子（１６）和通过主传动轴（１３）传动、相对该定子（１６）呈旋转构造设置的发电机转子（１４），其特征在于，励磁机（４）通过装置主风轮（３）的主传动轴与发电机主体同轴串装；永磁体（４３）设在永磁外转子的磁轭（４２）上构成励磁机的永磁外转子（４１）；该永磁外转子以与励磁机内转子（４５）呈相对旋转的构造、且该永磁外转子呈相对发电机定子旋转的构造设置；所述的副风轮呈可驱动永磁外转子的构造装置在副传动轴上；所述的借由副风轮传动的副传动轴（１２）与借由主风轮传动的主传动轴（１３）成可相互转动的方式同轴联结。

【技术特征摘要】
1.一种双转子变速恒频风电机，包括发电机主体中的发电机定子(16)和通过主传动轴(13)传动、相对该定子(16)呈旋转构造设置的发电机转子(14)，其特征在于，励磁机(4)通过装置主风轮(3)的主传动轴与发电机主体同轴串装；永磁体(43)设在永磁外转子的磁轭(42)上构成励磁机的永磁外转子(41)；该永磁外转子以与励磁机内转子(45)呈相对旋转的构造、且该永磁外转子呈相对发电机定子旋转的构造设置；所述的副风轮呈可驱动永磁外转子的构造装置在副传动轴上；所述的借由副风轮传动的副传动轴(12)与借由主风轮传动的主传动轴(13)成可相互转动的方式同轴联结。2.如权利要求1所述的双转子变速恒频风电机，其特征在于，所述的副风轮(2)以相对主风轮反向旋转的传动构造配置；所述的副风轮呈上风向旋转结构设置；主风轮呈下风向旋转结构设置。3.如权利要求1或2所述的双转子变速恒频风电机，其特征在于，所述的永磁体(43)成组配置，其极对数与励磁机内转子极对数匹配；所述装置永磁体(43)的磁轭(42)设置在永磁外转子壳体(410)内。4.如权利要求3所述的双转子变速恒频风电机，其特征在于，所述副风轮与励磁机之间留有避免副风轮与塔架碰撞的预设间距(L)。5.如权利要求4所述的双转子变速恒频风电机，其特征在于，所述的主、副传动轴均具有预设直径的中空通孔(130)，该传动轴借由配置在发电机上的轴承(115、116)和励磁机上的轴承(147、148)支撑。6.一种变速恒频励磁控制系统，包括风电机(M)，其特征在于，所述风电机(M)中，发电机定子(16)和通过主传动轴(13)传动、相对该定子(16)呈旋转构造设置的发电机转子(14)，励磁机(4)通过装置主风轮(3)的主传动轴与发电机主体同轴串装；永磁体(43)设在永磁外转子的磁轭(42)上构成励磁机的永磁外转子(41)；该永磁外转子以与励磁机内转子(45)呈相对旋转的构造、且该永磁外转子呈相对发电机定子旋转的构造设置；所述的副风轮呈可驱动永磁外转子的构造装置在副传动轴上；所述的借由副风轮传动的副传动轴(12)与借由主风轮传动的主传动轴(13)成可相互转动的方式同轴联结；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...

【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]