[发明专利]永磁双馈风力发电机及其工作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电机，尤其涉及一种永磁双馈风力发电机及其工作方法。

背景技术

现有技术中，普通双馈风力发电机的定、转子均采用三相绕组，定子三相绕组对外输出电能，旋转的转子三相绕组通过电刷-滑环获得电压大小、相位和频率可调的三相对称电压进行励磁以建立磁场，通过改变励磁电压的频率、大小和相位实现恒频恒压运行和调节，在风力发电中得到了广泛应用。但普通双馈风力发电机也存在突出的问题，如低电压穿越能力弱、励磁容量较大，控制策略复杂等。由于风力发电系统和电网连接，所以，风力发电机必须具有在电网电压扰动情况下不间断运行的能力，其中在各种电网故障引起的电压瞬间跌落情况下，风力发电机不脱网运行能力还有待进一步提高。双馈发电机并网运行低压穿越问题是目前国内外学者研究的热点，但是目前的研究主要集中在励磁变频器控制策略上，对电机本体结构的改进研究还很少。提出的各种控制算法相对复杂，在实际应用中难于实现。

双馈发电机的励磁变频器容量问题是双馈发电机并网运行和控制的又一个至关重要的因素。双馈发电机取自电网的励磁电流决定了变频器的励磁容量，从减小励磁电流方面考虑，不仅可以减小励磁变频器的容量，而且可以提高双馈发电机并网运行性能。因此有必要在双馈电机结构上作进一步改进。

中国专利CN 201621003U公开了一种永磁发电机，其结构包括机座、连接机座两端的一对机座端盖、碳刷和电能引出线，转子包括绕线转子组件、永磁转子组件和一对具有相反偏转角的风叶，永磁转子组件同轴心地嵌套在所述绕线转子组件内，绕线转子组件通过所述一对机座端盖支撑同轴心地嵌套在所述机座内，一对具有相反偏转角的风叶分别与绕线转子组件和永磁转子组件固定连接。虽然使绕线转子能相对于永磁转子以同样速度相向转动，降低了启动风速，但是，该发电机具有两个转子，分别由两个风叶驱动，两个转子的速度控制较为困难，对于恒频恒压并网要求难于实现，该风力发电机控制系统更加复杂，系统故障状态下难于控制。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种永磁双馈风力发电机及其工作方法，它具有提高双馈风力发电机的低电压穿越能力、降低励磁容量优点。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种永磁双馈风力发电机，包括机座、连接机座两端的一对机座端盖、电刷滑环和电能引出线、电机转轴、定子、转子，所述定子与机座固定起支撑电机的作用，所述定子的结构与普通双馈发电机定子的结构相同，包括定子铁心和定子三相绕组；所述定子铁心的内壁嵌有分布式对称的定子三相绕组，所述一对机座端盖支撑电机转轴，所述电刷滑环与所述绕线转子接触并固定连接在所述电能引出线上；所述转子包括绕线转子、永磁转子和一个风轮；所述转子安装在电机轴上，转子安装在定子内部；所述永磁转子安装在绕线转子内部；所述永磁转子与绕线转子分别通过相互独立的轴承安装在电机轴上。

所述绕线转子由转子铁心和转子三相绕组组成，所述转子铁心外壁嵌有转子三相绕组；所述绕线转子与电机轴刚性连接，所述转子三相绕组通过电刷-滑环结构提供励磁电压；

所述永磁转子采用表面式结构，安装在绕线转子的内腔，与绕线转子之间存在径向间隙；径向间隙产生气隙磁场。所述永磁转子通过轴承固定在电机轴上，绕电机轴自由旋转；永磁转子的极数和定子三相绕组、转子三相绕组的极数相同。

所述转子上有两个磁势源，分别为永磁转子和转子三相绕组，所述永磁转子提供永磁磁场；转子三相绕组提供可变磁场，通过改变绕线转子中电流的大小、相位和方向，对气隙磁场起到助磁或弱磁的作用。

所述定子三相绕组和绕线转子均为三相对称交流绕组。

上述永磁双馈风力发电机所采用的工作方法：

永磁双馈风力发电机运行时，永磁双馈风力发电机定子三相绕组产生的旋转磁场将永磁转子牵入同步，永磁转子在发电机稳定运行时始终同步速运行；而绕线转子与定子三相绕组产生的旋转磁场不同步。

当被风轮驱动的绕线转子超过同步速运行时，该发电机通过绕线转子向电网馈入电能，永磁双馈风力发电机处于发电机运行状态；

当被风轮驱动的绕线转子低于同步速运行时，绕线转子从电网吸收电能，永磁双馈风力发电机处于电动机运行状态；

当被风轮驱动的绕线转子等于同步速运行时，绕线转子与电网间无能量交换，永磁双馈风力发电机相当于同步电机运行。