同步电机及其控制方法、风力发电系统技术方案

本发明专利技术公开了一种同步电机及其控制方法、风力发电系统，该同步电机包括机壳、转子和定子，所述转子设置于所述机壳的内部，并通过转子轴承与所述机壳连接，所述转子的一端伸出所述机壳外，所述定子套设于所述转子并位于所述机壳的内部，所述同步电机还包括：至少一个驱动组件，所述驱动组件包括调速电机和传动部件，所述调速电机通过传动部件与所述定子连接，所述定子通过定子轴承与所述机壳连接，所述驱动组件被配置为，驱动所述定子转动，以使所述定子和转子具有同步转速。在本发明专利技术中，同步电机无需复杂的机械结构，更为稳定可靠，并且，同步电机的成本低，效率更高。效率更高。效率更高。

【技术实现步骤摘要】
同步电机及其控制方法、风力发电系统


[0001]本专利技术涉及电机
，具体涉及一种同步电机及其控制方法、风力发电系统。

技术介绍

[0002]近年来，逐步发展起来的电网友好风电技术是以前置无极调速技术为核心，采用恒速同步发电机，使发电机的转速始终保持在同步转速附近，取消发电机与电网之间没有变流器，使得发电机发出的电能直接并网。前置无极调速技术主要有液力变矩调速、电磁耦合调速及差动齿轮调速等三大技术。
[0003]德国Voith公司开发了基于液力变矩器调速的WinDrive系统已经投入使用，由于其成本高，传动效率低，未能大批量推广。
[0004]差动齿轮调速的方式效率最高，但由于机械结构复杂，调速装置速度变化幅度大、响应灵敏度低，目前并没有成为主流技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种同步电机及其控制方法、风力发电系统，具有较低的成本，较高的效率，和较为简单的机械结构。
[0006]本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
[0007]一种同步电机，包括机壳、转子和定子，所述转子设置于所述机壳的内部，并通过转子轴承与所述机壳连接，所述转子的一端伸出所述机壳外，所述定子套设于所述转子并位于所述机壳的内部，所述同步电机还包括：至少一个驱动组件，所述驱动组件包括调速电机和传动部件，所述调速电机通过传动部件与所述定子连接，所述定子通过定子轴承与所述机壳连接，所述驱动组件用于驱动所述定子旋转，所述驱动组件被配置为，驱动所述定子转动，以使所述定子和转子具有同步转速。
[0008]在本方案中，定子通过定子轴承与机壳连接，定子可以绕转子旋转，同步电机集成了驱动组件，驱动组件可以驱动定子旋转，在转子的转速和载荷变化的情况下，可以通过驱动组件调节定子的转速，进而可以保证同步电机的转子和定子之间的相对转速可以保持同步，其中驱动组件包括调速电机和传动部件，无需复杂的机械结构，更为稳定可靠，并且，同步电机的成本低，效率更高。
[0009]较佳地，所述同步电机还包括定子出线滑环，所述定子出线滑环与所述定子的线圈连接。
[0010]在本方案中，通过设置定子出线滑环可以通过与输电线路连接将同步电机产生的电能输出，或者由外部电网通过定子出线滑环输入电能。
[0011]较佳地，所述同步电机还包括转子直流励磁滑环，所述转子直流励磁滑环与所述转子的线圈连接。
[0012]在本方案中，外部的直流励磁装置可以通过直流励磁滑环与转子的线圈连接，连接更为方便快捷。
[0013]较佳地，所述转子轴承包括转子前轴承和转子后轴承，所述转子前轴承和所述转子后轴承分别设置于所述转子的前端和所述转子的后端。
[0014]在本方案中，转子前轴承和转子后轴承可以为转子提供支撑，并降低转子旋转过程中的摩擦力，转子在旋转过程中更为稳定。
[0015]较佳地，所述定子轴承包括定子前轴承和定子后轴承，所述定子前轴承和所述定子后轴承分别设置于所述定子的前端和所述定子的后端。
[0016]在本方案中，定子前轴承和定子后轴承可以为定子提供支撑，并降低定子旋转过程中的摩擦力，定子在旋转过程中更为稳定。
[0017]较佳地，所述传动部件包括第一传动齿轮和第二传动齿轮，所述第一传动齿轮与所述调速电机的输出轴连接，所述第一传动齿轮与所述第二传动齿轮相啮合，所述第二传动齿轮与所述定子连接。
[0018]在本方案中，通过第一传动齿轮和第二传动齿轮可以将调速电机的运动和转矩传递至定子，采用齿轮传动，传动比较准确，效率高，结构紧凑，工作可靠，寿命长。
[0019]较佳地，所述驱动组件的数量为一个或多个。
[0020]在本方案中，采用一个或多个驱动组件，可以同时驱动定子旋转，更容易满足定子的调速需要。
[0021]较佳地，所述同步电机用于风力发电中的发电机或所述同步电机用于电动机。
[0022]在本方案中，驱动组件可以驱动定子旋转，在转子的转速和载荷变化的情况下，可以通过驱动组件调节定子的转速，进而可以保证同步电机的转子和定子之间的相对转速可以保持同步，进而可以保证同步电机输出的电能可以直接输出至电网发电，对电网更为友好。
[0023]同步电机可以保持变速恒频运行，将同步电机用作电动机，可以适应负载和转速变化的场景，替代传统的调速系统，可以提高效率，降低能耗及综合成本。
[0024]一种同步电机的控制方法，用于如上所述的同步电机，所述控制方法包括：
[0025]获取所述转子的转速；
[0026]所述驱动组件依据所述转子的转速调节所述定子的转速，以使所述定子与所述转子保持同步。
[0027]在本方案中，通过驱动组件调节定子的转速，控制逻辑更为简单，在低成本的情况下，可以实现更高的效率。
[0028]一种风力发电系统，其包括风力发电机组、直流励磁装置、变频器和如上所述的同步电机，所述风力发电机组的风轮通过联轴器与所述同步电机的转子连接，所述直流励磁装置与所述转子的线圈连接，所述变频器与所述调速电机连接，用于根据所述转子的转速，调节所述调速电机的转速，所述定子输出的电能与输电线路连接。
[0029]在本方案中，风力发电机组的风轮驱动转子旋转，变频器根据转子的转速，控制调速电机的转速，从而控制定子转动，够使定子和转子的相对转速可以保持同步，适应风轮转速的变化，使同步电机可以变速恒频运行。
[0030]较佳地，所述风力发电系统还包括供电变压器，所述供电变压器的高压侧出线端子与输电线路连接，所述供电变压器的低压侧出线端子与所述直流励磁装置和所述变频器连接。
[0031]在本方案中，输电线路可以通过供电变压器为直流励磁装置和变频器供电，供电更为方便，稳定。
[0032]较佳地，所述风力发电系统还包括输电变压器，所述定子输出的电能通过输电变压器与所述输电线路连接。
[0033]在本方案中，通过设置输电变压器，由定子直接输出的电压可以进行调节，以满足并网电压。
[0034]较佳地，所述风力发电系统还包括增速齿轮箱，所述风轮通过增速齿轮箱与所述转子连接。
[0035]在本方案中，通过设置增速齿轮箱，可以提高转子的转速。
[0036]较佳地，所述变频器的供电电压为380V和/或所述定子的输出电压为10.5kV。
[0037]在本方案中，定子输出的电压更容易与电网匹配，其输出的电能可以直接与输电线路连接，无需成本高昂的双馈或永磁直驱的变流器，降低了成本。
[0038]本专利技术的积极进步效果在于：
[0039]1、在本专利技术中，定子通过定子轴承与机壳连接，定子可以绕转子旋转，同步电机集成了驱动组件，驱动组件可以驱动定子旋转，在转子的转速和载荷变化的情况下，可以通过驱动组件调节定子的转速，进而可以保证同步电机的转子和定子之间的相对转速可以保持同步，其中驱动组件包括调速电机和传动部件，无需复杂的机械结构，更为稳定可靠，并且，同步电机的成本低，效率更高。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种同步电机，包括机壳、转子和定子，所述转子设置于所述机壳的内部，并通过转子轴承与所述机壳连接，所述转子的一端伸出所述机壳外，所述定子套设于所述转子并位于所述机壳的内部，其特征在于，所述同步电机还包括：至少一个驱动组件，所述驱动组件包括调速电机和传动部件，所述调速电机通过传动部件与所述定子连接，所述定子通过定子轴承与所述机壳连接，所述驱动组件被配置为，驱动所述定子转动，以使所述定子和转子具有同步转速。2.如权利要求1所述的同步电机，其特征在于，所述同步电机还包括定子出线滑环，所述定子出线滑环与所述定子的线圈连接。3.如权利要求1所述的同步电机，其特征在于，所述同步电机还包括转子直流励磁滑环，所述转子直流励磁滑环与所述转子的线圈连接。4.如权利要求1所述的同步电机，其特征在于，所述转子轴承包括转子前轴承和转子后轴承，所述转子前轴承和所述转子后轴承分别设置于所述转子的前端和所述转子的后端。5.如权利要求1所述的同步电机，其特征在于，所述定子轴承包括定子前轴承和定子后轴承，所述定子前轴承和所述定子后轴承分别设置于所述定子的前端和所述定子的后端。6.如权利要求1所述的同步电机，其特征在于，所述传动部件包括第一传动齿轮和第二传动齿轮，所述第一传动齿轮与所述调速电机的输出轴连接，所述第一传动齿轮与所述第二传动齿轮相啮合，所述第二传动齿轮与所述定子连接。7.如权利要求1所述的同步电机，其特征在于，所述驱动组件的数量为一个或多个。8.如权利要求1
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【专利技术属性】
技术研发人员：孙永岗，康鹏举，蒋勇，方满水，
申请(专利权)人：上海电气风电集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：