CN105591480B - 定子绕组自耦式串级双馈发电机及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了定子绕组自耦式串级双馈发电机及其工作方法，包括机座、定子及转子，所述机座内安装有轴，所述转子由转子铁心和转子绕组组成，所述转子安装在轴上，所述定子包括定子铁心及定子绕组，所述定子安装在机座内；定子绕组及转子绕组之间既有磁的联系，也有电的联系。本发明结构独特，简化了风力发电机系统结构，降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种发电机，具体涉及一种定子绕组自耦式串级双馈发电机及其工作方法。
背景技术
随着风力发电机单机容量和海上风机装机容量的迅速增长，高压风力发电机系统因其高效率和低成本成为必然的选择。
目前普遍采用的双馈发电机受逆变器电压的限制，一般采用低压发电或者高压发电和降压变压器的组合。
内馈异步发电机将发电机和变压器结合，可高压发电，但定子两套绕组共槽放置，绕组绝缘复杂，槽满率高，且转差功率通过磁场传递，对电机磁场影响大。
发明内容
为解决现有技术存在的不足，本发明公开了定子绕组自耦式串级双馈发电机及其工作方法，定子绕组为每相两出线端的交流绕组，兼有主绕组和反馈绕组的作用，解决了槽绝缘和槽满率的问题，传递到转子侧的转差功率利用自偶变压器原理，一部分通过旋转磁场感应传递，一部分直接通过副出线端传导，对磁场影响小。
为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
定子绕组自耦式串级双馈发电机，包括机座、定子及转子，所述机座内安装有轴，所述转子由转子铁心和转子绕组组成，所述转子安装在轴上，所述定子包括定子铁心及定子绕组，所述定子安装在机座内；
所述定子绕组采用自偶式绕组结构，定子绕组存在主出线和副出线两个出线端，定子绕组能够在主出线端输出高电压的同时，通过副出线端输出低电压，通过变换器与转子绕组相连。
进一步的，将Y型接法的定子三相交流绕组的某个位置点对称的引出三个出线端子，将定子绕组按一定比例分解为两段，分别称为定子绕组的一次绕组和二次绕组，将定子绕组的副出线与定子侧变换器、转子侧变换器和转子绕组通过电刷滑环相连。
进一步的，所述定子绕组的一次绕组的一端与定子绕组的主出线相连，所述定子绕组的一次绕组的另一端与二次绕组的连接点为二次绕组的出线点，所述二次绕组的出线点与定子绕组的副出线相连。
进一步的，所述定子绕组的副出线通过平波电抗器与定子侧变换器相连，所述转子绕组与转子侧变换器相连，定子侧变换器及转子侧变换器之间并联有滤波电容。
进一步的，所述定子绕组的主出线通过并网开关与电网相连。
进一步的，所述转子通过双向变频器与定子绕组的副出线端相连。
进一步的，所述转子通过轴与变速箱相连，所述变速箱上通过轴安装有叶片。
进一步的，所述定子绕组自耦式串级双馈发电机还包括有机壳，所述机壳内放有机座。
进一步的，所述机座的两端设有端盖，并设有风扇。风扇用于在发电机运行时进行散热。
定子绕组自耦式串级双馈发电机的工作方法，包括以下步骤：
慢速旋转的风轮即叶片通过变速箱驱动转子高速旋转，转子通过双向变频器与定子绕组的副出线端相连；
通过控制转子交流励磁电流的频率，在定子侧发出工频的交流电，转子三相绕组端口的功率根据电机运行状态实现双向流动，其流向取决于转子转速，在转子转速高于同步转速时，双馈发电机定子绕组和转子三相绕组同时向电网馈电，在转子转速低于同步速时，通过定子绕组的副出线端向转子三相绕组馈电。
本发明的有益效果：
本发明定子绕组为每相两出线端的交流绕组，兼有主绕组和反馈绕组的作用，解决了槽绝缘和槽满率的问题，转差功率通过电路和磁场传递，对磁场影响小。
结构独特，简化了风力发电机系统结构，降低成本。
附图说明
图1本发明的系统示意图；
图2本发明的定子绕组连接示意图；
图中，1、叶片，2、变速箱，3、定子，4、转子，5、定子绕组，6、主出线，7、副出线，8、转子三相绕组，9、转子侧变换器，10、定子侧变换器，11、并网开关，12、平波电抗器，5-1、一次绕组，5-2、二次绕组出线点，5-3、二次绕组。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明进行详细说明：
如图1所示，定子绕组自耦式串级双馈发电机，包括机座、定子3及转子4，所述机座内安装有轴，所述转子4由转子铁心和转子三相绕组8组成，所述转子4安装在轴上，所述定子3包括定子铁心及定子绕组5，所述定子3安装在机座内；
定子绕组5采用自偶式绕组结构，定子绕组5存在主出线6和副出线7两个出线端，定子绕组5能够在主出线6端输出高电压的同时，通过副出线7端输出低电压，通过变换器与转子三相绕组8相连。
如图2所示，将Y型接法的定子三相交流绕组的某个位置点对称的引出三个出线端子，将定子绕组5按一定比例分解为两段，分别称为定子绕组的一次绕组5-1和二次绕组5-2，将定子绕组的副出线7与定子侧变换器10、转子侧变换器9和转子三相绕组8通过电刷滑环相连。
定子绕组5的一次绕组5-1的一端与定子绕组5的主出线6相连，所述定子绕组5的一次绕组的5-1另一端与二次绕组5-3的连接点为二次绕组出线点5-2，所述二次绕组出线点5-2与定子绕组5的副出线7相连。
定子绕组5的副出线7通过平波电抗器12与定子侧变换器10相连，所述转子三相绕组8与转子侧变换器9相连，定子侧变换器10及转子侧变换器9之间并联有滤波电容。
定子绕组5的主出线6通过并网开关11与电网相连。
转子4通过轴与变速箱2相连，所述变速箱2上通过轴安装有叶片1。
定子绕组自耦式串级双馈发电机还包括有机壳，所述机壳内放有机座。
机座的两端设有端盖，并设有风扇。风扇用于在发电机运行时进行散热。
工作时，慢速旋转的风轮即叶片1通过变速箱2驱动转子4高速旋转，转子4通过双向变频器与定子绕组的副出线端7相连，通过控制转子4交流励磁电流的频率，可在定子3侧发出工频的交流电。转子的三相绕组8端口的功率根据电机运行状态可以实现双向流动，其流向取决于转子4转速。在转子4转速高于同步转速时，双馈发电机定子绕组5和转子三相绕组8同时向电网馈电，转子4转速低于同步转速时，通过定子绕组的副出线端7向转子三相绕组8馈电。
本发明的定子绕组自耦式串级双馈发电机，机壳其内安装轴，在机壳内安装定子3，在轴上安装转子4，所述转子4与双馈发电机相同，将定子绕组5按一定比例分为一次绕组5-1和二次绕组5-3两部分，二次绕组5-3兼具内馈绕组的作用，解决了槽绝缘和槽满率的问题，定子绕组5及转子三相绕组8之间既有磁的联系，也有电的联系，转差功率的传递更有效率，对磁场的影响更小。定子绕组5的特殊结构具有变压器的作用，可在定子绕组主出线端输出高电压，而在副出线端输出低电压。
该结构与内馈发电机相比，减少了一套调节绕组，消除了同槽的主绕组和调节绕组之间绝缘和可能导致的槽满率过高的问题，并且转差功率从完全依靠磁场传递改变为电路和磁场共同传递，对磁场的影响更小。
本发明在普通双馈发电机基础上，将定子三相交流绕组改造为类似自耦变压器的绕组结构，绕组总匝数为N匝，将原Y型接法定子三相交流绕组的某个位置点对称的引出三个出线端子作为定子绕组5的副出线7，将定子绕组5按一定比例分解为两段，分别称为定子绕组5的一次绕组5-1和二次绕组5-3，通过合理选择匝数比，可实现发电机定子的主出线6向电网输出高压，而副出线7输出低电压。将定子绕组5的副出线7与定子侧变换器10、转子侧变换器9和转子三相绕组8通过电刷滑环相连。定子绕组5采用新型自偶式绕组结构，能够在定子绕组5的主出线6端输出高电压的同时，通过定子绕组5的副出线7输出较低电压，通过变换器与转子三相绕组8相连，与普通双馈发电机相比，自耦式定子绕组结构结合了变压器的作用，省去了逆变变压器，简化了系统结构，大大降低了系统成本。
本发明中，定子侧变换器10和转子侧变换器9用于控制转子交流励磁电流的频率、幅值和相位。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (9)
1.定子绕组自耦式串级双馈发电机，其特征是，包括机座、定子及转子，所述机座内安装有轴，所述转子由转子铁心和转子绕组组成，所述转子安装在轴上，所述定子包括定子铁心及定子绕组，所述定子安装在机座内；
所述定子绕组采用自偶式绕组结构，定子绕组存在主出线和副出线两个出线端，定子绕组能够在主出线端输出高电压的同时，通过副出线端输出低电压，通过变换器与转子绕组相连；
将Y型接法的定子三相交流绕组的某个位置点对称的引出三个出线端子，将定子绕组按一定比例分解为两段，分别称为定子绕组的一次绕组和二次绕组，将定子绕组的副出线与定子侧变换器、转子侧变换器和转子绕组通过电刷滑环相连。
2.如权利要求1所述的定子绕组自耦式串级双馈发电机，其特征是，所述定子绕组的一次绕组的一端与定子绕组的主出线相连，所述定子绕组的一次绕组的另一端与二次绕组的连接点为二次绕组的出线点，所述二次绕组的出线点与定子绕组的副出线相连。
3.如权利要求2所述的定子绕组自耦式串级双馈发电机，其特征是，所述定子绕组的副出线通过平波电抗器与定子侧变换器相连，所述转子绕组与转子侧变换器相连，定子侧变换器及转子侧变换器之间并联有滤波电容。
4.如权利要求2所述的定子绕组自耦式串级双馈发电机，其特征是，所述定子绕组的主出线通过并网开关与电网相连。
5.如权利要求1所述的定子绕组自耦式串级双馈发电机，其特征是，所述转子通过双向变频器与定子绕组的副出线端相连。
6.如权利要求1所述的定子绕组自耦式串级双馈发电机，其特征是，所述转子通过轴与变速箱相连，所述变速箱上通过轴安装有叶片。
7.如权利要求1所述的定子绕组自耦式串级双馈发电机，其特征是，所述定子绕组自耦式串级双馈发电机还包括有机壳，所述机壳内放有机座。
8.如权利要求7所述的定子绕组自耦式串级双馈发电机，其特征是，所述机座的两端设有端盖，并设有风扇，风扇用于在发电机运行时进行散热。
9.如权利要求1-8的任一所述的定子绕组自耦式串级双馈发电机的工作方法，其特征是，包括以下步骤：慢速旋转的风轮即叶片通过变速箱驱动转子高速旋转，转子通过双向变频器与定子绕组的副出线端相连；
通过控制转子交流励磁电流的频率，在定子侧发出工频的交流电，转子三相绕组端口的功率根据电机运行状态实现双向流动，其流向取决于转子转速，在转子转速高于同步转速时，双馈发电机定子绕组和转子三相绕组同时向电网馈电，在转子转速低于同步速时，通过定子绕组的副出线端向转子三相绕组馈电。
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