CN1582526A - 相对转子单元具有无触点电力传送装置的风力发电设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于产生正弦交流电压的风力发电装置，其包括：一个具有一个发电机转子与一个发电机定子的发电机、一个具有与所述发电机转子连接的转子叶片的转子单元、一个用于将电力由所述风力发电装置的非转动部传送到转子单元的电力传送装置。为了避免采用滑环传送电力带来的不利因素，如磨损、噪音及过低的效率水平等，本发明提供的电力传送装置具有一个异步电机，所述异步电机的定子设置在风力发电装置的非转动部，所述异步电机的转子设置在转子单元，用于向所述转子单元无触点传输电力。

Description

相对转子单元具有无触点电力传送装置的风力发电设备
技术领域
本发明涉及一种用于产生正弦交流电压的风力发电设备，其包括一个具有一发电机转子与一发电机定子的发电机、一个具有与所述发电机转子相连的转子叶片的转子单元、及用于将电力从风力发电设备的非转动部传送到所述转子单元的电力传送装置。
背景技术
在风力发电设备中，为了多种目的，需要将电力从非转动部传送到转动部。例如，在一个电磁激励同步发电机中，极轮(pole wheel)需要以直流电流作为激励电流，并且利用适当的电动机调节转子叶片也需要电力。目前，电力借助于滑环由风力发电设备的非转动部传送到转动部。但是，滑环从根本上由于相关摩擦产生损耗而受到不利影响，即，降低效率水平，产生大量噪音，且磨损程度高，因而需要时常进行修理或更换。另外，在滑环上还会产生电弧。其甚至会由于轻微的磨损而进一步增加持续的时间。
发明内容
本发明提供一种将电力从风力发电装置的非转动部传送到转动部的改进方式。
按照本发明，以本说明书开头部分说明的风力发电装置为基础，采用电力输送装置实现上述目的，所述电力输送装置具有一个把电力无触点传送到转动部的异步电机，所述异步电机的定子设置在风力发电设备的非转动部上，其转子设置在风力发电装置的转动部上。
由摩擦引起的机械问题可以通过电力的无触点传送而避免，本发明就基于这样的认识。这样做的一种简单方式是采用本发明建议的异步电机，所述异步电机的转子与所述风力发电装置的转动部连接，优选地与转动轮毂连接，而所述异步电机的定子与所述风力发电装置的非转动部即机架连接，。由于所述异步电机的转子与旋转定子场之间的相对运动，在转子绕组中感应产生一个电场，并且以该种方式在转子绕组中产生一电压。在这种情况下，异步电机以发电机模式运转。转子绕组中感应产生的交流电压可再由适当的装置进一步处理，以用于所述风力发电装置的转动部中实现所希望的目的。
本发明提供的用于电力无触点传送的装置的损耗基本上较少并无磨损。与现有的使用滑环方案相比，产生的噪音水平大大降低。
本发明有利的配置在所附的权利要求中阐明。本发明优选地用于一个电磁激励同步发电机中，以便从异步电机传送的电力中得到一个直流电流，作为所述同步发电机转子的激励电流。为了上述目的，优选地，在所述风力发电设备的转动部中设有一个适当的整流器，其中，在一个进一步的实施方式中，可将一个LC滤波器连接到其输入侧，以补偿所述同步电机极轮的电抗，例如在调和变程中。
在本发明一个进一步的有利配置中，设有至少一个另外的整流器，该整流器可产生一个直流电压或直流电流，以向所述风力发电装置的转子单元上的其他单元供电。例如，为调节各个转子的叶片角度而设置的电动机是由直流电压供电的。按照本发明，以一个简单的方式提供所述供电。
优选地，在所述风力发电装置的非转动部设置一个转换器(transducer)用于电力传输，所述转换器产生一交流电压馈送至所述异步电机的定子。优选地，所述转换器产生频率大约为400-600赫兹的交流电压。有利的是，发电机转子激励电流甚至可借助于所述转换器根据发电机的转速和电力进行调节。尤其是，作用于同步发电机极轮的激励电流的振幅可通过所述转换器有利地进行调节。
为了多种目的，在所述风力发电装置的转子单元中，需要直流电压尽可能稳定。为了这样的目的，除了一个整流器之外，还可设置一个电容器，也可以进一步平滑整流器的输出电压。为了重复地将电容器充电至峰值，可以设置转换器，定期地产生一个电压脉冲。同时，电容器用于作为一个中间存储装置，以便，即使在电流供电失败的情况下，也可提供充足的电力——至少在紧急的调节过程中。
当异步电机以400-600赫兹的频率有利地运转时，且当从初级绕组至次级绕组存在气隙时，异步电机具有极高的无功电流需求。如果在异步电机定子的输入侧连接一个用于设置馈送至定子的电流的无功电流的LC滤波器，可提供按照本发明的无功电流。
附图说明
下面结合附图对本发明进行详细说明。
图1所示为本发明解决方案的电路图。
图2所示为馈给异步电机的转换器电压的波形。
具体实施方式
图1中的电路图示出按照本发明用于将电力由风力发电装置的非转动部无触点传送至转动部分的解决方案。为了该目的，首先设有一个转换器1，其产生400-600赫兹频率，优选地是大约500赫兹的交流电压。转换器1与异步电机4的定子5之间接入的是星形连接的短路电流限制反应器2与LC滤波器3设置连接线上。由转换器1产生的并经反应器扼流器2平滑处理的交流电压被馈入异步电机4的非转动定子5。由于定子绕组中的定子场旋转，转子与定子场之间相对运动，在转子6的次级绕组中感应产生一电场，从而在定子绕组中产生一电压。
旋转的定子6与风力发电装置的轮毂机械连接。从而将电力由静止部分，即风力发电装置的机架，无触点地传送到转动部分，转子单元头部。
转子6中感应产生的交流电压一方面馈送至一个整流器8，所述整流器8调整此交流电压及风力发电装置电磁激励同步发电机的极轮7。整流器8因而具有一个电感负载，且作用在极轮7上的电压为电压的有效的均方根值。优选地，转换器1以这样的方式调整输出电压：在整流器1的输出端的有效电压产生所希望的用于极轮7的直流电流。在该情况下，极轮7的电感稳定电流并平整整流器8的输出电压的波形。如果转换器1产生短时的高压，即使其后产生一个低压，其可通过极轮7的电感进行补偿。因而，异步电机4可与整流器8结合产生用于极轮7的已调整直流电流。在该情况下，用于极轮7的激励电流的振幅应该由转换器1根据同步发电机的转速和电力进行整流。
转子6中感应产生的交流电压也可用于关于风力发电装置的转动部分的进一步的目的。例如，一个转子叶片调整单元10需要一直流电压。该直流电压通过一个整流器11由转子6的交流电压产生。该直流电压依赖于转子6的输出电压的振幅，因为其中包括峰值整流。
电容12总是进行充电。在电容12的电容量方面，储存量或电流足以在停电的情况下致动每个转子叶片的转子叶片调整单元10，以便安全地实现风力发电装置的紧急情况关闭及转子叶片旋转到导键联接的(feathered)位置。
发送器4为异步电机形式，因而无触点地将电力传送到风力发电装置的转动部分，并且一方面其向发电机的极轮供应直流电流，另一方面也进一步向诸如转子叶片调整单元10的电气单元供应直流电压。为了该目的，转换器1定期的产生电压脉冲，该电压脉冲重复地将电容器12充电达到峰值。这样的关于转换器1的输出电压的电压波形如图2所示。可清楚地看到，定期的电压脉冲P将电容器12充电达到所需要的电压。但是，还可看到，那些峰值不是必需的，没有那些峰值仍可将电容器充电达到足够高的电压以致动叶片调整驱动装置。
异步电机4优选地以大约500赫兹的频率运转，并且具有从初级绕组到次级绕组的气隙。这两个条件要求极高的无功电流需求。LC滤波器3旨在产生该高的无功电流。连接在整流器8地输出侧的极轮7也要求极高的无功电流。其部分地包括基本的振荡及谐波，例如第五、第七、第十一、第十三谐波。LC滤波器9包括三个星形连接的分支，每一分支具有一包括一个电容器及一个包括一个电阻及一个电感的并联电路的串联电路，旨在传送该无功功率。整个电力传输效率通过两个滤波器3与9得以大大的改进。
本发明的解决方案可容易地为各种不同的目的由风力发电装置的非转动部向转动部无触点传送电力。这样既不会磨损也不会产生噪音。

Claims (8)

1.一种用于产生正弦交流电压的风力发电装置，其包括：一个具有一个发电机转子与一个发电机定子的发电机、一个具有与所述发电机转子连接的转子叶片的转子单元和一个用于将电力由所述风力发电装置的非转动部传送到转子单元的电力传送装置，其特征在于：所述电力传送装置具有一个异步电机，所述异步电机的定子设置在所述风力发电装置的非转动部，所述异步电机的转子设置在所述转子单元，用于向所述转子单元无触点地传输电力。
2.如权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于：所述发电机为一个电磁激励同步发电机，且所述转子单元中设有一个整流器，用于将传送到所述异步电机转子的电力转换为馈送至所述发电机的转子作为激励电流的直流电流。
3.如权利要求2所述的风力发电装置，其特征在于：所述整流器的输入侧连接有一个用于调节无功电流的滤波器。
4.如上述权利要求之一所述的风力发电装置，其特征在于：所述转子上设有一个整流器，用于将传送到所述异步电机的转子的电力转换为一个直流电压，以向一个转子叶片调整单元供电。
5.如上述权利要求之一所述的风力发电装置，其特征在于：所述风力发电装置的非转动部设置有一个转换器，用于产生一个馈送给所述异步电机定子的交流电压。
6.如权利要求5所述的风力发电装置，其特征在于：所述转换器适于根据所述发电机的转速与电力调整所述发电机转子的激励电流。
7.如权利要求5或6所述的风力发电装置，其特征在于：所述转换器适于定期地产生电压脉冲。
8.如上述权利要求之一所述的风力发电装置，其特征在于：所述异步电机的定子的输入侧连接有一个LC滤波器，用于调节馈送至所述定子的电流的无功电流。
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