CN206211689U - 发电机定子及风力发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种发电机定子及风力发电机，其中的发电机定子，包括本体，本体的圆周上均匀排列多个绕组槽，在所述绕组槽中安装至少两套绕组，相邻两套绕组之间的相位差为0°‑60°；其中，每套绕组由两组绕组单体并联连接组成，两组所述绕组单体相对本体的轴心对称分布、且具有相同相位；每组绕组单体中具有至少一个绕组单体或者两个以上并联的绕组单体，并且两组绕组单体中的绕组单体数量相等。本实用新型提供的发电机定子及风力发电机，采用了多套绕组，每套绕组间彼此独立，并且在发电机圆周方向对称运行，每套绕组可单独运行发电，其中一套绕组出现故障时，剩余其他绕组仍然可以继续工作。

Description

发电机定子及风力发电机

技术领域

本实用新型属于发电机技术领域，尤其涉及一种发电机定子及风力发电机。

背景技术

图1.1、图1.2为现有的发电机定子绕组的结构型式，其中图1.2为一套绕组输出三相U、V、W，图1.1为两套绕组输出六相1U、1V、1W、2U、2V、2W。然而，不管一套绕组还是两套绕组，当其中一套绕组或一套变流器出现故障时，整个发电机即无法工作，只得停机。尤其当发电机出现故障时而此刻现场环境恶劣，无法立即赶赴现场进行修复作业，大大降低了发电机的可利用率，也带来了巨大的电量损失。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种发电机定子及风力发电机，解决现有技术风力发电机定子中一套绕组出现故障会导致整个发电机无法工作、只得停机的问题。

第一方面，提供了一种发电机定子，包括本体，本体的圆周上均匀排列多个绕组槽，在所述绕组槽中安装至少两套绕组，相邻两套绕组之间的相位差为0°-60°；其中，每套绕组由两组绕组单体并联连接组成，两组所述绕组单体相对本体的轴心对称分布、且具有相同相位；每组绕组单体中具有至少一个绕组单体或者两个以上并联的绕组单体，并且两组绕组单体中的绕组单体数量相等。

可选地，每个所述绕组单体均由数量相等的线圈组成。

可选地，每个所述绕组单体中的线圈之间采用并联和/或串联组成。

可选地，所述绕组的数量为偶数套，根据所述绕组的数量，将本体的圆周等分成相等的弧形区域，其中每套所述绕组的两个绕组单体的接线端一一对应分布在相对本体轴心对称的两个弧形区域内。

可选地，当具有四套绕组时，四套绕组的接线端分布在沿着所述发电机定子圆周等分的四个弧形区域内，每套绕组的两组绕组单体的接线端分布在相对本体轴心对称的两个弧形区域。

可选地，根据所述绕组的数量，将本体的圆周等分成相等的弧形区域，其中每套所述绕组的两组绕组单体共用接线端，每套所述绕组的接线端一一对应分布在等分的弧形区域内。

可选地，所述发电机定子的每套线圈输出三相电。

可选地，所述至少两套绕组在定子圆周上的相位相同。

可选地，相邻两套绕组之间的相位差相等，并且全部绕组的相位在0°-120°的区域均等分布。

可选地，所述发电机定子为内定子或外定子。

第二方面，提供了一种风力发电机，包括以上所述的发电机定子。

可选地，所述发电机定子上的每套绕组与一个独立的变流器连接。

可选地，所述风力发电机为内转子外定子发电机，或者所述风力发电机为内定子外转子发电机。

本实用新型提供的发电机定子及风力发电机，采用了多套绕组，每套绕组间彼此独立，并且在发电机圆周方向对称运行，每套绕组可单独运行发电，其中一套绕组出现故障时，剩余其他绕组仍然可以继续工作；通过将每套绕组与单独的变流器连接，使多套绕组可以任意排列组合运行，其中一套绕组出现故障时，发电机可以不停机降容运行，使发电机实现冗余运行，从而最大限度的利用了发电机，不仅提高了发电机的可利用率，又增加了发电机运行的灵活性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1.1是现有的发电机定子绕组的一种结构型式；

图1.2是现有的发电机定子绕组的另一种结构型式；

图2是本实用新型实施例的发电机定子绕组的结构示意图(以四套绕组为例)；

图3是本实用新型实施例的第一套绕组的电路结构示意图(以四套绕组为例)；

图4是本实用新型实施例的第二套绕组的电路结构示意图(以四套绕组为例)；

图5是本实用新型实施例的第三套绕组的电路结构示意图(以四套绕组为例)；

图6是本实用新型实施例的第四套绕组的电路结构示意图(以四套绕组为例)；

图7是本实用新型实施例的发电机定子绕组的结构示意图(以两套绕组为例)；

图8是本实用新型实施例的发电机定子绕组的结构示意图(以四套绕组为例)。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本实用新型的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型的更好的理解。本实用新型决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本实用新型的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本实用新型造成不必要的模糊。

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本实用新型更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本实用新型的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本实用新型的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本实用新型的主要技术创意。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

实施例1

图2为本实用新型的发电机定子结构(以三相输出为例)。请参阅图2，本实用新型实施例提供了一种发电机定子(以四套绕组为例)，包括本体，本体的径向上具有绕组槽，在绕组槽中各安装四套绕组，四套绕组中相邻两套绕组的相位差为30°，每套绕组由两组绕组单体并联组成，每组绕组单体具有一个绕组单体，具体包括：

由相对本体的轴心对称分布、且具有相同相位的绕组单体(1U1、1V1、1W1)、绕组单体(3U1、3V1、3W1)并联组成的第一套绕组；

由相对本体的轴心对称分布、且具有相同相位的绕组单体(2U1、2V1、2W1)、绕组单体(4U1、4V1、4W1)并联组成的第二套绕组；

由相对本体的轴心对称分布、且具有相同相位的绕组单体(1U2、1V2、1W2)、绕组单体(3U2、3V2、3W2)并联组成的第三套绕组；

由相对本体的轴心对称分布、且具有相同相位的绕组单体(2U2、2V2、2W2)、绕组单体(4U2、4V2、4W2)并联组成的第四套绕组。

以上所述四套绕组之间具有相位差；其中，每套绕组由两个绕组单体并联连接组成，两个所述绕组单体相对本体的轴心对称分布、且具有相同相位。

进一步地，将发电机定子绕组圆周分为四个区域，分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ，即：

Ⅰ区域内设置两套绕组单体的接线端，分别是绕组单体(1U1、1V1、1W1)、绕组单体(1U2、1V2、1W2)的接线端，绕组单体(1U1、1V1、1W1)和绕组单体(1U2、1V2、1W2)具有一定的相位差。

Ⅱ区域内设置两套绕组单体的接线端，即分别是绕组单体(2U1、2V1、2W1)、绕组单体(2U2、2V2、2W2)，绕组单体(2U1、2V1、2W1)和绕组单体(2U2、2V2、2W2)具有一定的相位差。

Ⅲ区域内设置两套绕组单体的接线端，即分别是绕组单体(3U1、3V1、3W1)、绕组单体(3U2、3V2、3W2)，绕组单体(3U1、3V1、3W1)和绕组单体(3U2、3V2、3W2)具有一定的相位差。

Ⅳ区域内设置两套绕组单体的接线端，即分别是绕组单体(4U1、4V1、4W1)、绕组单体(4U2、4V2、4W2)，绕组单体(4U1、4V1、4W1)和绕组单体(4U2、4V2、4W2)具有一定的相位差。

图3为本实用新型的发电机定子第一套绕组结构。请参阅图3，将Ⅰ区域和Ⅲ区域对称的1U1和3U1并联成1U，1V1和3V1并联成1V，1W1和3W1并联成1W，将1U1、3U1、1V1、3V1、1W1、3W1的接线端连接在一起，形成第一套独立的定子绕组，即1U、1V、1W，第一套绕组连接到1#变流器。

图4为本实用新型的发电机定子第二套绕组结构。请参阅图4，将Ⅱ区域和Ⅳ区域对称的2U1和4U1并联成2U，2V1和4V1并联成2V，2W1和4W1并联成2W，将2U1、4U1、2V1、4V1、2W1、4W1的接线端连接在一起，形成第二套独立的定子绕组，即2U、2V、2W，第二套绕组连接到2#变流器。

图5为本实用新型的发电机定子第三套绕组结构。请参阅图5，将Ⅰ区域和Ⅲ区域对称的1U2和3U2并联成3U，1V2和3V2并联成3V，1W2和3W2并联成3W，将1U2、3U2、1V2、3V2、1W2、3W2的接线端连接在一起，形成第三套独立的定子绕组，即3U、3V、3W，第三套绕组连接到3#变流器。

图6为本实用新型的发电机定子第四套绕组结构。请参阅图6，将Ⅱ区域和Ⅳ区域对称的2U2和4U2并联成4U，2V2和4V2并联成4V，2W2和4W2并联成4W，将2U2、4U2、2V2、4V2、2W2、4W2的接线端连接在一起，形成第四套独立的定子绕组，即4U、4V、4W，第四套绕组连接到4#变流器。

以上实施例所述的发电机定子，既可以是内定子，也可以是外定子。

以上实施例是以四套绕组为例，作为可选地，可将发电机定子绕组分成六套、八套甚至更多套独立的绕组，视实际需求及应用环境而定。

本实用新型通过发电机定子绕组结构的调整，形成了四套独立的绕组，实现了发电机可以单独运行在满功率、3/4功率、2/4功率和1/4功率下，不仅可以实现一套(或两套、三套)绕组故障时剩余绕组仍可继续运行，又可以通过不同独立变流器的控制实现冗余运行，提高了发电机运行的可靠性、灵活性和利用率，大大降低了因故障带来的电量损失。

本实用新型提供的发电机定子及风力发电机，采用了多套绕组，每套绕组间彼此独立，并且在发电机圆周方向对称运行，每套绕组可单独运行发电，其中一套绕组出现故障时，剩余其他绕组仍然可以继续工作；通过将每套绕组与单独的变流器连接，使多套绕组可以任意排列组合运行，其中一套绕组出现故障时，发电机可以不停机降容运行，使发电机实现冗余运行，从而最大限度的利用了发电机，不仅提高了发电机的可利用率，又增加了发电机运行的灵活性。

实施例2

本实施例提供一种发电机定子结构(以三相输出为例)。请参阅图8，本实用新型实施例提供了一种发电机定子(以四套绕组为例)，包括本体，本体的径向上具有绕组槽，在绕组槽中各安装四套绕组，四套绕组中相邻两套绕组的相位差为30°，每套绕组由两组绕组单体并联组成，每组绕组单体具有一个绕组单体，具体包括：

由相对本体的轴心对称分布、且具有相同相位的绕组单体(1U1、1V1、1W1)、绕组单体(3U1、3V1、3W1)并联组成的第一套绕组(1U、1V、1W)；

由相对本体的轴心对称分布、且具有相同相位的绕组单体(2U1、2V1、2W1)、绕组单体(4U1、4V1、4W1)并联组成的第二套绕组(2U、2V、2W)；

由相对本体的轴心对称分布、且具有相同相位的绕组单体(1U2、1V2、1W2)、绕组单体(3U2、3V2、3W2)并联组成的第三套绕组(3U、3V、3W)；

由相对本体的轴心对称分布、且具有相同相位的绕组单体(2U2、2V2、2W2)、绕组单体(4U2、4V2、4W2)并联组成的第四套绕组(4U、4V、4W)。

以上所述四套绕组之间具有相位差；其中，每套绕组由两个绕组单体并联连接组成，两个所述绕组单体相对本体的轴心对称分布、且具有相同相位。

进一步地，将发电机定子绕组圆周分为四个区域，分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ，即：

Ⅰ区域内设置第一套绕组单体的接线端(1U、1V、1W)。

Ⅱ区域内设置第二套绕组单体的接线端(2U、2V、2W)。

Ⅲ区域内设置第三套绕组单体的接线端(3U、3V、3W)。

Ⅳ区域内设置第四套绕组单体的接线端(4U、4V、4W)。

在实施例1和实施例2提供的发电机定子中，相邻两套绕组之间具有确定的相位差30°；当绕组设计为两套时，相邻两套绕组之间的相位差可以是60°；当绕组设计为六套时，相邻两套绕组之间的相位差可以是20°；当绕组设计为十二套时，相邻两套绕组之间的相位差可以是10°。即需要满足：相邻两套绕组之间的相位差相等，并且全部绕组的相位在0°-120°的区域均等分布。

将相邻两套绕组之间的相位差设计为相等，可以使绕组的分布更均匀合理；基于本领域技术人员的理解，相邻两套绕组之间的相位差也可以设计为不等，或者设计为部分相等。

例如，可选地，在实施的过程中，也可以将四套绕组设置为具有相同的相位，或者将四套绕组分为两组，每一组绕组具有相同相位，不同组的绕组具有不同的相位，即不同组的绕组之间具有相位差。

实施例3

如图7所示，本实用新型实施例提供了一种发电机定子(以两套绕组为例)，包括本体，本体的径向上具有绕组槽，在绕组槽中各安装两套绕组，两套绕组中相邻两套绕组的相位差为60°，每套绕组由两组绕组单体并联组成，每组绕组单体具有一个绕组单体，具体包括，

由相对本体的轴心对称分布、且具有相同相位的绕组单体(1U1、1V1、1W1)、绕组单体(2U1、2V1、2W1)并联组成的第一套绕组；

由相对本体的轴心对称分布、且具有相同相位的绕组单体(2U2、2V2、2W2)、绕组单体(1U2、1V2、1W2)并联组成的第二套绕组。

实施例1-实施例3中，每组绕组单体都具有一个绕组单体，基于本领域技术人员对本实用新型技术方案的理解，每组绕组单体也可以具有两个及以上的绕组单体，当每组绕组单体具有两个及以上的绕组单体时，该两个及以上绕组单体采用并联的方式连接，然后均连接到相应的接线端。

实施例1-实施例3中，每个所述绕组单体均由数量相等的线圈组成。

可选地，每个所述绕组单体中的线圈之间采用并联和/或串联组成。

实施例4

本实用新型实施例4提供一种风力发电机，其包括实施例1-实施例3所述的发电机定子。所述发电机定子上的每套绕组与一个独立的变流器连接。结合图3-6所示，以采用四套绕组的风力发电机为例，每一套绕组由两个绕组单体并联组成，两个绕组单体对称布置并且具有相同的相位，使每一套绕组均可独立运行，当其中任意一套绕组(或者两套、三套)故障时，剩余其他绕组仍然可以继续工作，当一套绕组故障时，其他三套绕组可以继续工作，从而按照3/4功率运行，而不需要整个风力发电机立刻停机维修，大大降低了故障引起的电量损失，提高了风力发电机机组的可利用率，同时又实现了发电机的冗余运行。

同时，由于四套绕组相互独立，可以根据实际的风况自由排列组合运行，在不产生绕组故障时，也可以不选择满功率运行，这样就增加了发电机运行的灵活性，实现了冗余运行。

可选择地，所述风力发电机可以是使用内定子外转子风力发电机构造，也可以使用内转子外定子风力发电机构造，不管采用上述两种情况的任意一种，都可以实施本实用新型的技术方案。

可选择地，所述风力发电机输出三相电，以便于将风力发电机发出的电量并入电网。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.发电机定子，包括本体，其特征在于，本体的圆周上均匀排列多个绕组槽，在所述绕组槽中安装至少两套绕组，相邻两套绕组之间的相位差为0°-60°；其中，每套绕组由两组绕组单体并联连接组成，两组绕组单体相对本体的轴心对称分布、且具有相同相位；每组绕组单体中具有至少一个绕组单体或者两个以上并联的绕组单体，并且两组绕组单体中的绕组单体数量相等。

2.如权利要求1所述的发电机定子，其特征在于，

每个所述绕组单体均由数量相等的线圈组成。

3.如权利要求2所述的发电机定子，其特征在于，

每个所述绕组单体中的线圈之间采用并联和/或串联组成。

4.如权利要求2所述的发电机定子，其特征在于，

所述绕组的数量为偶数套，根据所述绕组的数量，将本体的圆周等分成相等的弧形区域，其中每套所述绕组的两个绕组单体的接线端一一对应分布在相对本体轴心对称的两个弧形区域内。

5.如权利要求4所述的发电机定子，其特征在于，

当具有四套绕组时，四套绕组的接线端分布在沿着所述发电机定子圆周等分的四个弧形区域内，每套绕组的两组绕组单体的接线端分布在相对本体轴心对称的两个弧形区域。

6.如权利要求2所述的发电机定子，其特征在于，

根据所述绕组的数量，将本体的圆周等分成相等的弧形区域，其中每套所述绕组的两组绕组单体共用接线端，每套所述绕组的接线端一一对应分布在等分的弧形区域内。

7.如权利要求1-6之一所述的发电机定子，其特征在于，

所述发电机定子的每套线圈输出三相电。

8.如权利要求7所述的发电机定子，其特征在于，

所述至少两套绕组在定子圆周上的相位相同。

9.如权利要求7所述的发电机定子，其特征在于，

相邻两套绕组之间的相位差相等，并且全部绕组的相位在0°-120°的区域均等分布。

10.如权利要求1-6,8-9之一所述的发电机定子，其特征在于，

所述发电机定子为内定子或外定子。

11.风力发电机，其特征在于，包括如权利要求1-10之一所述的发电机定子。

12.如权利要求11所述的风力发电机，其特征在于，

所述发电机定子上的每套绕组与一个独立的变流器连接。

13.如权利要求11或12所述的风力发电机，其特征在于，

所述风力发电机为内转子外定子发电机，或者所述风力发电机为内定子外转子发电机。