專利名稱：套疊雙轉子風機變速變頻勵磁方法及其發(fā)電機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及風力發(fā)電機，特別是具有套疊式雙轉子勵磁構造的變速變頻發(fā)電機的勵磁控制方式及其電機構造。
背景技術：
習知技術如中國專利CN200510022771.1公開了本發(fā)明公開了一種風力發(fā)電的變速恒頻方法，其特點是，首先將風力機轉子的轉速通過增速齒輪箱增速，然后將變速產生的輸入功率Pw輸入差動永磁電機的輸入軸，由差動永磁電機的差速機構進行功率分流或合流產生功率流Pg進入差動永磁電機的定子繞組經饋線對電網實現(xiàn)恒速恒頻發(fā)電。與傳統(tǒng)的變速恒頻方法相比，本發(fā)明在降低發(fā)電設備成本的同時，還可顯著提高發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率。
又如中國專利CN200410009701.8公開了一種采用雙饋感應電機作為發(fā)電機的變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)及其并網控制方法。包括雙饋感應電機，勵磁變換器，DSP單元，電量采集單元、速度、位置測量單元以及驅動單元。它對勵磁變換器進行控制，利用勵磁變換器制雙饋發(fā)電機定子產生電壓，對電機定子電壓相位、幅值和頻率同時控制，無需單獨進行電網電壓與電機定子電壓同步；在電機速度范圍在0～0.5s時，驅動單元開始驅動勵磁變換器，這樣，電機并網的轉速速度范圍很寬，并網控制對速度要求不嚴格，同時，控制過程采用電流開環(huán)控制，簡化了系統(tǒng)，減輕了系統(tǒng)處理器的負擔，使得電流控制變得簡單，易行，使得雙饋電機易于并網。
中國專利申請99127259.5公開了本發(fā)明涉及一種高效率利用風能方法及全轉子雙風輪風力發(fā)電機和教具玩具全轉子雙風輪風力發(fā)電機。方法當風吹動第一個風輪旋轉時，透過風輪后面的風和風輪轉動產生的空氣流推動第二個風輪旋轉，風輪帶動軸桿向右旋轉，風輪帶動軸管向左旋轉做機械功的方法。全轉子雙風輪風力發(fā)電機的風輪帶動軸桿上的磁極轉子在軸承的支承下向右旋轉，風輪帶動軸管上的發(fā)電轉子在軸承的支承下向左旋轉，線圈切割磁力線發(fā)出電流。
習知風力發(fā)電機組通過齒輪箱將風輪在風力作用下所產生的動力傳遞給發(fā)電機并使其得到相應的轉速；通常風輪的轉速很低，遠達不到高速發(fā)電機所要求的發(fā)電轉速，必須通過齒輪箱齒輪副的增速作用來實現(xiàn)；而風力發(fā)電機機組的工況環(huán)境一般很差，齒輪箱頻發(fā)故障是常有的事。
習知技術制造的產品可靠性差，維護成本高，機組效率低。業(yè)界希望利用無刷雙饋電機技術的無刷結構和較寬的變速變頻運行范圍，結合安裝于雙轉子傳動軸上相互反向旋轉的雙鳳輪高效利用風能的技術優(yōu)勢，去掉齒輪箱和復雜的控制系統(tǒng)實現(xiàn)發(fā)電機組的變速變頻運行。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的問題在于，克服襲用技術存在的上述缺陷，而提供一種套疊雙轉子風機變速變頻勵磁方法及其發(fā)電機。
本案目的之一是提供一種套疊雙轉子風機變速變頻勵磁方法；本案目的之二是提供一種套疊雙轉子風力發(fā)電機。
本發(fā)明解決套疊雙轉子風機變速變頻勵磁方法技術問題是采取以下技術方案來實現(xiàn)的，依據本發(fā)明提供的一種套疊雙轉子風機變速變頻勵磁方法，其中，1).在發(fā)電機的副傳動軸上配置由該副傳動軸傳動的相對定子旋轉的永磁內轉子；在發(fā)電機的主傳動軸上配置由該主傳動軸傳動的相對定子旋轉的環(huán)形轉子；該環(huán)形轉子又呈環(huán)抱永磁內轉子并可繞永磁內轉子旋轉的構造配置；所述環(huán)形轉子的環(huán)形轉子內側繞組的極對數(shù)與永磁內轉子極對數(shù)一致設置為Pe對極；環(huán)形轉子外側繞組的極對數(shù)與定子繞組極對數(shù)一致設置為Pg對極，所述環(huán)形轉子外側繞組與內側繞組通過環(huán)形轉子繞組間連接線反相序連接；2).在發(fā)電機的主傳動軸上配置在風力作用下相對具有Pg極對數(shù)的定子以Nzr速度旋轉的主風輪，且主風輪轉速滿足下述關系式Nzr=60×(fg-fe)Pg+Pe]]>其中Nzr表示主風輪轉速；Pg表示環(huán)形轉子外側繞組極對數(shù)；Pe表示永磁內轉子的極對數(shù)；fg表示定子頻率；fe表示永磁內轉子折算頻率；3).在發(fā)電機的副傳動軸端部配置的副風輪帶動永磁內轉子以Ne速度相對主風輪反向旋轉，且永磁內轉子折算頻率滿足下述關系式fe=Ne×Pe60]]>其中Ne表示副風輪相對定子轉速；4).在副傳動軸上配置以Nzre轉速相對旋轉的、具有Pe極對數(shù)的永磁內轉子，該永磁內轉子相對環(huán)形轉子旋轉的轉速滿足下述關系式Nzre＝Nzr+Ne其中Nzre表示永磁內轉子相對環(huán)形轉子旋轉的轉速；5).當主風輪低于額定轉速時，機組集控裝置進行主風輪葉尖速比控制，經由風速檢測裝置聯(lián)結的端口測得的風速和通過轉速測量裝置測得的主風輪轉速，傳輸給機組集控裝置，經與機組集控裝置預設的主風輪葉尖速比數(shù)值比對，計算出槳距角的調節(jié)數(shù)值，再與主風輪槳距角測量裝置采集的槳距角值比對，由機組集控裝置對主風輪變槳距調節(jié)機構發(fā)出變槳指令；由機組集控裝置按照Nzr=60×(fg-fe)Pg+Pe]]>關系式對主、副風輪進行變速控制；當副風輪低于額定轉速時，機組集控裝置進行副風輪葉尖速比控制，經由風速檢測裝置聯(lián)結的端口測得的風速和通過副風輪轉速測量裝置測得的副風輪轉速，傳輸給機組集控裝置；經與機組集控裝置預設的副風輪葉尖速比數(shù)值比對，計算出槳距角的調節(jié)數(shù)值，再與副風輪槳距角測量裝置采集的槳距角值比對，由機組集控裝置對副風輪變槳距調節(jié)機構發(fā)出變槳指令；6)當主風輪達到額定轉速時，機組集控裝置對發(fā)電機進行功率控制；經由輸出電流檢測裝置測得的發(fā)電機的輸出電流和經由輸出電壓測量裝置測得的發(fā)電機的輸出電壓傳輸給機組集控裝置，經由該機組集控裝置運算出的發(fā)電機輸出功率值與預設的額定功率數(shù)值比對；符合預設值時，機組集控裝置將采集到的由風速檢測裝置聯(lián)結的端口測得的風速和通過轉速測量裝置測得的主風輪額定轉速，計算出該風速下主風輪額定轉速的槳距角的調節(jié)數(shù)值，再與主風輪槳距角測量裝置采集的槳距角值比對，由機組集控裝置對主風輪變槳距調節(jié)機構發(fā)出變槳指令；當副風輪達到額定轉速時，機組集控裝置對發(fā)電機進行功率控制；經由輸出電流檢測裝置測得的發(fā)電機的輸出電流和經由輸出電壓測量裝置測得的發(fā)電機的輸出電壓傳輸給機組集控裝置，經由機組集控裝置運算出的發(fā)電機輸出功率值與預設的額定功率數(shù)值比對；符合預設值時，機組集控裝置將采集到的由風速檢測裝置聯(lián)結的端口測得的風速和通過轉速測量裝置測得的副風輪額定轉速，計算出該風速下副風輪額定轉速的槳距角的調節(jié)數(shù)值，再與副風輪槳距角測量裝置采集的槳距角值比對，由機組集控裝置對副風輪變槳距調節(jié)機構發(fā)出變槳指令。
本案解決套疊雙轉子發(fā)電機技術問題還可以采用以下技術措施來進一步實現(xiàn)前述的套疊雙轉子風機變速變頻勵磁方法，其中，裝配在傳動軸上的主風輪與裝配在副傳動軸的副風輪借由葉片槳距角的相對反方向調節(jié)呈相對反向對風旋轉配置。
前述的套疊雙轉子風機變速變頻勵磁方法，其中，所述環(huán)形轉子外側繞組極對數(shù)是環(huán)形轉子內側繞組極對數(shù)的3倍。
本發(fā)明解決套疊雙轉子風力發(fā)電機技術問題是采取以下技術方案來實現(xiàn)的，依據本發(fā)明提供的一種套疊式雙轉子發(fā)電機，包括發(fā)電機主體，其中，所述發(fā)電機的永磁內轉子通過副傳動軸傳動、呈相對定子旋轉的構造裝置在發(fā)電機主體機殼內；借由副風輪傳動的副傳動軸與借由主風輪傳動的主傳動軸成可相互轉動的聯(lián)結方式同軸安裝，所述的副風輪相對主風輪呈反向對風旋轉的傳動構造裝置在副傳動軸的軸身端部；發(fā)電機的環(huán)形轉子通過主傳動軸傳動；該環(huán)形轉子呈環(huán)抱并可繞永磁內轉子旋轉的構造裝置，且該環(huán)形轉子呈相對定子旋轉的構造配置。
本案解決套疊雙轉子風力發(fā)電機技術問題還可以采用以下技術措施來進一步實現(xiàn)前述的套疊式雙轉子變速變頻發(fā)電機，其中，所述的副風輪按F2方向呈上風向對風旋轉安裝；該主風輪呈下風向旋轉的傳動構造裝配在主傳動軸上。
前述的套疊式雙轉子變速變頻發(fā)電機，其中，所述的環(huán)形轉子由環(huán)抱永磁內轉子的環(huán)形轉子鐵心和與環(huán)形轉子鐵心匹配結合的環(huán)形轉子內側繞組、環(huán)形轉子外側繞組組成。
前述套疊式雙轉子變速變頻發(fā)電機，其中，所述主傳動軸的一端借由配置在發(fā)電機第二端蓋部的第二軸承支撐伸出機殼與主風輪裝配，該主傳動軸的另一端伸入機殼通過環(huán)形轉子支撐單元與環(huán)形轉子呈動力傳動構造配置。
前述的套疊式雙轉子變速變頻發(fā)電機，其中，所述的副傳動軸借由配置在發(fā)電機第一端蓋部的第一軸承支撐，伸出機殼裝置副風輪；所述的主、副傳動軸均具有預設直徑的中空通孔。
前述的套疊式雙轉子變速變頻發(fā)電機，其中，所述的環(huán)形轉子借由其兩端分別設置的環(huán)形轉子支撐單元環(huán)抱前述永磁內轉子裝置在主傳動軸上。前述的套疊式雙轉子變速變頻發(fā)電機，其中，所述的環(huán)形轉子支撐單元與傳動軸結合的部位設置使環(huán)形轉子隨主傳動軸旋轉的軸承件；用于副風輪剎車的制動器設置在發(fā)電機端蓋與副風輪輪轂之間。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有顯著的優(yōu)點和有益效果。由以上技術方案可知，本發(fā)明在優(yōu)異的結構配置下，至少有如下的優(yōu)點本案采用雙風輪機構的發(fā)電機，其中較大直徑的主風輪為發(fā)電用，較小直徑的副風輪為調節(jié)勵磁頻率兼發(fā)電用，二者在同一個軸線上、相互反方向旋轉，偏航控制器負責控制主風輪下風向對風旋轉，主力發(fā)電；副風輪上風向對風反向旋轉，輔助發(fā)電，大大提高效能；本案雙風輪結構設置及偏航機構的配置，使機組偏航控制變的更簡單、可靠；
本案采用無刷雙饋電機轉子和旋轉永磁內轉子雙轉子套疊結構，實現(xiàn)機組變速變頻勵磁運行，相當同容量單轉子發(fā)電機極對數(shù)至少減少1/3，從而縮短發(fā)電機直徑，方便運輸、降低機組重量；本案機組可實現(xiàn)變速變頻運行、變槳距調節(jié)，額定風速以下本案雙風輪發(fā)電機組較單風輪變速變頻機組風能利用率有較大提高，無齒輪箱、可實現(xiàn)直驅，無滑環(huán)故障之擔心，機組可靠性大大提高；本發(fā)明對比現(xiàn)有技術有顯著的貢獻和進步，確實是具有新穎性、創(chuàng)造性、實用性的好技術。
本發(fā)明的具體實施方式
由以下實施例及其附圖詳細給出。


圖1是本發(fā)明套疊式雙轉子風力發(fā)電機結構示意圖；圖2是本發(fā)明勵磁繞組接線結構示意圖；圖3是本發(fā)明變速變頻勵磁控制系統(tǒng)結構示意圖；圖4是本發(fā)明變速變頻勵磁控制系統(tǒng)工作原理框圖。
具體實施例方式
以下結合附圖及較佳實施例，對依據本發(fā)明提供的具體實施方式
、結構、特征及其功效，詳細說明如后。
如圖1-4所示，一種套疊雙轉子風力發(fā)電機，包括固裝在底座10上的發(fā)電機主體1，發(fā)電機定子16固裝于發(fā)電機主體機殼11內，其中，永磁內轉子17通過副傳動12軸傳動、呈相對定子16旋轉的構造裝置在發(fā)電機主體機殼內；環(huán)形轉子14通過主傳動軸13傳動，該環(huán)形轉子呈環(huán)抱并可繞永磁內轉子旋轉的構造裝置，且該環(huán)形轉子14呈相對定子16旋轉的構造配置；該環(huán)形轉子14借由環(huán)形轉子支撐單元140環(huán)抱前述永磁內轉子17裝置在主傳動軸13上；發(fā)電機定子16與環(huán)形轉子14匹配設置，向外輸出電能的定子繞組161裝在固裝于電機殼內的定子鐵芯162上；所述的環(huán)形轉子14由環(huán)抱永磁內轉子的環(huán)形轉子鐵心141和與環(huán)形轉子鐵心匹配結合的環(huán)形轉子內側繞組142、環(huán)形轉子外側繞組143組成，所述的環(huán)形轉子的兩端分別設置環(huán)形轉子支撐單元140，該環(huán)形轉子支撐單元與傳動軸結合的部位設置軸承件1401，以使環(huán)形轉子隨主傳動軸旋轉；由此環(huán)形轉子作為無刷雙饋電機轉子與由副傳動軸傳動旋轉的永磁內轉子形成發(fā)電機的套疊式雙重轉子構造；從而可實現(xiàn)機組變速變頻運行，相當同容量單轉子發(fā)電機極對數(shù)至少減少1/3，因而可大大縮短發(fā)電機直徑，方便設備運輸、降低電機重量；副風輪2通過其輪轂21按習知技術呈上風向相對主風輪反向旋轉的傳動構造裝配在副傳動軸的伸出端121；用于副風輪剎車的制動器15設置在發(fā)電機端蓋與副風輪輪轂之間；所述的副傳動軸借由配置在發(fā)電機第一端蓋111部的第一軸承115支撐，伸出機殼11裝置副風輪，副風輪2相對主風輪呈反向對風旋轉的傳動構造裝置在副傳動軸12的軸身端部，該副風輪通過其輪轂21以習知技術按F2方向呈上風向對風旋轉安裝；通過習知技術，將借由副風輪傳動的副傳動軸12與借由主風輪傳動的主傳動軸13成可相互轉動的聯(lián)結方式同軸安裝、由副傳動軸將副風輪的動力傳遞給永磁內轉子；所述的主、副傳動軸均具有預設直徑的中空通孔120、130，以使大型發(fā)電機組傳動軸在滿足技術要求條件下更輕質，從而降低機體重量；所述的主傳動軸的一端借由配置在發(fā)電機第二端蓋112部的第二軸承116支撐伸出機殼與主風輪裝配，該主風輪3通過其輪轂31呈下風向旋轉的傳動構造裝配在主傳動軸13上，該主傳動軸的另一端伸入機殼通過環(huán)形轉子支撐單元140按習知技術與環(huán)形轉子呈動力傳動構造配置；該主風輪通過其輪轂31以習知技術按F3方向呈下風向對風旋轉安裝；一種套疊雙轉子風力發(fā)電機變速變頻勵磁控制系統(tǒng)，包括前述發(fā)電機M，其中，發(fā)電機的主風輪3配置在主傳動軸上，在風力作用下相對具有Pg極對數(shù)的定子16以Nzr速度旋轉，且主風輪轉速滿足下述關系式
Nzr=60×(fg-fe)Pg+Pe]]>其中Nzr表示主風輪轉速；Pg表示定子繞組極對數(shù)；Pe表示永磁內轉子的極對數(shù)；fg表示定子頻率；fe表示永磁內轉子折算頻率；所述環(huán)形轉子內側繞組極對數(shù)與永磁內轉子極對數(shù)一致設置為Pe對極；所述環(huán)形轉子外側繞組極對數(shù)與定子繞組極對數(shù)一致設置為Pg對極；所述的環(huán)形轉子外側繞組與內側繞組通過環(huán)形轉子繞組間連接線123反相序連接；所述環(huán)形轉子外側繞組極對數(shù)Pg設置為大于環(huán)形轉子內側繞組極對數(shù)Pe，所述環(huán)形轉子外側繞組極對數(shù)可以是3倍的環(huán)形轉子內側繞組極對數(shù)；發(fā)電機的的副風輪2配置在副傳動軸上，該副風輪帶動永磁內轉子以Ne速度相對主風輪反向旋轉，且永磁內轉子折算頻率滿足下述關系式fe=Ne×Pe60]]>其中Ne表示副風輪相對定子轉速；在副傳動軸上配置以Nzre轉速相對旋轉的、具有Pe極對數(shù)的永磁內轉子，永磁內轉子相對環(huán)形轉子旋轉的轉速滿足下述關系式Nzre＝Nzr+Ne其中Nzre表示永磁內轉子相對環(huán)形轉子旋轉的轉速；前述的主、副風輪上設置可將轉速的信號傳送到機組集控裝置5的主風輪轉速測量裝置G、副風輪轉速測量裝置G1，經由風速檢測裝置聯(lián)結的端口D1測得的風速和通過轉速測量裝置測得的風輪轉速，傳輸給機組集控裝置5；機組集控裝置與偏航控制器6聯(lián)結，控制主風輪下風向對風旋轉，偏航控制器6可安裝于底座下的機艙內部101；所述的主風輪與副風輪的輪轂部分別配置調節(jié)槳距角的主風輪變槳距調節(jié)機構38、副風輪變槳距調節(jié)機構28，該主風輪、副風輪變槳距調節(jié)機構與機組集控裝置5電氣聯(lián)結，由機組集控裝置5對主風輪變槳距調節(jié)機構38發(fā)出變槳指令；所述的主風輪與副風輪內分別配置副風輪槳距角測量裝置G28、主風輪槳距角測量裝置G38；所述主、副風輪變槳距調節(jié)機構構造相同，它由以伺服電機M38、M28驅動的變槳伺服機構381、281與變槳控制裝置382、282組成，所述機組集成控制5通過變槳控制裝置382、282與以伺服電機M38、M28驅動的變槳伺服機構381、281聯(lián)結；該變槳伺服機構在機組集控裝置5的控制下根據檢測到的槳距角變化進行主風輪和副風輪的轉速調節(jié)，實現(xiàn)主風輪下風向對風旋轉，而副風輪上風向反向對風旋轉；制動器15設置在發(fā)電機端蓋與副風輪輪轂之間；在發(fā)電機的電壓輸出端依次連接并網變頻器7、和升壓變壓器8，再與外電網W聯(lián)接；在并網變頻器、和升壓變壓器之間依次配置與機組集控裝置5聯(lián)結的電壓測量裝置G4、與機組集控裝置聯(lián)結的輸出電流檢測裝置G3；在發(fā)電機M與并網變頻器之間配置與機組集控裝置聯(lián)結的空載檢測裝置G5；機組集控裝置還具有與風速檢測裝置(未圖示)聯(lián)結的端口D1、與風向檢測裝置(未圖示)聯(lián)結得端口D2、與上位機傳輸數(shù)據的端口D3；所述主、副風輪葉片按已知技術方式裝置在風輪輪轂上，所述主風輪葉片掃風面積大于副風輪的葉片掃風面積2-5倍，尤以主風輪葉片掃風面積是副風輪的葉片掃風面積的3倍左右較佳，所述的掃風面積是風輪旋轉形成的面積；綜上，雙風輪機構的風電機，其中較大直徑的主風輪為發(fā)電用，較小直徑的副風輪為調節(jié)勵磁頻率兼發(fā)電用，二者在同一個軸線上、相互反方向旋轉，偏航控制器負責控制主風輪下風向對風旋轉，主力發(fā)電；副風輪上風向反向對風旋轉，輔助發(fā)電，大大提高效能。
所述發(fā)電機的電壓輸出端并網變頻器等配置可對發(fā)電機輸出電壓加以調節(jié)、同期后軟并網、停機時軟解裂，可有效的減少并網無功電流的沖擊，確保機組安全運行；當發(fā)電機達到額定輸出功率時，機組功率因數(shù)控制在cosθ＝1左右運行；當發(fā)電機輸出有功功率較小時，機組輸出cosθ＜1的感性無功功率；當發(fā)電機轉速低于額定最低轉速或發(fā)電機輸出功率高于最大輸出功率時，從電網上解列發(fā)電機，通過并網變頻器等配置完成軟解列。
一種套疊雙轉子風機變速變頻勵磁方法1).在主傳動軸上配置在風力作用下相對具有Pg極對數(shù)的定子以Nzr速度旋轉的主風輪，且主風輪轉速滿足下述關系式Nzr=60×(fg-fe)Pg+Pe]]>其中Nzr表示主風輪轉速；Pg表示環(huán)形轉子外側繞組極對數(shù)；Pe表示永磁內轉子的極對數(shù)；fg表示定子頻率；fe表示永磁內轉子折算頻率；2).在副傳動軸12端部配置的副風輪帶動永磁內轉子以Ne速度相對主風輪反向旋轉，且永磁內轉子折算頻率滿足下述關系式fe=Ne×Pe60]]>其中Ne表示副風輪相對定子轉速3).在副傳動軸上配置以Nzre轉速相對旋轉的、具有Pe極對數(shù)的永磁內轉子，永磁內轉子相對勵磁內轉子旋轉的轉速滿足下述關系式Nzre＝Nzr+Ne其中Nzre表示永磁內轉子相對環(huán)形轉子旋轉的轉速；4).所述環(huán)形轉子內側繞組極對數(shù)與永磁內轉子極對數(shù)一致設置為Pe對極；所述環(huán)形轉子外側繞組極對數(shù)與定子繞組極對數(shù)一致設置為Pg對極；所述環(huán)形轉子外側繞組與內側繞組通過環(huán)形轉子繞組間連接線123反相序連接；5).當主風輪低于額定轉速時，機組集控裝置進行主風輪葉尖速比控制，經由風速檢測裝置聯(lián)結的端口D1測得的風速和通過轉速測量裝置G測得的主風輪轉速，傳輸給機組集控裝置5，經與機組集控裝置預設的主風輪葉尖速比數(shù)值比對，計算出槳距角的調節(jié)數(shù)值，再與主風輪槳距角測量裝置G38采集的槳距角值比對，由機組集控裝置5對主風輪變槳距調節(jié)機構38發(fā)出變槳指令；由機組集控裝置5按照Nzr=60×(fg-fe)Pg+Pe]]>關系式對主、副風輪進行變速控制；由此可以實現(xiàn)主風輪在額定轉速以下以其最佳葉尖速比運行，達到充分利用風能的目的；當主風輪達到額定轉速時，機組集控裝置對發(fā)電機進行功率控制；經由輸出電流檢測裝置G3測得的發(fā)電機的輸出電流和經由輸出電壓測量裝置G4測得的發(fā)電機的輸出電壓傳輸給機組集控裝置5，經由該機組集控裝置運算出的發(fā)電機輸出功率值與預設的額定功率數(shù)值比對；符合預設值時，機組集控裝置將采集到的由風速檢測裝置聯(lián)結的端口D1測得的風速和通過轉速測量裝置G測得的主風輪額定轉速，計算出該風速下主風輪額定轉速的槳距角的調節(jié)數(shù)值，再與主風輪槳距角測量裝置G38采集的槳距角值比對，由機組集控裝置5對主風輪變槳距調節(jié)機構38發(fā)出變槳指令；由此可以實現(xiàn)主風輪在恒定功率下運行，防止發(fā)電機過載；6).當副風輪低于額定轉速時，機組集控裝置進行副風輪葉尖速比控制，經由風速檢測裝置聯(lián)結的端口D1測得的風速和通過副風輪轉速測量裝置G1測得的副風輪轉速，傳輸給機組集控裝置5；經與機組集控裝置預設的副風輪葉尖速比數(shù)值比對，計算出槳距角的調節(jié)數(shù)值，再與副風輪槳距角測量裝置G28采集的槳距角值比對，由機組集控裝置對副風輪變槳距調節(jié)機構28發(fā)出變槳指令；由此可以實現(xiàn)副風輪在額定轉速以下以其最佳葉尖速比運行，達到充分利用風能的目的；當副風輪達到額定轉速時，機組集控裝置對發(fā)電機進行功率控制；經由輸出電流檢測裝置G3測得的發(fā)電機的輸出電流和經由輸出電壓測量裝置G4測得的發(fā)電機的輸出電壓傳輸給機組集控裝置5，經由機組集控裝置5運算出的發(fā)電機輸出功率值與預設的額定功率數(shù)值比對；符合預設值時，機組集控裝置5將采集到的由風速檢測裝置聯(lián)結的端口D1測得的風速和通過轉速測量裝置G測得的副風輪額定轉速，計算出該風速下副風輪額定轉速的槳距角的調節(jié)數(shù)值，再與副風輪槳距角測量裝置G28采集的槳距角值比對，由機組集控裝置5對副風輪變槳距調節(jié)機構28發(fā)出變槳指令；由此可以實現(xiàn)主風輪在恒定功率下運行，防止發(fā)電機過載；使發(fā)電機在小于等于額定轉速時保持發(fā)電機的輸出電壓頻率在5Hz-50Hz范圍內變速變頻運行，尤以發(fā)電機的輸出電壓頻率在10Hz-20H最佳，通過并網變頻器7整流和逆變，使發(fā)電機始終以50Hz的輸出電壓頻率并網運行，間接實現(xiàn)了風電機組的變速變頻運行；7.所述環(huán)形轉子外側繞組極對數(shù)Pg設置為大于環(huán)形轉子內側繞組極對數(shù)Pe，所述環(huán)形轉子外側繞組極對數(shù)可以是3倍的環(huán)形轉子內側繞組極對數(shù)；
從而，工作時套疊的兩轉子繞組具有相同的電流頻率、相互反方向的旋轉磁場，發(fā)電機轉子繞組勵磁磁場相對套疊轉子的旋轉速度Nzre與主風輪軸機械旋轉的速度Nzr疊加、配合，始終形成同步勵磁磁場，該同步磁場在具有Pg對極的定子繞組中產生50Hz電勢，實現(xiàn)發(fā)電機組的變速恒頻勵磁運行。
8).裝配在傳動軸13上的主風輪與裝配在副傳動軸的副風輪2借由葉片槳距角的相對反方向調節(jié)呈相對反向對風旋轉配置。充分利用副風輪后面的反向旋轉尾流能量，風能利用率比同容量單風輪機組提高15％-25％。
9).當串聯(lián)永磁變速變頻勵磁雙轉子風電機并網運行、主風輪轉速在預設的額定轉速和最低轉速之間時，副風輪在機組集控裝置5調節(jié)下按預設條件反向對風旋轉。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據本發(fā)明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案的范圍內。
權利要求
1.一種套疊雙轉子風機變速變頻勵磁方法，其特征在于，1).在發(fā)電機的副傳動軸(12)上配置由該副傳動軸傳動的相對定子(16)旋轉的永磁內轉子(17)；在發(fā)電機的主傳動軸(13)上配置由該主傳動軸傳動的相對定子旋轉的環(huán)形轉子(14)；該環(huán)形轉子又呈環(huán)抱永磁內轉子并可繞永磁內轉子旋轉的構造配置；所述環(huán)形轉子的環(huán)形轉子內側繞組(142)的極對數(shù)與永磁內轉子極對數(shù)一致設置為(Pe)對極；環(huán)形轉子外側繞組(143)的極對數(shù)與定子繞組極對數(shù)一致設置為(Pg)對極，所述環(huán)形轉子外側繞組與內側繞組通過環(huán)形轉子繞組間連接線(123)反相序連接；2).在發(fā)電機的主傳動軸上配置在風力作用下相對具有(Pg)極對數(shù)的定子以Nzr速度旋轉的主風輪，且主風輪轉速滿足下述關系式Nzr=60×(fg-fe)Pg+Pe]]>其中Nzr表示主風輪轉速；Pg表示環(huán)形轉子外側繞組極對數(shù)；Pe表示永磁內轉子的極對數(shù)；fg表示定子頻率；fe表示永磁內轉子折算頻率；3).在發(fā)電機的副傳動軸端部配置的副風輪帶動永磁內轉子以Ne速度相對主風輪反向旋轉，且永磁內轉子折算頻率滿足下述關系式fe=Ne×Pe60]]>其中Ne表示副風輪相對定子轉速；4).在副傳動軸上配置以Nzre轉速相對旋轉的、具有Pe極對數(shù)的永磁內轉子，該永磁內轉子相對環(huán)形轉子旋轉的轉速滿足下述關系式Nzre＝Nzr+Ne其中Nzre表示永磁內轉子相對環(huán)形轉子旋轉的轉速；5).當主風輪低于額定轉速時，機組集控裝置進行主風輪葉尖速比控制，經由風速檢測裝置聯(lián)結的端口(D1)測得的風速和通過轉速測量裝置(G)測得的主風輪轉速，傳輸給機組集控裝置(5)，經與機組集控裝置預設的主風輪葉尖速比數(shù)值比對，計算出槳距角的調節(jié)數(shù)值，再與主風輪槳距角測量裝置(G38)采集的槳距角值比對，由機組集控裝置對主風輪變槳距調節(jié)機構(38)發(fā)出變槳指令；由機組集控裝置按照Nzr=60×(fg-fe)Pg+Pe]]>關系式對主、副風輪進行變速控制；當副風輪低于額定轉速時，機組集控裝置進行副風輪葉尖速比控制，經由風速檢測裝置聯(lián)結的端口(D1)測得的風速和通過副風輪轉速測量裝置(G1)測得的副風輪轉速，傳輸給機組集控裝置；經與機組集控裝置預設的副風輪葉尖速比數(shù)值比對，計算出槳距角的調節(jié)數(shù)值，再與副風輪槳距角測量裝置(G28)采集的槳距角值比對，由機組集控裝置對副風輪變槳距調節(jié)機構(28)發(fā)出變槳指令；6)當主風輪達到額定轉速時，機組集控裝置對發(fā)電機進行功率控制；經由輸出電流檢測裝置(G3)測得的發(fā)電機的輸出電流和經由輸出電壓測量裝置(G4)測得的發(fā)電機的輸出電壓傳輸給機組集控裝置(5)，經由該機組集控裝置運算出的發(fā)電機輸出功率值與預設的額定功率數(shù)值比對；符合預設值時，機組集控裝置將采集到的由風速檢測裝置聯(lián)結的端口(D1)測得的風速和通過轉速測量裝置(G)測得的主風輪額定轉速，計算出該風速下主風輪額定轉速的槳距角的調節(jié)數(shù)值，再與主風輪槳距角測量裝置(G38)采集的槳距角值比對，由機組集控裝置對主風輪變槳距調節(jié)機構(38)發(fā)出變槳指令；當副風輪達到額定轉速時，機組集控裝置對發(fā)電機進行功率控制；經由輸出電流檢測裝置(G3)測得的發(fā)電機的輸出電流和經由輸出電壓測量裝置(G4)測得的發(fā)電機的輸出電壓傳輸給機組集控裝置，經由機組集控裝置運算出的發(fā)電機輸出功率值與預設的額定功率數(shù)值比對；符合預設值時，機組集控裝置將采集到的由風速檢測裝置聯(lián)結的端口(D1)測得的風速和通過轉速測量裝置(G)測得的副風輪額定轉速，計算出該風速下副風輪額定轉速的槳距角的調節(jié)數(shù)值，再與副風輪槳距角測量裝置(G28)采集的槳距角值比對，由機組集控裝置對副風輪變槳距調節(jié)機構(28)發(fā)出變槳指令。
2.如權利要求1所述的套疊雙轉子風機變速變頻勵磁方法，其特征在于，當串聯(lián)永磁變速變頻勵磁雙轉子風電機并網運行、主風輪轉速在預設的額定轉速和最低轉速之間時，副風輪在機組集控裝置調節(jié)下按預設條件反向對風旋轉；所述環(huán)形轉子外側繞組極對數(shù)Pg設置為大于環(huán)形轉子內側繞組極對數(shù)Pe。
3.如權利要求1或2所述的套疊雙轉子風機變速變頻勵磁方法，其特征在于，裝配在傳動軸上的主風輪與裝配在副傳動軸的副風輪借由葉片槳距角的相對反方向調節(jié)呈相對反向對風旋轉配置；所述環(huán)形轉子外側繞組極對數(shù)是環(huán)形轉子內側繞組極對數(shù)的3倍。
4.一種套疊式雙轉子發(fā)電機，包括發(fā)電機主體(1)，其特征在于，所述發(fā)電機的永磁內轉子(17)通過副傳動(12)軸傳動、呈相對定子(16)旋轉的構造裝置在發(fā)電機主體機殼內；借由副風輪傳動的副傳動軸與借由主風輪傳動的主傳動軸成可相互轉動的聯(lián)結方式同軸安裝，所述的副風輪相對主風輪呈反向對風旋轉的傳動構造裝置在副傳動軸的軸身端部；發(fā)電機的環(huán)形轉子(14)通過主傳動軸(13)傳動；該環(huán)形轉子呈環(huán)抱并可繞永磁內轉子旋轉的構造裝置，且該環(huán)形轉子呈相對定子旋轉的構造配置。
5.如權利要求4所述的套疊式雙轉子變速變頻發(fā)電機，其特征在于，所述的副風輪按F2方向呈上風向對風旋轉安裝；該主風輪(3)呈下風向旋轉的傳動構造裝配在主傳動軸(13)上。
6.如權利要求4或5所述的套疊式雙轉子變速變頻發(fā)電機，其特征在于，所述的環(huán)形轉子(14)由環(huán)抱永磁內轉子的環(huán)形轉子鐵心(141)和與環(huán)形轉子鐵心匹配結合的環(huán)形轉子內側繞組(142)、環(huán)形轉子外側繞組(143)組成。
7.如權利要求6所述的套疊式雙轉子變速變頻發(fā)電機，其特征在于，所述的主傳動軸的一端借由配置在發(fā)電機第二端蓋(112)部的第二軸承(116)支撐伸出機殼與主風輪裝配，該主傳動軸的另一端伸入機殼通過環(huán)形轉子支撐單元(140)與環(huán)形轉子呈動力傳動構造配置。
8.如權利要求7所述的套疊式雙轉子變速變頻發(fā)電機，其特征在于，所述的副傳動軸借由配置在發(fā)電機第一端蓋(111)部的第一軸承(115)支撐，伸出機殼(11)裝置副風輪；所述的主、副傳動軸均具有預設直徑的中空通孔(120、130)。
9.如權利要求8所述的套疊式雙轉子變速變頻發(fā)電機，其特征在于，所述的環(huán)形轉子借由其兩端分別設置的環(huán)形轉子支撐單元(140)環(huán)抱前述永磁內轉子(17)裝置在主傳動軸(13)上。
10.如權利要求9所述的套疊式雙轉子變速變頻發(fā)電機，其特征在于，所述的環(huán)形轉子支撐單元與傳動軸結合的部位設置使環(huán)形轉子隨主傳動軸旋轉的軸承件(1401)；用于副風輪剎車的制動器(15)設置在發(fā)電機端蓋與副風輪輪轂之間。
全文摘要
一種套疊雙轉子風機變速變頻勵磁方法及其發(fā)電機，其中，在發(fā)電機的副傳動軸上配置由該副傳動軸傳動的相對定子旋轉的永磁內轉子；在發(fā)電機的主傳動軸上配置由該主傳動軸傳動的相對定子旋轉的環(huán)形轉子；該環(huán)形轉子又呈環(huán)抱永磁內轉子并可繞永磁內轉子旋轉的構造配置；所述環(huán)形轉子的環(huán)形轉子內側繞組的極對數(shù)與永磁內轉子極對數(shù)一致設置為Pe對極；環(huán)形轉子外側繞組的極對數(shù)與定子繞組極對數(shù)一致設置為Pg對極，所述環(huán)形轉子外側繞組與內側繞組通過環(huán)形轉子繞組間連接線反相序連接。本案機組可實現(xiàn)變速變頻運行、變槳距調節(jié)，額定風速以下本案雙風輪發(fā)電機組較單風輪變速變頻機組風能利用率有較大提高，無齒輪箱。
文檔編號H02K7/10GK1996745SQ20061013022
公開日2007年7月11日 申請日期2006年12月15日 優(yōu)先權日2006年12月15日
發(fā)明者王華君 申請人:天津市新源電氣科技有限公司