一種風力發電機組的自動恆頻無刷勵磁裝置的製作方法

2023-04-30 02:36:22 2

本實用新型涉及發電機技術領域，尤其涉及一種風力發電機組的自動恆頻無刷勵磁裝置。

背景技術：

在風電發電技術領域，風速的大小和風的方向經常發生變化，給風能的利用帶來不便，導致風能發電、輸電、變電、配電、用電不能時刻保持平衡，這是因為轉子轉速也會隨風變化，而且發電機的轉子轉速也會隨風變化，以致於發電機要更高的代價獲才能得恆定的電能頻率，來維持風力發電系統的可靠性和穩定性，傳統的雙饋異步風力發電機啟動時，都是由發電機轉子勵磁電源由電網提供，經網側變流器變換成直流電，然後再由發電機轉子側變流器變換成交流電接於發電機轉子之上，從而完成發電機轉子勵磁電流的幅值、相位和頻率控制，來達到併網以及功率控制的目的，這樣的雙饋異步風力發電機多出了一個電刷結構，使發電機的結構較為複雜，勵磁電流的幅值、相位和頻率控制難度大，發電機經常會產生換向火花，會給工作環境造成巨大危險。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於提供一種風力發電機組的自動恆頻無刷勵磁裝置，根據本實用新型的自動恆頻無刷勵磁裝置發電機能保持頻率恆定，運行方便可靠，為了實現上述目的，本實用新型採用以下技術效果：

根據本實用新型的一個方面，提供了一種風力發電機組的自動恆頻無刷勵磁裝置，包括風力發電機、變流器、第一變壓器、第二變壓器、齒輪箱、風力機和中央控制單元，所述風力發電機包括發電機轉子、發電機定子和勵磁定子，所述發電機定子和勵磁定子共用一個同軸的發電機轉子，所述風力機的輸出軸與齒輪箱的輸入軸連接，該齒輪箱的輸出軸與所述風力發電機的發電機轉子的輸出軸連接，所述第一變壓器的高壓側與電網連接，該第一變壓器的低壓側通過所述變流器與所述勵磁定子的輸出端連接，所述中央控制單元的控制端與所述變流器的控制端連接，所述發電機定子的輸出端與所述第二變壓器的低壓側連接，該第二變壓器的高壓側與電網連接。

優選的，所述發電機定子上設有發電機機定子繞組，該發電機機定子繞組輸出三相電壓經過高壓變壓模塊變換後輸送至電網，所述勵磁定子上設有勵磁機定子繞組，該勵磁機定子繞組的輸出端與所述變流器的輸入端連接，通過控制變流器進行調節勵磁機定子輸出的勵磁電流幅值和相位來調節發電機轉子輸出的電流幅值和相位。

優選的，所中央控制單元包括勵磁信號採樣電路、信號放大電路、信號處理電路和信號調理電路，所述勵磁信號採樣電路的輸入端與變流器輸出端連接，所述勵磁信號採樣電路的輸出端與所述信號放大電路的輸入端連接，所述信號放大電路的輸出端與所述信號處理電路的輸入端連接，所述信號處理電路的輸出端與信號調理電路的輸入端連接，該信號調理電路的輸出端與所述變流器的控制端連接。

優選的，所勵磁信號採樣電路為電流傳感器或電壓傳感器，所述信號處理電路為TMS320F28335處理器。

優選的，所述變流器(4)為雙向PWM變流器。

本實用新型採用了上述技術方案，本實用新型具有以下技術效果：

本實用新型的發電機電能提供了頻率恆定，進行調節勵磁機定子輸出的勵磁電流幅值和相位來調節發電機轉子輸出的電流幅值和相位，運行方便可靠，交流勵磁定子輸出勵磁電流給發電機轉子繞組，省去了電刷和滑環，不會產生換向火花，適合在危險的工作環境中運行。勵磁電流的穩定度得到可靠保證，本實用新型的勵磁機結構能使發電機轉子繞組與勵磁機定子繞組可按照1:1或2:1或其他對應關係，也可根據需要進行匹配對應，且勵磁機定子與發電機轉子同軸，能製造出同極數絕對同步的無刷交流發電機，能通過電網的反饋調節勵磁電流電流相位、勵磁電流的幅度。

附圖說明

圖1是本實用新型一種風力發電機組的自動恆頻無刷勵磁裝置的結構原理圖；

圖2是本實用新型的中央控制單元的工作原理圖；

附圖中，1-發電機轉子，2-發電機定子，3-勵磁定子，4-變流器，5-第一變壓器，6-第二變壓器，7-齒輪箱，8-風力機，9-中央控制單元，20-發電機機定子繞組，30-勵磁機定子繞組，90-勵磁信號採樣電路，91-信號放大電路，92-信號處理電路，93-信號調理電路，100-風力發電機。

具體實施方式

為使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下參照附圖並舉出優選實施例，對本實用新型進一步詳細說明。然而，需要說明的是，說明書中列出的許多細節僅僅是為了使讀者對本實用新型的一個或多個方面有一個透徹的理解，即便沒有這些特定的細節也可以實現本實用新型的這些方面。

如圖1所示，根據本實用新型的一種風力發電機組的自動恆頻無刷勵磁裝置，包括風力發電機100、變流器4、第一變壓器5、第二變壓器6、齒輪箱7、風力機8和中央控制單元9，所述風力發電機100包括發電機轉子1、發電機定子2和勵磁定子3，所述發電機定子2和勵磁定子3共用一個同軸的發電機轉子1，所述風力機8的輸出軸與齒輪箱7的輸入軸連接，該齒輪箱8的輸出軸與所述風力發電機100的發電機轉子1的輸出軸連接，所述第一變壓器5的高壓側與電網連接，該第一變壓器5的低壓側通過所述變流器4與所述勵磁定子3的輸出端連接，所述中央控制單元9的控制端與所述變流器4的控制端連接，所述發電機定子2的輸出端與所述第二變壓器6的低壓側連接，該第二變壓器6的高壓側與電網連接，所述勵磁定子3與發發電機定子2的極對數不相同或相同，所述勵磁定子3與發電機轉子1的極對數相同，所述發電機定子2上設有發電機機定子繞組20，該發電機機定子繞組20輸出三相電壓經過高壓變壓模塊6變換後輸送至電網，所述勵磁定子3上設有勵磁機定子繞組30，該勵磁機定子繞組30的輸出端與所述變流器4的輸入端連接，通過控制變流器4的工作狀態進行調節勵磁機定子3輸出的勵磁電流幅值和相位來調節發電機轉子1輸出的電流幅值和相位。

作為本實用新型，如圖1和圖2所示，所中央控制單元9包括勵磁信號採樣電路90、信號放大電路91、信號處理電路92和信號調理電路93，所述勵磁信號採樣電路90的輸入端與變流器4輸出端連接，所述勵磁信號採樣電路90的輸出端與所述信號放大電路91的輸入端連接，所述信號放大電路91的輸出端與所述信號處理電路92的輸入端連接，所述信號處理電路92的輸出端與信號調理電路93的輸入端連接，該信號調理電路93的輸出端與所述變流器4的控制端連接。所勵磁信號採樣電路90為電流傳感器或電壓傳感器，所述信號處理電路為TMS320F28335處理器，信號放大電路91採用運算比較放大器電路對電流傳感器的電流信號進行放大處理，所述變流器4為雙向PWM變流器，所述信號調理電路93採用PWM信號調製控制器對雙向PWM變流器輸出的電流相位和幅度進行調節控制。

結合圖1，進一步闡述本實用新型的自動恆頻無刷勵磁的恆頻過程，若發電機定子2旋轉磁場產生的轉速為n1，則勵磁定子3的磁場產生的同步轉速也為n1，發電機轉子1轉速為n，則獲得一個轉差率s，s＝(n1-n)/60；

此時，向發電機定子2中通入三相電流產生旋轉磁場，設f1為電網頻率，p為發電機定子2極對數，則發電機定子2旋轉磁場轉速n1為n1＝60f1/p。

若發電機轉子1轉速為n，則發電機定子2和勵磁定子3的旋轉磁場與轉子繞組的相對速度為n1-n；所以發電機轉子1感應電流的頻率f2為：f2＝p(n1-n)/60＝(pn1/60)*(n1-n)/60＝sf1；

則發電機轉子1電流產生的旋轉磁動勢相對轉子轉速為n2，

n2＝60f2/p＝60sf1/p＝sn1＝n1-n；

則發電機轉子1電流產生的旋轉磁動勢相對發電機定子2和勵磁定子3的轉速為：

n2+n＝n1-n+n＝n1；

由此可見，發電機轉子1電流產生的旋轉磁動勢的轉速和發電機定子2、勵磁定子3電流產生的旋轉磁動勢的轉速相同，都等於同步轉速n1，與發電機轉子1轉速無關，因此勵磁定子3的旋轉磁場切割發電機轉子1進而在轉子上感應的旋轉磁場，這個旋轉磁場切割發電機定子2產生電能並送到電網，整個發電機機的勵磁裝置無電刷部分，就能通過電網的反饋調節勵磁電流的相位、勵磁電流的幅度，無需進行頻率調節，電能產生的過程中頻率始終保持恆定。

以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護範圍。