外转子无刷双馈发电机及其控制装置制造方法及图纸

一种外转子无刷双馈发电机及其控制装置涉及风力发电机。本实用新型专利技术包括发电机主体、定子、转子、风机叶片、轮毂，主体内设置外转子式发电机和励磁机，发电机和励磁机转子同轴安装，发电机和励磁机轴向串联结构设置；控制装置设有机组集控装置、励磁机交流励磁装置、发电机助磁装置、发电机转速传感器和风机制动控制器；机组集控装置设有传感器测量的信号输入端口；励磁机交流励磁装置主回路输入侧与发电机定子输出端连接，输出侧主回路与励磁机定子绕组连接；发电机助磁装置主回路与发电机输出端连接，发电机输出端与电网连接。本实用新型专利技术具有重量轻，无刷化，直驱，无齿轮箱，无功调节方便，控制成本低，机组安全性、可靠性和运行效率高等优点。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及风力发电机，特别是变速恒频绕线型外转子无刷双馈发电机及其控制装置。
技术介绍
习知技术双馈感应发电机作为变速恒频型机组，在水电站、抽水蓄能电站，特别是在大型风力发电机组中得到广泛应用，因其机组可以变速恒频运行的特点，使发电机组的能量转换效率大大提高；又因其通过转子侧的小功率变流装置调控发电机组的有功和无功，机组的控制特性和控制成本令人非常满意。由于大型MW级风力发电机组转速很低，一般在15-35rpm，如此低的转速将会使电机极对数增加、电机几何尺寸和重量都大大增加。目前的办法是通过增速齿轮箱升速，齿轮箱效率可达到97％、虽然故障率较高，但此办法可选用高速双馈感应发电机，一般为4/6极电机，从而减轻电机制造和成本上的麻烦。随着海上风电场机组容量的增大如3-5MW机组、甚至10MW容量的机组已在研发中。此型机组的可靠性，主要是由滑环和齿轮箱故障导致的停机，已成为突出问题，出于对风电机组可靠性、系统转换效率和机组综合成本的考虑，永磁直驱型同步风力发电机组便应运而生。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。该机组去掉损失系统效率、故障频繁的增速齿轮箱，没有传输大电流的滑环电刷，采用永磁材料励磁，励磁损耗降低，发电机发出频率变化的低频交流电，通过全功率变频器并网，从而实现风电机组的变速恒频发电。永磁直驱型同步风力发电机组由于其良好的可靠性，很高的系统效率，虽机-->组费用高于前者、但其维护成本低等诸多优势。此机型存在电机直径尺寸庞大，安装运输不便，发电机与全功率变流器成本高，发电机运行不便进行无功调节等技术缺陷。
技术实现思路
本技术所要解决的问题在于，克服袭用技术存在的上述缺陷，而提供一种外转子无刷双馈发电机及其控制装置。本技术目的之一是提供一种外转子无刷双馈发电机；本案目的之二是提供一种外转子无刷双馈发电机的控制装置。本案解决外转子无刷双馈发电机技术问题是采取以下技术方案来实现：依据本技术提供的一种外转子无刷双馈发电机，包括发电机主体、定子、转子、风机叶片、轮毂，风机叶片安装在轮毂上，在发电机主体内，转子相对定子旋转的构造设置，风机叶片带动轮毂驱动转子旋转，其中，主体内设置外转子式发电机和励磁机，发电机和励磁机转子同轴安装，发电机和励磁机轴向串联结构设置；发电机和励磁机各自独立磁路，发电机转子绕组极对数与发电机定子绕组极对数相同，励磁机转子绕组极对数与励磁机定子绕组极对数相同；发电机定子绕组并联连接发电机助磁装置。本案解决外转子无刷双馈发电机技术问题还可依以下技术措施进一步实现：前述的外转子无刷双馈发电机，其中，发电机由发电机定子铁芯、装在此铁芯槽中的发电机定子绕组、发电机转子铁芯、装在此铁芯槽中的发电机转子绕组组成，发电机转子在发电机定子外侧围绕发电机定子旋转，发电机定子铁芯和发电机转子铁芯之间设有发电机气隙；发电机助磁装置安装于内定子输出轴圆筒形空间内。前述的外转子无刷双馈发电机，其中，励磁机由励磁机定子铁芯、装在此铁芯槽中的励磁机定子绕组、励磁机转子铁芯、装在此铁芯槽中的励磁机转子绕组组成，励磁机转子在励磁机定子外侧围绕励磁机定子旋转，励磁机定子铁芯与励磁机转子铁芯之间设有励磁机气隙，励磁机定子绕组相连有励-->磁装置；励磁装置安装于内定子输出轴圆筒形空间内；励磁机定子铁芯和发电机定子铁芯分别安装励磁机定子外壳和发电机定子外壳外侧，两外壳与电机支撑板连接成一个整体；励磁机转子铁芯与发电机转子铁芯安装在同一个电机外壳内，通过电机左轴承和电机右轴承支撑两转子围绕定子旋转。前述的外转子无刷双馈发电机，其中，发电机转子绕组和励磁机转子绕组为绕线式波绕组结构、星形接线方式，励磁机转子绕组通过转子绕组连接线与发电机转子绕组反相序连接。前述的外转子无刷双馈发电机，其中，安装风机叶片的轮毂设有通用的变桨距机构，变桨距机构在机组集控装置的控制下，通过改变叶片的桨距角，实现风轮转速的调节，轮毂安装板用以将轮毂与电机输出轴连接。前述的外转子无刷双馈发电机，其中，发电机设有电机倾斜安装机构，电机外壳底部与电机支撑板连接，使电机倾斜5-10度，以防止叶片工作时与塔筒刮蹭，电机底座处与塔筒顶部之间装设偏航机构。本技术解决外转子无刷双馈发电机的控制装置技术问题是采取以下技术方案来实现：依据本技术提供的一种外转子无刷双馈发电机的控制装置，包括机组集控装置，集控装置连接信号传感器，设有控制信号输出端口，其中：控制装置设有机组集控装置、励磁机交流励磁装置、与发电机定子绕组并联连接的发电机助磁装置、发电机转速传感器和风机制动控制器；机组集控装置设有风速传感器测量的信号输入端口、风向传感器测量的信号输入端口，设有与上位机远程通信的输出信号端口；机组集控装置与发电机机端电压互感器连接，以测得发电机机端电压数值，与发电机输出电流互感器连接，以测得发电机输出电流数值；机组集控装置与励磁电压互感器连接，以测得励磁机励磁电压数值，与励磁电流互感器连接，以测得励磁机励磁电流数值；机组集控装置连接发电机转速传感器和风机制动控制器；励磁机交流励磁装置主回路输入侧通过投励开关与发电机定子输出端并-->网开关内侧连接，交流励磁装置接受机组集控装置的控制指令，其输出侧主回路与励磁机定子绕组连接；发电机助磁装置主回路与发电机输出端连接，并接受机组集控装置的控制指令，发电机输出端通过并网开关、升压变压器与电网连接。本案解决外转子无刷双馈发电机的控制装置技术问题还可依以下技术措施进一步实现：前述的外转子无刷双馈发电机的控制装置，其中，机组集控装置连接控制偏航机构，使风轮上风向旋转，机组集控装置通过闭环控制变桨距机构，保持风轮额定风速以下以最佳风能利用率运行、额定风速以上以发电机额定输出功率运行；变桨距机构连接转速测量器、桨距角测量器、变桨伺服机构、伺服电机、变桨距控制装置。前述的外转子无刷双馈发电机的控制装置，其中，励磁装置主回路由两组双向整流-逆变单元组成；发电机在同步转速以下运行时，励磁装置向励磁机定子提供励磁电流和部分有功能量，发电机在同步转速以上运行时，励磁装置向励磁机定子提供励磁电流的同时，有部分有功能量馈向电网；励磁装置通过控制回路实现与机组集控装置的通信联系。前述的外转子无刷双馈发电机的控制装置，其中，机组集控装置，设有电机温升监测端口，设有风轮制动信号输出端口；发电机助磁装置设有电容器，电容器通过可控硅控制其投入数量，可控硅的导通控制由机组集控装置完成。本技术与现有技术相比具有显著的优点和有益效果。由以上技术方案可知，本技术在优异的结构配置下，至少有如下的优点：本技术采用绕线型外转子无刷双馈发电技术方案，在大型风力发电领域实现了机组的变速恒频运行，具有无刷化、直驱、无齿轮箱、以约1/3发电机额定容量的变流励磁装置，可方便调节无功等技术优点。本技术有效简化了机组构造，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种外转子无刷双馈发电机，包括发电机主体、定子、转子、风机叶片（２）、轮毂（１），风机叶片（２）安装在轮毂（１）上，在发电机主体内，转子相对定子旋转的构造设置，风机叶片（２）带动轮毂（１）驱动转子旋转，其特征在于：主体内设置外转子式发电机和励磁机，发电机和励磁机转子同轴安装，发电机和励磁机轴向串联结构设置；发电机和励磁机各自独立磁路，发电机转子绕组（１５）极对数与发电机定子绕组（１４）极对数相同，励磁机转子绕组（１６）极对数与励磁机定子绕组（７）极对数相同；发电机定子绕组（１４）并联连接发电机助磁装置（２２）。

【技术特征摘要】
1.一种外转子无刷双馈发电机，包括发电机主体、定子、转子、风机叶片(2)、轮毂(1)，风机叶片(2)安装在轮毂(1)上，在发电机主体内，转子相对定子旋转的构造设置，风机叶片(2)带动轮毂(1)驱动转子旋转，其特征在于：主体内设置外转子式发电机和励磁机，发电机和励磁机转子同轴安装，发电机和励磁机轴向串联结构设置；发电机和励磁机各自独立磁路，发电机转子绕组(15)极对数与发电机定子绕组(14)极对数相同，励磁机转子绕组(16)极对数与励磁机定子绕组(7)极对数相同；发电机定子绕组(14)并联连接发电机助磁装置(22)。2.如权利要求1所述的外转子无刷双馈发电机，其特征在于：发电机由发电机定子铁芯(11)、装在此铁芯槽中的发电机定子绕组(14)、发电机转子铁芯(10)、装在此铁芯槽中的发电机转子绕组(15)组成，发电机转子在发电机定子外侧围绕发电机定子旋转，发电机定子铁芯(11)和发电机转子铁芯(10)之间设有发电机气隙(17)；发电机助磁装置(22)安装于内定子输出轴圆筒形空间内。3.如权利要求1或2所述的外转子无刷双馈发电机，其特征在于：励磁机由励磁机定子铁芯(9)、装在此铁芯槽中的励磁机定子绕组(7)、励磁机转子铁芯(8)、装在此铁芯槽中的励磁机转子绕组(16)组成，励磁机转子在励磁机定子外侧围绕励磁机定子旋转，励磁机定子铁芯(9)与励磁机转子铁芯(8)之间设有励磁机气隙(12)，励磁机定子绕组(7)相连有励磁装置(23)；励磁装置(23)安装于内定子输出轴圆筒形空间内；励磁机定子铁芯(9)和发电机定子铁芯(11)分别安装励磁机定子外壳(32)和发电机定子外壳(33)外侧，两外壳与电机支撑板连接成一个整体；励磁机转子铁芯(8)与发电机转子铁芯(10)安装在同一个电机外壳(28)内，通过电机左轴承(19)和电机右轴承(4)支撑两转子围绕定子旋转。4.如权利要求3所述的外转子无刷双馈发电机，其特征在于：发电机转子绕组(15)和励磁机转子绕组(16)为绕线式波绕组结构、星形接线方式，励磁机转子绕组(16)通过转子绕组连接线(13)与发电机转子绕组(15)反相序连接。5.如权利要求4所述的外转子无刷双馈发电机，其特征在于：安装风机叶片(2)的轮毂(1)设有通用的变桨距机构(29)，变桨距机构(29)在机组集控装置(24)的控制下，通过改变叶片(2)的桨距角，实现风轮转速的调节，轮毂安装板(3)用以将轮毂(1)与电机输出轴(6)连接。6.如权利要求1所述的外转子无刷双馈发电机，其特征在于：发电机设有倾斜安装机构，电机外壳(28)底部与电机支撑板(...

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