一種電無級變速大型同步風力發電機組的製作方法

2023-10-27 17:06:32 1

專利名稱：一種電無級變速大型同步風力發電機組的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種大型風力發電機組，特別是一種兆瓦級及以上的大型電無級變速同步型風力發電機組。
背景技術：
隨著全球對風電能源日益增長的需求，對風力發電機組的技術先進性和生產成本提出了越來越大的挑戰。目前功率在兆瓦級及以上的大型風電機組主要以雙饋型發電機組和直驅型發電機組為主。雙饋型風電機組的傳動鏈必須要有大功率齒輪箱，這對機組的可靠性和可維護性提出了更苛刻的要求。直驅型風力發電機組避免了大功率齒輪箱的維護工作量，可靠性有所提高。但由於其轉速很低，隨著功率的增大，其尺寸和重量將越來越大，成本也會越來越高。此外，這兩類發電機在對電網無功支撐能力以及低電壓穿越的性能方面與常規同步發電機相比，都要差一些。

實用新型內容為了克服現有的大型風電機組存在尺寸重量大或需要大功率齒輪箱的不足，本實用新型的目的在於提供一種電無級變速大型同步風力發電機組，該大型同步風力發電機組其尺寸重量僅與現有的雙饋型發電機組相當，又無需採用大功率齒輪箱，可靠性有很大提高。並且隨著風電機組容量佔電網總容量比重日益增大，電網對併網型風電機組性能要求日趨嚴厲時，本實用新型採用常規同步發電機，仍可滿足電網對風電機組的嚴厲要求。本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案如下一種電無級變速大型同步風力發電機組，它包括風機輪轂、一個電無級變速器和一臺常規的同步發電機；所述的電無級變速器包括一臺發電機和一臺電動機，該發電機與電動機共用一個轉子體，磁路互相獨立；所述的輪轂軸與電無級變速器中的發電機軸相連， 由輪轂直接驅動發電機電樞，該發電機主要由發電機電樞與轉子體上的內轉子組成；電無級變速器中的電動機主要由電動機電樞與轉子體上的外轉子組成；由該發電機發出的電經控制器I和可控制電動機轉速的控制器II驅動電動機轉子，形成電無級變速器；所述的轉子體通過聯軸器與常規的同步發電機相連，驅動同步發電機，發出的電經變壓器升壓後併入電網。本實用新型在兆瓦級及以上的大型風力發電機組中採用電無級變速技術，用一臺發電機和一臺電動機(共有一個轉子)利用電力電子控制技術組成一個電無級變速器，來取代現有的可變比的機械式齒輪箱。電無級變速器中的發電機由變速運行的風輪輪轂的動力驅動發電，發出的電經控制器變換後控制電動機的轉速，使電動機以與電網的同步轉速運轉。這樣儘管風輪以變速運行，電動機卻可以保持恆速運行，從而實現了無級變速。本實用新型大型風力發電機組可以在其尺寸重量僅與現有的雙饋型發電機組相當，又無需採用大功率齒輪箱時，將輪轂的動力經電無級變速器中的電動機就可以驅動一臺常規的同步發電機以同步轉速運行，併網發電。[0007]與現有技術相比，本實用新型的有益效果是用電無級變速裝置取代一種可變速的機械式齒輪箱，這樣可以將輪轂的動力經電無級變速裝置驅動一臺常規同步發電機，實現了風電機組的變速恆頻運行，可滿足電網對風電機組的嚴厲要求，使機組成為一種高可靠性、低成本、高電能質量的風力發電機組。
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。


圖1是本實用新型電無級變速大型同步風力發電機組的工作原理圖。圖2是本實用新型的結構示意圖。圖中，1.輪轂，2.滑環，3.發電機電樞，4.內轉子，5.外轉子，6.電動機電樞，7.轉子體，8.聯軸器，9.同步發電機，10.變壓器，11.電網，12.控制器I，13.控制器II，14.輪轂軸，15.主軸承，16.變速器輸入軸，17.彈性支撐，18.變速器前軸承，19.轉子前轉盤， 20.外殼，21.變速器後軸承，22.變速器輸出軸，23.機架。
具體實施方式
圖1所示為本實用新型一種電無級變速大型同步風力發電機組的工作原理圖。本實用新型機組在正常發電時的工作原理如下輪轂1以一個低轉速nl運轉，內轉子4和外轉子5共用的一個轉子體7以電網的高速同步轉速nt運轉。發電機電樞3由輪轂1直接驅動，它與轉子體7上的內轉子4組成一臺發電機，該發電機電樞3與內轉子4以相對轉速 nt-nl運行發電。發電機發出的電經滑環2引至控制器I 12，該控制器將變換後的電能送至控制器II 13，控制器II 13將變換後的電能送到電動機電樞6，電動機電樞6與外轉子5 組成一臺電動機。該電動機電樞是靜止的，它由控制器II 13供電，控制器1113實時控制外轉子5的轉速，即圖中外轉子5以與電網的同步轉速nt運轉。該電動機轉子經轉子體7、 變速器輸出軸22和撓性聯軸器8驅動同步發電機9，發出的電經變壓器10升壓後併入電網 11。上述發電機電樞3與內轉子4組成的發電機可以是異步發電機、永磁發電機，也可以是開關磁阻發電機。電動機電樞6與外轉子5組成的電動機可以是異步電動機、永磁電動機， 也可以是開關磁阻電動機。圖2所示為本實用新型一種電無級變速大型同步風力發電機組的結構的一個實施例。圖中短小的中心線表示不同規格的螺栓。該風力發電機組包括風機輪轂1、一個電無級變速器和一臺常規的同步發電機9;電無級變速器包括一臺發電機和一臺電動機，該發電機與電動機共用一個轉子體7，磁路互相獨立；輪轂軸14安裝在主軸承15的內環中，輪轂主軸承15採用雙列圓錐滾子軸承。輪轂軸14的前端與輪轂1緊固，後端與發電機軸16 緊固。滑環2安裝在發電機軸16上。發電機電樞3安裝在發電機軸16上。由輪轂1直接驅動發電機電樞3。發電機主要由發電機電樞3與轉子體7上的內轉子4組成；電無級變速器中的電動機主要由電動機電樞6與轉子體7上的外轉子5組成。發電機經滑環2依次與控制器I 12和控制器II 13相連。轉子體7通過變速器輸出軸22、聯軸器8與常規同步發電機9相連，驅動同步發電機9發電，經變壓器10升壓後併入電網11。在轉子體7前端裝有轉子前轉盤19，後端裝有變速器輸出軸22。轉子體7後端的變速器輸出軸22經撓性聯軸器8與常規同步發電機9的軸相連。在電無級變速器的發電機和電動機所共用的轉子體7的兩端分別裝有變速器前軸承18和變速器後軸承21，該前軸承18和後軸承21均為深溝球軸承或具有等同功能的其它形式軸承。同步發電機9為主發電機，該主發電機經彈性支撐17安裝於機架23上。主軸承15的外環安裝在外殼20內。 外殼20與機架23做成一體，電動機電樞6安裝在外殼20內。 上述實施方式例子僅用於說明本實用新型，其中各部件的結構、連接方式、布置位置等都是可以有所變化。凡是在本實用新型技術方案的基礎上進行的等同變換和改進的設計，均不應排除在本實用新型的保護範圍之外。
權利要求1.一種電無級變速大型同步風力發電機組，其特徵在於它包括風機輪轂(1)、一個電無級變速器和一臺同步發電機(9)；所述的電無級變速器包括一臺發電機和一臺電動機， 該發電機與電動機共用一個轉子體(7)，磁路互相獨立；所述的輪轂軸(14)與電無級變速器中的發電機軸(16)相連，由輪轂(1)直接驅動發電機電樞(3)，該發電機主要由發電機電樞⑶與轉子體⑵上的內轉子⑷組成；電無級變速器中的電動機主要由電動機電樞 (6)與轉子體(7)上的外轉子( 組成；由該發電機發出的電經控制器1(1 和可控制電動機轉速的控制器11(1 驅動電動機轉子，形成電無級變速器；所述的轉子體(7)通過變速器輸出軸0 和聯軸器(8)與同步發電機(9)相連，驅動同步發電機(9)發出的電經變壓器(10)升壓後併入電網(11)。
2.根據權利要求1所述的電無級變速大型同步風力發電機組，其特徵在於所述的電無級變速器中的發電機可以是異步發電機、永磁發電機，也可以是開關磁阻發電機；電無級變速器中的電動機可以是異步電動機、永磁電動機，也可以是開關磁阻電動機。
3.根據權利要求1所述的電無級變速大型同步風力發電機組，其特徵在於所述的輪轂主軸承(1 採用雙列圓錐滾子軸承。
4.根據權利要求1所述的電無級變速大型同步風力發電機組，其特徵在於在所述的電無級變速器的發電機和電動機所共用的轉子體(7)的兩端分別裝有變速器前軸承(18) 和變速器後軸承(21)，該前軸承(18)和後軸承均為深溝球軸承。
5.根據權利要求1所述的電無級變速大型同步風力發電機組，其特徵在於所述的電無級變速器的轉子體(7)通過變速器輸出軸(22)、撓性聯軸器(8)與同步發電機(9)相連接。
6.根據權利要求1所述的電無級變速大型同步風力發電機組，其特徵在於所述的同步發電機(9)為主發電機，該主發電機經彈性支撐(17)安裝於機架上。
專利摘要一種電無級變速大型同步風力發電機組，它包括風機輪轂、一個電無級變速器和一臺常規的同步發電機；電無級變速器包括一臺發電機和一臺電動機，共用一個轉子體，利用電力電子控制技術組成一個電無級變速器，來取代現有的可變比的機械式齒輪箱。本實用新型依靠電無級變速器中的電動機就可以驅動一臺常規的同步發電機以同步轉速運行，併網發電。成為一種高可靠性、低成本、高電能質量的風力發電機組。適用於兆瓦級及以上的大型電無級變速同步型風力發電機組。
文檔編號F03D11/00GK202140254SQ20112021614
公開日2012年2月8日 申請日期2011年6月23日 優先權日2011年6月23日
發明者施文江, 秦明, 肖珊彩 申請人:國電聯合動力技術有限公司