多相永磁高壓風力發電機及其系統的製作方法
2023-05-20 05:47:41 1
專利名稱：多相永磁高壓風力發電機及其系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及風力發電技術領域，多相永磁高壓風力發電機及其系統。
背景技術：
在全球風電產業迅猛發展的背景下，風力發電機的單機容量不斷增長，由於傳統的風力發電機輸出端電壓690V,在向大容量風力發電機發展時，由於電機定子電流過大，發熱量大易導致電機燒毀，降低了電機的使用壽命；其次，由於電壓較低線損大，不論是陸上風電還是海上風電系統都需要額外配置變壓器，同時變流器工作在大電流下，發熱嚴重，冷卻系統複雜，不利於其長期運行。
發明內容
目前，風力發電機存在成本高，輸出電壓較低、電流大、損耗高等問題。為了解決以上問題，一種多相永磁高壓風力發電機，包括定子和轉子，定子由定子軛、定子齒、銅線和絕緣組成，轉子由轉軸、永磁體、減重孔和轉子鐵心組成，所述定子分瓣，每瓣為一個單元電機，定子繞組為多相繞組結構。進一步，作為一種優選方案，所述定子繞組設計成十五相。進一步，定子繞組由五套三相繞組組成，每套繞組的接法與普通三相電機的接法一樣，即各繞組在空間上彼此相差120°電角度，各套繞組在空間上彼此相差12°電角度。進一步，作為一種優選方案，所述定子繞組設計成十八相。進一步，作為一種優選方案，定子繞組由六套三相繞組組成，每套繞組的接法與普通三相電機的接法一樣，即各繞組在空間上彼此相差120°電角度，各套繞組在空間上彼此相差10°電角度。進一步，作為一種優選方案，每套繞組三個出線端接整流逆變系統。進一步，作為一種優選方案，所述定子軛、定子齒由矽鋼片疊成，採用矩形槽。進一步，作為一種優選方案，所述轉子鐵心由矽鋼片疊成。進一步，作為一種優選方案，所述永磁體放置在轉子表面或嵌入轉子，永磁體採用徑向充磁方式極性交錯的排列在轉子表面。本發明還公開了一種多相永磁高壓風力發電機系統，包括風機、如權利要求I至8之一的多相發電機、PWM整流器和級聯式併網逆變器，風機和多相發電機相連，每相發電機和PWM整流器相連實現單元穩壓，然後通過H橋單元級聯式併網逆變器實現與6kV-10kV高壓電網併網發電。由於該發電機輸出6000-10000伏線電壓，對於現有的整流系統承受不了如此高壓，因此設計成多相電機，由於電機相數增加，每一相輸出電壓將會降低，每相電流將會減小，以此適應整流逆變系統，降低對功率開關器件容量的要求。發電機經整流逆變裝置後輸出三相線電壓為6000-10000伏的交流電，直接送入電網，省去了併網用的升壓變壓器。對於大容量的永磁風力發電機可將定子分瓣，每瓣為一個單元電機，每個單元電機可單獨拆卸，便於維修。
當結合附圖考慮時，通過參照下面的詳細描述，能夠更完整更好地理解本發明以及容易得知其中許多伴隨的優點，但此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本發明的一部分，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定，其中 圖I風力發電機定、轉子三維結構示意圖；圖2為風力發電機定子徑向截面結構示意圖；圖3為風力發電機轉子徑向截面結構示意圖；圖4為多相高壓風力發電機定子分瓣示意圖；圖5為高壓、多相風力發電系統的結構框圖；圖6為十八相高壓風力發電系統的控制框圖；圖7為十五相高壓風力發電系統的控制框圖。
具體實施例方式以下參照圖1-7對本發明的實施例進行說明。為使上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明。實施例I如圖I 3所示，本發明提供了一種多相永磁高壓風力發電機，包括定子100和轉子200，定子100由定子軛I、定子齒2、銅線3和絕緣4組成，轉子200由轉軸5、永磁體6、減重孔7和轉子鐵心8組成，所述定子100分瓣，每瓣為一個單元電機101，定子100繞組為
多相繞組結構。該風力發動機設計成多相電機，使風力發電系統穩定性提高，同時降低了對電力電子器件容量的要求。實施例2如圖6所示，一種多相永磁高壓風力發電機，所述定子繞組設計成十八相，定子繞組由六套三相繞組組成，每套繞組的接法與普通三相電機的接法一樣，即各繞組在空間上彼此相差120°電角度，各套繞組在空間上彼此相差10°電角度。實施例3如圖7所示，一種多相永磁高壓風力發電機，所述定子繞組設計成十五相，定子繞組由五套三相繞組組成，每套繞組的接法與普通三相電機的接法一樣，即各繞組在空間上彼此相差120°電角度，各套繞組在空間上彼此相差12°電角度。實施例4如圖5所示，一種多相永磁高壓風力發電機系統，包括風機10、如權利要求I至8之一的多相發電機20、PWM整流器30和級聯式併網逆變器40，風機10和多相發電機20相連，每相發動機20和PWM整流器30相連實現單元穩壓，然後通過H橋單元級聯式併網逆變器40實現與6kV-10kV高壓電網併網發電。
為了降低風力發電的成本，改善傳統風力發電機輸出電壓較低、電流大、損耗高的特點，本發明提出一種多相永磁高壓風力發電機及其驅動控制系統，該電機輸出電壓較高，降低電機損耗和發熱；設計成多相電機，使風力發電系統穩定性提高，同時降低了對電力電子器件容量的要求。驅動控制系統採用PWM整流器30實現單元穩壓，然後通過H橋單元級聯式併網逆變器40實現與6kV-10kV高壓電網併網發電。定子繞組設計成十五相或十八相，轉子放置永磁體，經整流逆變系統後輸出6000-10000伏線電壓，然後送入電網。發電機為多相繞組輸出，採用PWM整流控制技術，實現每個單元輸出穩定電壓，單元之間採用級聯式的工作方式，實現單相高壓輸出。 所述定子繞組有十五個或十八個出線端，每套繞組三個出線端接整流逆變系統。所述定子鐵心1、2由矽鋼片疊成，定子採用矩形槽。所述轉子鐵心8由矽鋼片疊成，永磁體6放置在轉子表面或嵌入轉子，永磁體6採用徑向充磁方式極性交錯的排列在轉子表面。所述風力發電系統驅動控制部分包括發電機側PWM整流器、電網側PWM逆變器以及低電壓穿越性能控制。所述發電機側PWM整流器採用電壓外環、電流內環的雙閉環控制策略，實現單位功率因數和直流端電壓的恆定。所述電網側PWM逆變器採用低壓器件組成多個功率單元級聯實現高壓輸出，輸入側的降壓變壓器採用移相方式。所述低電壓穿越性能控制技術是在直流端並接卸荷電阻，在低壓穿越期間通過控制卸荷電阻的導通時間來消耗掉一部分能量，以減小後級併網的電流，保護後級器件。如上所述，對本發明的實施例進行了詳細地說明，但是只要實質上沒有脫離本發明的發明點及效果可以有很多的變形，這對本領域的技術人員來說是顯而易見的。因此，這樣的變形例也全部包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種多相永磁高壓風力發電機，包括定子和轉子，定子由定子軛、定子齒、銅線和絕緣組成，轉子由轉軸、永磁體、減重孔和轉子鐵心組成，其特徵在於所述定子分瓣，每瓣為一個單元電機，定子繞組為多相繞組結構。
2.如權利要求I所述的一種多相永磁高壓風力發電機，其特徵在於所述定子繞組設計成十五相。
3.如權利要求2所述的一種多相永磁高壓風力發電機，其特徵在於定子繞組由五套三相繞組組成，每套繞組的接法與普通三相電機的接法一樣，即各繞組在空間上彼此相差120°電角度，各套繞組在空間上彼此相差12°電角度。
4.如權利要求I所述的一種多相永磁高壓風力發電機，其特徵在於所述定子繞組設計成十八相。
5.如權利要求4所述的一種多相永磁高壓風力發電機，其特徵在於定子繞組由六套三相繞組組成，每套繞組的接法與普通三相電機的接法一樣，即各繞組在空間上彼此相差120°電角度，各套繞組在空間上彼此相差10°電角度。
6.如權利要求2或4所述的一種多相永磁高壓風力發電機，其特徵在於每套繞組三個出線端接整流逆變系統。
7.如權利要求I所述的一種多相永磁高壓風力發電機，其特徵在於所述定子軛、定子齒由矽鋼片疊成，採用矩形槽。
8.如權利要求I所述的一種多相永磁高壓風力發電機，其特徵在於所述轉子鐵心由娃鋼片置成。
9.如權利要求I所述的一種多相永磁高壓風力發電機，其特徵在於所述永磁體放置在轉子表面或嵌入轉子，永磁體採用徑向充磁方式極性交錯的排列在轉子表面。
10.一種多相永磁高壓風力發電機系統，其特徵在於，包括風機、如權利要求I至8之一的多相發電機、PWM整流器和級聯式併網逆變器，風機和多相發電機相連，每相發電機和PWM整流器相連實現單元穩壓，然後通過H橋單元級聯式併網逆變器實現與6kV-10kV高壓電網併網發電。
全文摘要
本發明公開了一種多相永磁高壓風力發電機，包括定子和轉子，定子由定子軛、定子齒、銅線和絕緣組成，轉子由轉軸、永磁體、減重孔和轉子鐵心組成，所述定子分瓣，每瓣為一個單元電機，定子繞組為多相繞組結構；還公開了一種多相永磁高壓風力發電機系統，包括風機、如權利要求1至8之一的多相發電機、PWM整流器和級聯式併網逆變器，風機和多相發電機相連，每相發電機和PWM整流器相連實現單元穩壓，然後通過H橋單元級聯式併網逆變器實現與6kV-10kV高壓電網併網發電。本發明可用於風力發電。電機相數增加，每相電流值降低，降低了對功率開關器件容量的要求；同時可使系統的可靠性提高，便於維修。
文檔編號H02K1/27GK102638116SQ201210084738
公開日2012年8月15日 申請日期2012年3月27日 優先權日2012年3月27日
發明者張奕黃, 張曉晨, 張美巍, 曹君慈, 李偉力, 高晗瓔 申請人:北京交通大學