CN102141007A - 同心式双定子结构的直驱开关磁阻风力发电机系统 - Google Patents

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周会军
黄森林
王成
朱红燕
王裕峰
郭靖靖
迟克忠
杨衎
郭强
安康平
陈恒峰
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Abstract

本发明涉及一种同心式双定子结构的直驱开关磁阻风力发电机系统，发电机为开关磁阻电机，由两台同心的内转子发电机与外转子发电机组合而成，所述内转子发电机由外定子和内转子配合，所述外转子发电机由外转子和内定子配合；所述内转子和所述外转子固定在支撑架上，并与风力机的叶轮转轴连接实现回转；所述外定子与所述内定子固定在机壳与静轴上。本发明结构简单、耐用、成本低、体积小、免维护；发电机效率高，机组在较低的风速时可以切入低速运行，提高机组发电量。

Description

同心式双定子结构的直驱开关磁阻风力发电机系统
技术领域
本发明涉及风力发电机领域，尤其是同心式双定子结构的直驱风力发电机。
背景技术
近年来，风能作为清洁能源已经得到了广泛的应用，其中一种有效的利用方式就是风力发电。国际上风电技术的创新很快，装机容量越来越大，无齿轮箱直驱技术是未来风电技术的一大趋势。在直驱风力发电装置中，多采用永磁同步发电机和电励磁同步风力发电机；其中，永磁同步发电机转子上需要安装永磁材料，永磁材料在短路、高温和强烈振动等环境下易发生失磁；永磁材料受到资源和政策的限制，价格正在不断的上涨；永磁转子是一个强磁性的部件，对生产现场和生产工艺要求较高，给加工和装配带来了极大的难度。电励磁同步风力发电机转子上有直流励磁绕组，需要滑环和碳刷装置提供直流励磁电流，滑环和碳刷装置必须定期维修和更换，增加了维护成本和故障发生几率。但是直驱风力发电机由于与风力机直接连接，其转速低、极数多，定、转子尺寸大，呈扁平状结构，电机内部具有较大的空间没有利用。
发明内容
本申请人针对上述现有直驱风力发电机直接连接结构产生的转速低、极数多，尺寸大等缺点，提供一种结构合理的同心式双定子结构的直驱开关磁阻风力发电机系统，从而大大减小了尺寸，提高了发电效率。
本发明所采用的技术方案如下：
一种同心式双定子结构的直驱开关磁阻风力发电机系统，发电机为开关磁阻电机，由两台同心的内转子发电机与外转子发电机组合而成，所述内转子发电机由外定子和内转子配合，所述外转子发电机由外转子和内定子配合；所述内转子和所述外转子固定在支撑架上，并与风力机的叶轮转轴连接实现回转；所述外定子与所述内定子固定在机壳与静轴上。其进一步特征在于：
所述开关磁阻电机的内转子发电机和外转子发电机通过位置传感器进行控制，分别通过串联连接的功率变换器、逆变器、断路器与多绕组变压器相连接，多绕组变压器的输出端连接至电网。
本发明的有益效果在于：
（1）结构简单、耐用、成本低、体积小、免维护；（2）结构紧凑，单位体积功率大；（3）在不同风速下，通过改变发电机的容量，使输入的风能与发电机的功率相匹配，实现最大功率跟踪，提高系统的能量转换效率；（4）在整个运行速度范围内，发电机效率高，年发电量高；（5）机组可以在较低速运行，从而使得机组在较低的风速时可以切入，提高机组发电量。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为直驱风力发电机的双定子结构剖视图。
图3为本发明的开关磁阻风力发电机的截面图。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
本发明采用双定子结构的开关磁阻风力发电机，可以克服永磁同步发电机和电励磁同步发电机的缺点，结构紧凑，控制性能好，增大单位体积功率。
如图2、图3所示，本发明的同心式双定子结构直驱发电机2可以看做两台同心的电机组成：一台为内转子发电机，由外定子25和内转子26组成；另一台为外转子发电机，由外转子27和内定子28组成；绕组25-1绕制在外定子25上，绕组28-1绕制在内定子28上；内转子26和外转子27固定在支撑架29上，支撑架29与叶轮1转轴连接实现回转；外定子25与内定子28固定在机壳24和静轴上。如图1所示，内转子发电机和外转子发电机分别由功率变换器4与功率变换器5相连接，通过位置传感器3进行控制，输出直流电，经由逆变器6与逆变器7转换为交流电，通过断路器8与断路器9与多绕组变压器10相连接，最后连接至电网11。在不同风速下，通过改变发电机的容量，使输入的风能与发电机的功率相匹配，实现最大功率跟踪，提高系统的能量转换效率。内、外转子发电机的功率按照一定的比例分配（如2：1），机组可以按照不同的风速分功率运行，如在低风速情况下只将外转子发电机并网运行；随着风速提高，将内转子发电机并网运行；在达到额定风速后，将内、外转子发电机同时并网运行，达到额定功率。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。

Claims (2)

1.一种同心式双定子结构的直驱开关磁阻风力发电机系统，其特征在于：发电机为开关磁阻电机，由两台同心的内转子发电机与外转子发电机组合而成，所述内转子发电机由外定子和内转子配合，所述外转子发电机由外转子和内定子配合；所述内转子和所述外转子固定在支撑架上，并与风力机的叶轮转轴连接实现回转；所述外定子与所述内定子固定在机壳与静轴上。
2.按照权利要求1所述的同心式双定子结构的直驱开关磁阻风力发电机系统，其特征在于：所述开关磁阻电机的内转子发电机和外转子发电机通过位置传感器进行控制，分别通过串联连接的功率变换器、逆变器、断路器与多绕组变压器相连接，多绕组变压器的输出端连接至电网。
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