[发明专利]一种双馈型风力发电机用电磁齿轮箱及其控制方法

说明书

本发明涉及一种双馈型风力发电机用电磁齿轮箱及其控制方法，属于风电领域。该电磁齿轮箱包括第一级行星电磁齿轮、第二级同轴磁齿轮、第三级同轴磁齿轮；第一级行星电磁齿轮包括电磁齿圈、行星磁齿轮、行星架、太阳磁齿轮等；电磁齿圈由铁芯和绕组组成。控制方法是：控制电磁齿圈绕组的极性，使启动时电磁齿圈的极对数为其额定极对数的一半，启动后电磁齿圈的极对数为其额定极对数；当风速大于额定风速，调节电磁齿圈的绕组电流，以调节第一级行星电磁齿轮的输出转矩，实现恒功率控制；当风速大于切出风速时，切除电磁齿圈的绕组电源，实现风轮与发电机解耦，降低发电机的制动力。本发明可降低运维成本；增速比能实时调节，可提升系统运行灵活性。

技术领域

本发明涉及一种齿轮箱及其控制方法，尤其是一种双馈型风力发电机用电磁齿轮箱及其控制方法，属于风力发电技术领域。

背景技术

双馈型风力发电系统主要由风轮、齿轮箱、双馈型风力发电机(DFIG)、变流器系统等构成。DFIG是一个高速、体积小的发电机，由于风轮低转速运行，因此通常采用高增速比的齿轮箱把较低的风轮转速提升到高速的发电机转子转速。但现有齿轮箱采用机械齿轮啮合，需要复杂的注油润滑系统，体积大、笨重、成本高、噪声大、故障率高，需要定期维护。此外，双馈型风力发电系统的主要损耗来源于齿轮箱和变流器系统，其中大约有65％左右的系统损耗来源于齿轮箱。因此，有必要研究采用新型齿轮箱，以期降低系统的成本、损耗，提高系统运行的可靠性。

磁齿轮具有物理隔离的特性，无机械接触，因而具有无磨损、免维护、无噪声、无需润滑、能够过载保护等优势，近年来得到越来越多的重视和应用。但现有磁齿轮不能实时改变变速比，影响其在风力发电系统中的应用推广。

发明内容

本发明的主要目的在于：针对现有技术的不足和空白，提出一种电磁齿轮箱，无机械接触，无需润滑，体积小、重量轻、能耗低，变速比可实时调控，从而可大大降低双馈型风力发电机组的运行维护成本，提高系统可靠性和灵活性。

为了达到以上目的，本发明一种双馈型风力发电机用电磁齿轮箱，包括：第一级行星电磁齿轮、第二级同轴磁齿轮、第三级同轴磁齿轮、主控系统。

所述第一级行星电磁齿轮包括：电磁齿圈、行星磁齿轮、行星架、太阳磁齿轮、第一级主动轴、第一级从动轴；所述电磁齿圈由齿圈铁芯和绕组组成；所述第一级主动轴与所述行星架做成一体，行星磁齿轮安装在行星架上，同时与电磁齿圈和太阳磁齿轮通过电磁力进行转矩传输；所述太阳磁齿轮的轴通过花键带动所述第一级从动轴转动。

所述第二级同轴磁齿轮包括：第二级主动轴、第二级从动轴和第二同轴磁齿轮；所述第二同轴磁齿轮由外转子磁齿轮、内转子磁齿轮和调磁环组成；所述外转子磁齿轮由外转子铁芯及粘贴在所述外转子铁芯上的Halbach永磁阵列组成；所述内转子磁齿轮由内转子铁芯及粘贴在所述内转子铁芯上的Halbach永磁阵列组成；所述调磁环包括调磁铁块和非导磁材料，固定安装在所述外转子磁齿轮和所述内转子磁齿轮之间。

所述第三级同轴磁齿轮包括：第三级主动轴、第三级从动轴和第三同轴磁齿轮，其结构与所述第二级同轴磁齿轮的结构相同。

所述第一级行星电磁齿轮的第一级主动轴与风轮主轴用收缩套连接；所述第一级行星电磁齿轮的第一级从动轴与所述第二级同轴磁齿轮的第二级主动轴相连；所述第二级同轴磁齿轮的第二级从动轴与所述第三级同轴磁齿轮的第三级主动轴相连，所述第三级同轴磁齿轮的第三级从动轴与联轴器固定；所述联轴器的另一端与双馈型风力发电机的转轴固定。

所述第一级行星电磁齿轮的电磁齿圈的绕组按下列方式接线：每两个相邻绕组的两端分别接母线L1、母线L2，与此相邻的另两个绕组的两端分别接母线L3、母线L4；以此类推，所有绕组均分别与所述母线L1、L2、L3、L4相接。

上述一种双馈型风力发电机用电磁齿轮箱，其控制方法包括如下步骤：