專利名稱：內轉子無刷雙饋發(fā)電機及其控制裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及風力發(fā)電機，特別是變速恒頻內轉子無刷雙饋發(fā)電機及 其控制裝置。
背景技術：
習知技術雙饋感應發(fā)電機作為變速恒頻型機組，在水電站、抽水蓄能電 站，特別是在大型風力發(fā)電機組中得到廣泛應用，因其機組可以變速恒頻運行的特點，使發(fā)電機組的能量轉換效率大大提高；又因其通過轉子側的小功 率變流裝置調控發(fā)電機組的有功和無功，機組的控制特性和控制成本令人非 常滿意。由于大型匿級風力發(fā)電機組轉速很低， 一般在15-35rpm，如此低的 轉速將會使電機極對數增加、電機幾何尺寸和重量都大大增加。目前的辦法 是通過增速齒輪箱升速，齒輪箱效率可達到97%、雖然故障率較高，但此辦法 可選用高速雙饋感應發(fā)電機， 一般為4/6極電機，從而減輕電機制造和成本 上的麻煩。隨著海上風電場機組容量的增大如3-5MW機組、甚至10匿容量的 機組已在研發(fā)中。此型機組的可靠性，主要是由滑環(huán)和齒輪箱故障導致的停 機，已成為突出問題，出于對風電機組可靠性、系統(tǒng)轉換效率和機組綜合成 本的考慮，永磁直驅型同步風力發(fā)電機組便應運而生。中國專利 CN200410003089. 3 />開了 一種匿級直接驅動永》茲外轉子同步風力發(fā)電機，它 采用多極外轉子結構。該發(fā)電機包括固定軸、轉動軸、線圈繞組、永磁磁鋼、 鐵芯、定子和外轉子，其中轉動軸通過軸承安裝于固定軸上，定子通過定子 支架安裝于固定軸上，外轉子通過轉子支架安裝于轉動軸上，在繞組線圏和 定子支架之間可以設有軸向的冷卻通風道；在外轉子和定子之間的迎風面設有保護軍。該機組去掉損失系統(tǒng)效率、故障頻繁的增速齒輪箱，沒有傳輸大 電流的滑環(huán)電刷，采用永磁材料勵磁，勵磁損耗降低，發(fā)電機發(fā)出頻率變化 的低頻交流電，通過全功率變頻器并網，從而實現(xiàn)風電初4且的變速恒頻發(fā)電。
永磁直驅型同步風力發(fā)電機組由于其良好的可靠性，很高的系統(tǒng)效率，雖機 組費用高于前者、但其維護成本低等諸多優(yōu)勢。此機型存在電機直徑尺寸龐 大，安裝運輸不便，發(fā)電機與全功率變流器成本高，不方便進行發(fā)電機運行 無功調節(jié)等技術缺陷。
發(fā)明內容
本實用新型所要解決的問題在于，克服襲用技術存在的上述缺陷，而提 供一種內轉子無刷雙饋發(fā)電機及其控制裝置。
本實用新型目的之一是提供一種內轉子無刷雙饋發(fā)電機； 本案目的之二是提供一種內轉子無刷雙饋發(fā)電機的控制裝置。 本案解決內轉子無刷雙饋發(fā)電機技術問題是采取以下技術方案來實現(xiàn) 依據本實用新型提供的一種內轉子無刷雙饋發(fā)電機，包括發(fā)電機主體、 定子、轉子、風機葉片、輪轂，風機葉片安裝在輪轂上，在發(fā)電機主體內， 轉子相對定子旋轉的構造設置，風機葉片帶動輪轂驅動轉子旋轉，其中，主 體內設置內轉子式發(fā)電機和勵磁機，發(fā)電機和勵磁機轉子同軸安裝，發(fā)電機 和勵磁機軸向串聯(lián)結構設置；發(fā)電機和勵磁機各自獨立磁路，發(fā)電機轉子繞 組極對數與發(fā)電機定子繞組極對數相同，勵磁機轉子繞組極對數與勵磁機定 子繞組極對數相同。
本案解決內轉子無刷雙饋發(fā)電機技術問題還可依以下技術措施進一 步實
現(xiàn)
前述的內轉子無刷雙饋發(fā)電機，其中，發(fā)電機由發(fā)電機定子鐵芯、裝在 此鐵芯槽中的發(fā)電機定子繞組、發(fā)電機轉子鐵芯、裝在此鐵芯槽中的發(fā)電機 轉子繞組組成，發(fā)電機轉子在發(fā)電機定子內側環(huán)繞發(fā)電機定子旋轉，發(fā)電機 定子鐵芯和發(fā)電機轉子鐵芯之間設有發(fā)電機氣隙，發(fā)電機定子繞組并聯(lián)連接 發(fā)電機助磁裝置；發(fā)電機助磁裝置安裝于機艙圓筒形空間N 。
前述的內轉子無刷雙饋發(fā)電機，其中，勵磁機由勵磁機定子鐵芯、 裝在此鐵芯槽中的勵磁機定子繞組、勵磁機轉子鐵芯、裝在此鐵芯槽中的勵
磁機轉子繞組組成，勵磁機轉子在勵磁機定子內側環(huán)繞勵磁機定子旋轉，勵 磁機定子鐵芯與勵磁機轉子鐵芯之間設有勵磁機氣隙，勵磁機定子繞組相連
有勵磁裝置；勵磁裝置安裝于機槍圓筒形空間內；
外殼分別與電機左端蓋和電機右端蓋連接，兩端蓋通過電機左軸承和電機右 軸承支撐兩轉子環(huán)繞定子旋轉；
輸
前述的內轉子無刷雙饋發(fā)電機，其中，發(fā)電機轉子繞組和勵磁機轉子繞 組為繞線式波繞組結構、星形接線方式，勵磁機轉子繞組通過轉子繞組連接 線與發(fā)電機轉子繞組反相序連接。
前述的內轉子無刷雙饋發(fā)電機，其中，安裝風機葉片的輪轂設有通用的 變槳距機構，變槳距機構在機組集控裝置的控制下，通過改變葉片的槳距角， 實現(xiàn)風輪轉速的調節(jié)，輪轂安裝板用以將輪轂與電機輸出軸連接。
前述的內轉子無刷雙饋發(fā)電機，其中，發(fā)電機設有電機傾斜安裝機構， 電機外殼底部與電機支撐板連接，使電機傾斜5-10度，以防止葉片工作時與 塔筒刮蹭，電機底座處與塔筒頂部之間裝設偏航機構。
本實用新型解決內轉子無刷雙饋發(fā)電機的控制裝置技術問題是采取以下 技術方案來實現(xiàn)
依據本實用新型提供的一種內轉子無刷雙饋發(fā)電機的控制裝置，包括機 組集控裝置，集控裝置連接信號傳感器，設有控制信號輸出端口，其中，控 制裝置設有機組集控制裝置、勵磁機交流勵磁裝置、發(fā)電機助磁裝置、風速 風向測量裝置、發(fā)電機轉速傳感器和風機制動控制器；
機組集控裝置設有風速傳感器測量的信號輸入端口 、風向傳感器測量的 信號輸入端口，設有與上位機遠程通信的輸出信號端口；機組集控裝置與發(fā) 電機機端電壓互感器連接，以測得發(fā)電枳4幾端電壓數值，與發(fā)電機輸出電流 互感器連接，以測得發(fā)電機輸出電流數值；機組集控裝置與勵磁電壓互感器
連接，以測得勵磁機勵磁電壓數值，與勵磁電流互感器連接，以測得勵磁機
勵磁電流數值；機組集控裝置連接發(fā)電機轉速傳感器和風機制動控制器；
勵磁機交流勵磁裝置主回路輸入側通過投勵開關與發(fā)電機定子輸出端并
網開關內側連接，交流勵磁裝置接受機組集控裝置的控制指令，其輸出側主
回路與勵磁機定子繞組連接；
發(fā)電機助磁裝置主回路與發(fā)電機輸出端連接，并接受機組集控裝置的控
制指令，發(fā)電機輸出端通過并網開關、升壓變壓器與電網連接。
本案解決內轉子無刷雙饋發(fā)電機的控制裝置技術問題還可依以下技術措
施進一步實現(xiàn)
前述的內轉子無刷雙饋發(fā)電機的控制裝置，其中，機組集控裝置連接控 制偏航機構，使風輪上風向旋轉，機組集控裝置通過閉環(huán)控制變槳距機構， 保持風輪額定風速以下以最佳風能利用率運行、額定風速以上以發(fā)電機額定 輸出功率運行；變槳距機構連接轉速測量器、槳距角測量器、變槳伺服機構、 伺服電機、變槳距控制裝置。
前述的內轉子無刷雙饋發(fā)電機的控制裝置，其中，勵磁裝置主回路由兩 組雙向整流-逆變單元組成；發(fā)電機在同步轉速以下運行時，勵磁裝置向勵磁 機定子提供勵磁電流和部分有功能量，發(fā)電機在同步轉速以上運行時，勵磁 裝置向勵磁機定子提供勵磁電流的同時，有部分有功能量饋向電網；勵磁裝 置通過控制回路實現(xiàn)與機組集控裝置的通信聯(lián)系。
前述的內轉子無刷雙饋發(fā)電機的控制裝置，其中，機組集控裝置，設有 電機溫升監(jiān)測端口，設有風輪制動信號輸出端口；發(fā)電機助磁裝置設有電容 器，電容器通過可控硅控制其投入數量，可控硅的導通控制由機組集控裝置 完成。
本實用新型與現(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，本實用新型在優(yōu)異的結構配置下，至少有如下的優(yōu)點
本案例采用繞線型內轉子無刷雙饋發(fā)電技術方案，在大型風力發(fā)電領域
實現(xiàn)了機組的變速恒頻運行，具有無刷化、直驅、無齒輪箱、以約l/3發(fā)電 機額定容量的變流勵磁裝置，可方便調節(jié)無功等技術優(yōu)點。本實用新型有效 簡化了機組構造，縮小了發(fā)電機直徑，減少了機組重量，便于設備運輸；降 低了控制系統(tǒng)成本，提高了機組的安全性、可靠性和運行效率。本實用新型 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、實用型的 好技術。本實用新型的具體實施方式
由以下實施例及其附圖詳細給出。
圖l是本實用新型整體結構示意圖； 圖2是本實用新型工作原理結構示意框圖； 圖3是本實用新型機組集控裝置硬件結構示意框圖。
具體實施方式
以下結合附圍及較佳實施例，對依據本實用新型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l-3所示。一種內轉子無刷雙饋發(fā)電機，包括發(fā)電機主體、定子、轉子、風機葉片2、 輪轂l,風機葉片2安裝在輪轂1上，在發(fā)電機主體內，轉子相對定子旋轉的 構造設置，風機葉片2帶動輪轂1驅動轉子旋轉，其主體內設置內轉子式發(fā) 電機和勵磁機，發(fā)電機和勵磁機轉子同軸安裝，發(fā)電機和勵磁機軸向串聯(lián)結 構設置；發(fā)電機和勵磁機各自獨立磁路，發(fā)電機轉子繞組15極對數與發(fā)電機 定子繞組14極對數相同，勵磁機轉子繞組16極對數與勵磁機定子繞組7極 對數相同。繞線型內轉子無刷雙饋電機(WBDFG)結構WBDFG由兩個多對板繞線轉子電機復合而成，^對極電機為發(fā)電機，尸c對 極電機為勵磁機，其兩電Wl對數關系滿足發(fā)電機和勵磁機各自 獨立鐵芯磁路，安裝在一個外殼內。兩電機轉子同軸安裝、且繞組為繞線式
波繞組結構、導線為銅或鋁材質，轉子為多相最佳為三相，轉子繞組極對數 與各自定子繞組極對數相同，兩轉子繞組均為星型接線，兩轉子繞組出線端 反相序連接。內轉子無刷雙饋發(fā)電機內轉子結構為了制造工藝方便、結構簡潔，采用內轉子結構。如圖風機葉片2安 裝在輪轂1上，輪轂1內設有通用的變槳距機構29，變槳距機構29在機組集 控裝置24的控制下，通過改變葉片2的槳距角，實現(xiàn)風輪轉速的調節(jié)。輪轂 安裝板3用以將輪轂1與電機輸出軸6連接。內轉子式WBDFG由勵磁機和發(fā)電機軸向串聯(lián)結構組成。兼作發(fā)電的勵磁 機由勵磁機定子鐵芯9、裝在此鐵芯槽中的勵磁機定子繞組7、勵磁機轉子鐵 芯8、裝在此鐵芯槽中的勵磁機轉子繞組16組成，勵磁機轉子在勵磁機定子 內側環(huán)繞勵磁機定子旋轉，勵磁機定子鐵芯9與勵磁機轉子鐵芯8之間設有 勵磁機氣隙12,勵磁機定子繞組7與勵磁裝置23相連，勵磁才幾轉子繞組16 通過轉子繞組連接線13與發(fā)電機轉子繞組15反相序連接。發(fā)電機由發(fā)電機 定子鐵芯ll、裝在此鐵芯槽中的發(fā)電機定子繞組14、發(fā)電機轉子鐵芯IO、裝 在此鐵芯槽中的發(fā)電機轉子繞組15組成，發(fā)電子轉子在發(fā)電機定子內側環(huán)繞 發(fā)電機定子旋轉，發(fā)電機定子鐵芯11和發(fā)電機轉子鐵芯10之間設有發(fā)電機 氣隙17，發(fā)電機定子繞組14與發(fā)電機助磁裝置22并聯(lián)。勵磁機定子鐵芯9和發(fā)電機定子鐵芯11軸向串聯(lián)安裝在直徑相等的電機 外殼28內側，電機外殼28分別與電機左端蓋18和電機右端蓋5連接，兩端 蓋通過電機左軸承19和電機右軸承4支撐兩轉子環(huán)繞定子旋轉，電機外殼28 與機搶后蓋20和電機支撐板27環(huán)形連接。勵磁機轉子鐵芯8和發(fā)電機轉子鐵芯10軸向串聯(lián)安裝在直徑相等的圓筒形電機輸出軸6外倒，圃筒形電M出軸6與電機左軸端支撐板21和電機右軸端支撐板30連接成一個整體。電機外殼28底部與電機支撐板27連接，使電機傾斜5-10度，以防止葉片工作時與塔筒26刮蹭，電機底座處與塔筒頂部之間裝設偏航機構25。發(fā)電機助磁裝置22裝于機搶圓筒形空間內，與發(fā)電機定子繞組14并接， 勵磁裝置23裝于機輪圓筒形空間內，與勵磁機定子繞組7連接，機組集控裝 置24裝于機搶圓筒形空間內，與機組內外相關部件連接。一種內轉子無刷雙饋發(fā)電機的控制裝置，包括機組集控裝置，集控裝置 連接信號傳感器，設有控制信號輸出端口，其中，控制裝置設有機組集控制 裝置24、勵磁機交流勵磁裝置23、發(fā)電機助磁裝置22、風速風向測量裝置、 發(fā)電機轉速傳感器和風機制動控制器；機組集控裝置24設有風速傳感器測量的信號輸入端口 Dl、風向傳感器測 量的信號輸入端口D2，設有與上位機遠程通信的輸出信號端口 D3;機組集控 裝置24與發(fā)電枳抓端電壓互感器T2連接，以測得發(fā)電機機端電壓數值，與 發(fā)電機輸出電流互感器T3連接，以測得發(fā)電Wr出電流數值；機組集控裝置 24與勵磁電壓互感器T5連接，以測得勵磁機勵磁電壓數值，與勵磁電流互感 器T4連接，以測得勵磁機勵磁電流數值；機組集控裝置24連接發(fā)電機轉速 傳感器和風機制動控制器；勵磁機交流勵磁裝置23主回路輸入側通過投勵開關K2與發(fā)電機定子輸 出端并網開關內側連接，交流勵磁裝置23接受機組集控裝置24的控制指令， 其輸出側主回路與勵磁機定子繞組連接；發(fā)電機助磁裝置22主回路與發(fā)電機輸出端連接，并接受機組集控裝置24 的控制指令，發(fā)電,出端通過并網開關K1、升壓變壓器T1與電網連接。繞線型疊套轉子無刷雙饋電機WBDFG控制裝置結構WBDFG控制裝置包括機組集控裝置、勵磁機交流勵磁裝置、發(fā)電機助磁裝 置、偏航控制器、變槳控制器、風速風向測量裝置、發(fā)電機轉速傳感器、風 機制動控制器等。機組集控裝置24設有控制單元24-1、觸摸屏24-2、上位遠端中控計算 機24-3、自動同期裝置24-4、發(fā)電機側適配單元2—5、勵磁機側適配單元24-6、保護控制單元24-7?？刂茊卧?4-l設有風速、風向、轉速、電機溫升 信號輸入端口，開關K1、開關K2、偏航控制、變槳調節(jié)、解纜輸出、風輪制 動開關等信號輸出端口。機組集控裝置24設有風速傳感器測量的信號輸入端口 Dl，風向傳感器測 量的信號輸入端口D2，設有與上位機遠程通信的輸出信號端口 D3，設有電機 溫升監(jiān)測端口 ，設有風輪制動信號輸出端口 。機組集控裝置24與電壓互感器T2連接，以測得發(fā)電機機端電壓數值， 與電流互感器T3連接，以測得發(fā)電機輸出電流數值。機組集控裝置24與電壓互感器T5連接，以測得勵磁機勵磁電壓數值， 與電流互感器T4連接，以測得勵磁機勵磁電流數值。交流勵磁裝置23主回 路輸入側通過投勵開關K2與發(fā)電機定子輸出端并網開關內側連接，交流勵磁 裝置23接受機組集控裝置24的控制指令，其輸出側主回路與WBDFG勵磁機 定子繞組連接，勵磁裝置23主回路由兩組雙向PWM整流一逆變單元Ql、 Q2 組成。WBDFG在同步轉速以下運行時，Q1PWM整流、Q2PWM逆變，勵磁裝置23 向勵磁機定子提供勵磁電流和部分有功能量，WBDFG在同步轉速以上運行時， Q1PWM逆變、Q2PWM整流，勵磁裝置23向勵磁機定子提供勵磁電流的同時， 有部分有功能量饋向電網。勵磁裝置23通過控制回路實現(xiàn)與機組集控裝置24 的通信聯(lián)系。發(fā)電機助磁裝置22主回路與發(fā)電機輸出端連接，并接受機組集控裝置24 的控制指令。發(fā)電機助磁裝置22由n+l個電容器組成，并通過可控硅控制其 投入數量，可控硅的導通控制由機組集控裝置24完成，發(fā)電機輸出端通過并 網開關K1、升壓變壓器690-110000V TI與電網連接。機組集控裝置24通過偏航機構25控制WBDFG使風輪上風向旋轉，機組 集控裝置24通過閉環(huán)控制變槳距機構29，保持風輪額定風速以下以最佳風能 利用率運行、額定風速以上以發(fā)電機額定輸出功率運行。變槳距機構29包括 轉速測量機構G1、槳距角測量機構G2、變槳伺服機構G3、伺服電機M1、變
槳距控制裝置G4組成。繞線型無刷雙饋電機WBDFG電氣控制方法如下WBDFG的勵磁系統(tǒng)由交流勵磁裝置23與發(fā)電機助磁裝置22組合而成，在 機組集控裝置24的控制下，完成發(fā)電機的起勵升壓、并網發(fā)電和無功調節(jié)。起勵控制風力機在額定轉速以下，以一定速度驅動WBDFG旋轉，發(fā)電 機處于與電網解裂狀態(tài)，勵磁機準備投勵，發(fā)電機助磁裝置22在機組集控裝 置24的調節(jié)下，使發(fā)電機逐漸建立電壓，由機組集控裝置24通過T2測得發(fā) 電機輸出電壓，當發(fā)電機空載輸出電壓達到額定輸出電壓30%-60%時，機組集 控裝置24令K2閉合，勵磁機交流勵磁裝置23投勵，機組集控裝置24調節(jié) 交流勵磁裝置23，使發(fā)電機電壓達到額定輸出值、使發(fā)電機頻率達到并網要 求，準備并網。并網控制機組集控裝置24通過T2、 T6對K1兩側電壓、相序、頻率及 通過G對風力機轉速的測量，在發(fā)電機輸出端與電網接線相序一致的條件下、 機組集控裝置24調節(jié)交流勵磁裝置23電壓的幅值和頻率，跟蹤對電網側和 風力機轉速測量的數據，當發(fā)電機輸出端和電網側的電壓幅值、相序及頻率 達到并網技術要求的一致性后，由機組集控裝置24內置的同期裝置發(fā)出信號， 令發(fā)電機并網開關K1自動閉合，完成并網。變速恒頻特性控制目前國標規(guī)定風力發(fā)電機輸出電壓頻率范圍為 47. 5Hz-51Hz。不管發(fā)電機轉速如何變化，其定子電壓頻率滿足此國標規(guī)定的 頻率范圍、且與電網頻率相同，風電機組就實現(xiàn)了變速恒頻運行。具體控制 過程如下隨著風速的變化，機組集控裝置24通過控制變槳距機構29以熟知的方 式調節(jié)風力機葉片2的槳距角，即可調節(jié)發(fā)電機機械轉速^。交流勵磁裝置 23通過勵磁機定子繞組7饋入的交流勵磁電流頻率為/c ，該頻率旋轉磁場在 勵磁機轉子繞組16產生感應電流其頻率為Sc/c ，該轉子電流通過與勵磁機轉 子繞組16反相序連接的發(fā)電機轉子繞組15，形成發(fā)電機定子繞組14的勵磁磁場，該勵磁磁場相對發(fā)電機轉子的機械旋轉速度為w,-i^s4，發(fā)電機定尸》子電壓頻率即電網頻率/,，該頻率磁場的旋轉速度為w, =^A。同步工作八時，發(fā)電機轉子的機械角速度和相對其旋轉的勵磁磁場同步旋轉的角速度二 者的和或差，始終與定子磁場同步旋轉的角速度同步，三者關系以下式表示。<formula>formula see original document page 14</formula>式中發(fā)電機轉速低于WBDFG的同步速時，取"+"號 發(fā)電才幾轉速高于WBDFG的同步速時，取"-"號由此以發(fā)電機定子輸出電壓頻率y;為目標，調節(jié)風力機轉速即發(fā)電機轉 速o,和勵磁機定子勵磁電流頻率A形成閉環(huán)控制，就可實現(xiàn)WB0FG的變速恒 頻特性控制。有功控制WBDFG的轉速也可表示為一絲示A^乖")同步轉速乂-^i yc=0其中W:風力機轉速即發(fā)電機轉速 /c:勵磁機定子勵》茲電流頻率 在此關系式中，當A^W。時，交流勵磁裝置23向勵磁機定子繞組7提供 勵磁電流的同時，還饋入滑差容量的有功功率，其饋入勵磁電流相序使勵磁 機轉子轉向與發(fā)電機轉向相反，上述表達式取"-"號，當A^W。時，交流勵 磁裝置23向勵磁機定子繞組7提供勵磁電流的同時，還向電網饋入滑差容量 的有功功率，其饋入勵磁電流相序使勵磁機轉子轉向與發(fā)電機轉向相同，上 述表達式取"+"號。在前述變速恒頻特性控制方法中，分階段按不同規(guī)律調 節(jié)發(fā)電機轉速，實現(xiàn)機組的有功控制。WBDFG并網運行后，風力機在低于額定 風速以下運行時，機組集控裝置24通過控制變槳距機構29以熟知的方式調 節(jié)風力機葉片2的槳距角使其轉速以風能利用系數最大模式運行，此階段為風能利用率最大化階段。在此階段，當發(fā)電機轉速低于同步轉速即取"-"號 區(qū)間，此轉速區(qū)間勵磁機提供勵磁的同時還需從電網吸收容量等于發(fā)電機滑差功率的有功功率，此部分有功功率經勵磁機定子繞組7、勵磁機轉子繞組 16、發(fā)電機轉子繞組15到發(fā)電機定子繞組14輸出，此部分有功功率對電網 沒有貢獻、且有一定的內部損耗，此區(qū)間WBDFG發(fā)電機效率最低。當發(fā)電機 以同步轉速工作時刻，即/c-0狀態(tài)，勵磁機只有勵磁功率輸入，發(fā)電機單獨 輸出有功功率，此刻WBDFG發(fā)電機效率較高。當發(fā)電機轉速高于同步轉速即 取"+"號區(qū)間，此區(qū)間勵磁機提供勵磁的同時，還有與發(fā)電機滑差功率相同 的有功功率從發(fā)電機轉子繞組15、勵磁機轉子繞組16、經勵磁機定子繞組7 饋入電網，此區(qū)間發(fā)電才幾、勵磁機雙側同時向電網貢獻有功，即所謂雙饋發(fā) 電，此區(qū)間WBDFG發(fā)電機效率很高。當風力機在額定及以上風速運行時，機 組集控裝置24通過控制變槳距機構29以熟知的方式調節(jié)風力機葉片2的槳 距角使其轉速基本恒定，WBDFG以額定功率輸出模式運行，此階段為恒功率輸 出階段。恒功率輸出階段WBDFG為雙饋發(fā)電，發(fā)電機的效率最高。電壓和無功控制WBDFG在不同轉速下均可并網，并網前當頻率、相序滿 足要求后，發(fā)電機助磁裝置22在機組集控裝置24的調節(jié)下，使發(fā)電機逐漸 建立電壓，由機組集控裝置24通過T2測得發(fā)電機輸出電壓，當發(fā)電機空載 輸出電壓達到額定輸出電壓30%-60%時，機組集控裝置24通過調節(jié)勵磁裝置 23交流勵磁電流的大小，從而調節(jié)發(fā)電機輸出電壓的高低。發(fā)電機并網運行 后，機組集控裝置24通過調節(jié)勵磁裝置23和發(fā)電機助磁裝置22，使WBDFG 向電網饋電的功率因數滿足國標要求，cos^ = ±0.975 。本實用新型利用勵磁機 側的交流勵磁裝置與發(fā)電機側的輔助勵磁裝置有機結合，在機組集控裝置的 調節(jié)下根據風電場運行要求完成滿足國標要求的無功控制。以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型作任 何形式上的限制，凡是依據本實用新型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，均仍屬于本實用新型技術方案的范圍內。
權利要求1. 一種內轉子無刷雙饋發(fā)電機，包括發(fā)電機主體、定子、轉子、風機葉片(2 )、輪轂(1),風機葉片(2 )安裝在輪轂(1)上，在發(fā)電機主體內， 轉子相對定子旋轉的構造設置，風機葉片(2 )帶動輪轂(1)驅動轉子旋轉， 其特征在于主體內設置內轉子式發(fā)電機和勵磁機，發(fā)電機和勵磁機轉子同 軸安裝，發(fā)電機和勵磁機軸向串聯(lián)結構設置；發(fā)電機和勵磁機各自獨立磁路， 發(fā)電機轉子繞組(15)極對數與發(fā)電機定子繞組(14)極對數相同，勵磁機轉 子繞組(16)極對數與勵磁機定子繞組(7)極對數相同。
2. 如權利要求1所述的內轉子無刷雙饋發(fā)電機，其特征在于發(fā)電機由 發(fā)電機定子鐵芯(11)、裝在此鐵芯槽中的發(fā)電機定子繞組(14)、發(fā)電機轉 子鐵芯(10)、裝在此鐵芯槽中的發(fā)電機轉子繞組(15)組成，發(fā)電機轉子在 發(fā)電機定子內側環(huán)繞發(fā)電機定子旋轉，發(fā)電機定子鐵芯(11)和發(fā)電機轉子 鐵芯(10 )之間設有發(fā)電機氣隙(17 )，發(fā)電機定子繞組(14 )并聯(lián)連接發(fā)電 機助磁裝置(22);發(fā)電機助磁裝置(22)安裝于才咸圓筒形空間內。
3. 如權利要求1或2所述的內轉子無刷雙饋發(fā)電機，其特征在于勵磁 機由勵磁機定子鐵芯(9)、裝在此鐵芯槽中的勵磁機定子繞組(7)、勵磁機 轉子鐵芯(8)、裝在此鐵芯槽中的勵磁機轉子繞組(16)組成，勵磁機轉子 在勵磁機定子內側環(huán)繞勵》茲機定子旋轉，勵磁機定子鐵芯(9)與勵磁機轉子 鐵芯(8 )之間設有勵磁機氣隙(12 )，勵磁機定子繞組(7 )相連有勵磁裝置(23);勵磁裝置(23)安裝于才幾搶圓筒形空間內；勵磁機定子鐵芯(9)和發(fā)電機定子鐵芯(11)軸向串聯(lián)安裝在電機外殼 (28)內側，電機外殼(28)分別與電機左端蓋(18)和電機右端蓋(5)連 接，兩端蓋通過電機左軸承(19 )和電機右軸承(4 )支撐兩轉子環(huán)繞定子旋轉；勵磁機轉子鐵芯(8)和發(fā)電機轉子鐵芯(10)軸向串聯(lián)安裝在電機輸出 軸(6 )外側。
4. 如權利要求3所述的內轉子無刷雙饋發(fā)電機，其特征在于發(fā)電機轉 子繞組(15 )和勵磁機轉子繞組(16 )為繞線式波繞組結構、星形接線方式， 勵磁機轉子繞組(16 )通過轉子繞組連接線(13 )與發(fā)電機轉子繞組(15 ) 反相序連接。
5. 如權利要求4所述的內轉子無刷雙饋發(fā)電機，其特征在于安裝風機 葉片(2 )的輪轂(1)設有通用的變槳距機構(29 )，變槳距機構(29 )在機 組集控裝置(24)的控制下，通過改變葉片(2)的槳距角，實現(xiàn)風輪轉速的 調節(jié)，輪轂安裝板(3)用以將輪轂(1)與電機輸出軸(6)連接。
6. 如權利要求5所述的內轉子無刷雙饋發(fā)電機，其特征在于發(fā)電機設 有電機傾斜安裝機構，電機外殼(28)底部與電機支撐板(27)連接，使電 機傾斜5-10度，電機底座處與塔筒頂部之間裝設偏航機構(25)。
7. —種內轉子無刷雙饋發(fā)電機的控制裝置，包括機組集控裝置，集控裝 置連接信號傳感器，設有控制信號輸出端口，其特征在于控制裝置設有機 組集控裝置(24)、勵磁機交流勵磁裝置(23)、發(fā)電機助磁裝置(22)、發(fā)電 機轉速傳感器和風機制動控制器；機組集控裝置(24)設有風速傳感器測量的信號輸入端口 (Dl)、風向傳 感器測量的信號輸入端口 ( D2 ),設有與上位機遠程通信的輸出信號端口 ( D3 ); 機組集控裝置(24)與發(fā)電機機端電壓互感器(T2)連接，以測得發(fā)電機機 端電壓數值，與發(fā)電機輸出電流互感器(T3)連接，以測得發(fā)電機輸出電流 數值；機組集控裝置(24)與勵磁電壓互感器(T5)連接，以測得勵磁機勵 磁電壓數值，與勵磁電流互感器(T4)連接，以測得勵磁機勵磁電流數值； 機組集控裝置(24)連接發(fā)電機轉速傳感器和風機制動控制器；勵磁機交流勵磁裝置(23)主回路輸入側通過投勵開關(K2)與發(fā)電機 定子輸出端并網開關內側連接，交流勵磁裝置(23)接受機組集控裝置(24) 的控制指令，其輸出倒主回路與勵磁機定子繞組連接；發(fā)電機助磁裝置(22)主回路與發(fā)電機輸出端連接，并接受機組集控裝 置(24)的控制指令，發(fā)電機輸出端通過并網開關(Kl)、升壓變壓器(Tl) 與電網連接。
8. 如權利要求7所述的內轉子無刷雙饋發(fā)電機的控制裝置，其特征在于 機組集控裝置(24)連接控制偏航機構(25)，使風輪上風向旋轉，機組集控 裝置(24)通過閉環(huán)控制變槳距機構(29),保持風輪額定風速以下以最佳風 能利用率運行、額定風速以上以發(fā)電機額定輸出功率運行；變槳距機構(29) 連接轉速測量器(Gl)、槳距角測量器(G2)、變槳伺服機構(G3)、伺服電機(Ml)、變槳距控制裝置(G4)。
9. 如權利要求7或8所述的內轉子無刷雙饋發(fā)電機的控制裝置，其特征 在于勵磁裝置(23)主回路由兩組雙向整流-逆變單元組成；發(fā)電機在同步 轉速以下運行時，勵磁裝置(23)向勵磁機定子提供勵磁電流和部分有功能 量，發(fā)電機在同步轉速以上運行時，勵磁裝置(23)向勵磁機定子提供勵磁 電流的同時，有部分有功能量饋向電網；勵磁裝置(23)通過控制回路實現(xiàn) 與機組集控裝置(24)的通信聯(lián)系。
10. 如權利要求9所述的內轉子無刷雙饋發(fā)電機的控制裝置，其特征在 于機組集控裝置(24)，設有電機溫升監(jiān)測端口，設有風輪制動信號輸出端 口；發(fā)電機助磁裝置(22)設有電容器，電容器通過可控硅控制其投入數量， 可控硅的導通控制由機組集控裝置(24)完成。
專利摘要一種內轉子無刷雙饋發(fā)電機及其控制裝置涉及風力發(fā)電機。本實用新型包括發(fā)電機主體、定子、轉子、風機葉片、輪轂，主體內設置內轉子式發(fā)電機和勵磁機，發(fā)電機和勵磁機轉子同軸安裝，發(fā)電機和勵磁機軸向串聯(lián)結構設置；控制裝置設有機組集控裝置、勵磁機交流勵磁裝置、發(fā)電機助磁裝置、發(fā)電機轉速傳感器和風機制動控制器；機組集控裝置設有傳感器測量的信號輸入端口；勵磁機交流勵磁裝置主回路輸入側與發(fā)電機定子輸出端連接，輸出側主回路與勵磁機定子繞組連接；發(fā)電機助磁裝置主回路與發(fā)電機輸出端連接，發(fā)電機輸出端與電網連接。本實用新型具有重量輕，無刷化，直驅，無齒輪箱，無功調節(jié)方便，控制成本低，機組安全性、可靠性和運行效率高等優(yōu)點。
文檔編號H02K17/44GK201038960SQ200720096010
公開日2008年3月19日 申請日期2007年5月15日 優(yōu)先權日2007年5月15日
發(fā)明者商建鋒, 楊彥杰, 王華君 申請人:天津市新源電氣科技有限公司