CN220797812U - 一种基于外转子无刷双馈电机的一次调频系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于电能存储领域，具体涉及一种基于外转子无刷双馈电机的一次调频系统。包括：外转子无刷双馈电机和电机控制器，所述外转子无刷双馈电机包括定子和位于定子外侧的外转子，外转子的外侧套设铝合金圆筒，用于飞轮储能；所述外转子无刷双馈电机的功率绕组直接与电网相连，控制绕组经电机控制器与电网相连；通过调节控制绕组的电流频率和大小及相位，对外转子的转速进行调节，外转子上的惯性储能变化，电机可从电网吸收或者向电网发出有功功率，进而调节电网的频率。本实用新型提出的基于外转子无刷双馈电机的一次调频系统具有结构简单和可靠性高的优点，适合应用于电网一次调频系统。
Description
技术领域
本实用新型属于电能存储领域，具体涉及一种基于外转子无刷双馈电机的一次调频系统。
背景技术
目前，已有的基于无刷双馈电机的一次调频系统，无刷双馈电机的转子均为内转子结构形式。由于内转子转动惯量的大小有限，需另外使用飞轮进行储能。由于电机转子与飞轮为独立部件，两者通过转轴连接，使得机电系统的复杂性提高，可靠性降低。
发明内容
为了克服现有的基于无刷双馈电机的一次调频系统中，电机转子通过转轴与飞轮转子连接使得系统复杂化的问题，本实用新型的目的是提供一种基于外转子无刷双馈电机的一次调频系统，可将电机转子和飞轮集成一体化。
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案：一种基于外转子无刷双馈电机的一次调频系统，包括：外转子无刷双馈电机和电机控制器，所述外转子无刷双馈电机包括定子和位于定子外侧的外转子，外转子的外侧套设铝合金圆筒，用于飞轮储能；所述外转子无刷双馈电机的功率绕组直接与电网相连，控制绕组经电机控制器与电网相连；通过调节控制绕组的电流频率和大小及相位，对外转子的转速进行调节，转子转速变化时，转子上的惯性储能释放或者增加，电机的电枢绕组可从电网吸收有功功率或者向电网发出有功功率，进而可以调节电网的频率。
进一步的，所述外转子无刷双馈电机除采用径向磁场结构或者轴向磁场结构。
进一步的，所述外转子无刷双馈电机的定子包括内定子电枢，所述内定子电枢上设置有功率绕组和控制绕组，两套电枢绕组的极对数不同。
进一步的，所述外转子为凸极外转子、磁障外转子、绕线外转子或混合式外转子中的任意一种。
有益效果：
本实用新型提出的一种基于外转子无刷双馈电机的一次调频系统，飞轮和外转子集成一体化，具有结构简单和可靠性高的优点，适合应用于电网一次调频系统。
附图说明
图1为本实用新型的基于外转子无刷双馈电机的一次调频系统框图；
图2为本实用新型的外转子无刷双馈电机结构示意图；
图3为电机转子吸收能量工况下，电枢绕组电流和电磁转矩波形；
图4为电机转子释放能量工况下，电枢绕组电流和电磁转矩波形。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1-功率绕组，2-控制绕组，3-外转子，4-铝合金圆筒，5-内定子电枢。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。
如图1所示，本实用新型的一种基于外转子无刷双馈电机的一次调频系统，包括：
外转子无刷双馈电机和电机控制器，所述外转子无刷双馈电机包括定子和位于定子外侧的外转子3，外转子3的外侧套设铝合金圆筒4，其外径尺寸大，具有大的转动惯量，可用于飞轮储能；所述外转子无刷双馈电机的功率绕组1直接与电网相连，控制绕组2经电机控制器与电网相连；通过调节控制绕组2的电流频率和大小及相位，对外转子3的转速进行调节，外转子3转速变化时，外转子3上的惯性储能释放或者增加，电机的电枢绕组可从电网吸收有功功率或者向电网发出有功功率，进而可以调节电网的频率。
如图2所示，所述外转子无刷双馈电机的定子包括内定子电枢5，所述内定子电枢5上设置有功率绕组1和控制绕组2，两套电枢绕组的极对数不同。所述外转子4可为图中所示的凸极外转子外，还可以是磁障外转子、绕线外转子、或者混合式外转子等结构形式中的任意一种。
上述基于外转子无刷双馈电机的一次调频系统的工作方式如下：
1)系统开始工作时，电机的外转子3为静止状态。首先，将控制绕组2短接，并串入可调电阻，将功率绕组1与电网相连，电机的外转子3被电网加速，逐步接近同步旋转速度，随着转速的升高，逐步将电阻调小，当外转子3转速进入接近同步转速时，将电阻与控制绕组2断开连接；同时，将控制绕组2与电机控制器相连。
2)当电网频率低于额定频率时，通过控制器控制电机的控制绕组2的电流大小和相位，使得电机的外转子3的电磁转矩为负，并且将电流频率逐步增加，电机的外转子3转速逐步下降，释放旋转储能，电机向电网不断发出有功功率，从而将电网频率升高。
3)当电网频率高于额定频率时，通过控制器控制电机的控制绕组2的电流大小和相位，使得电机的外转子3的电磁转矩为正，并且将电流频率逐步增加，电机的外转子3转速逐步上升，将电能转换成旋转储能，电机从电网不断吸收有功功率，从而将电网频率降低。
4)当电网频率非常接近于额定频率时，将功率绕组1与电网断开连接，控制绕组2与电机控制器断开连接。电机无励磁，空载铁耗为零。因此，可减小怠机情况下的空载损耗。
所述外转子无刷双馈电机除采用上述径向磁场结构外，还可以采用轴向磁场结构的方式。
为了验证本实用新型提出的基于外转子无刷双馈电机的一次调频系统的效果，因此本实用新型建立了电机有限元模型，进行了电磁仿真计算，在电机的外转子3吸收能量和释放能量两种不同工况下，仿真得到的电磁转矩和电流波形曲线分别如图3和4所示。可以看出，外转子无刷双馈电机可根据工况需要，分别向电网吸收和发出有功功率，并且电机具有结构简单和可靠性高的优点，适合应用于电网一次调频系统。
以上所述仅是本实用新型的具体实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的技术方案基础上，所做出的简单修改、等同变化或修饰，均落入本实用新型的保护范围。
Claims (4)
1.一种基于外转子无刷双馈电机的一次调频系统，其特征在于，包括：外转子无刷双馈电机和电机控制器，所述外转子无刷双馈电机包括定子和位于定子外侧的外转子，外转子的外侧套设铝合金圆筒，用于飞轮储能；所述外转子无刷双馈电机的功率绕组直接与电网相连，控制绕组经电机控制器与电网相连；通过调节控制绕组的电流频率和大小及相位，对外转子的转速进行调节。
2.如权利要求1所述的一种基于外转子无刷双馈电机的一次调频系统，其特征在于，所述外转子无刷双馈电机采用径向磁场结构或者轴向磁场结构。
3.如权利要求1或2所述的一种基于外转子无刷双馈电机的一次调频系统，其特征在于，所述外转子无刷双馈电机的定子包括内定子电枢，所述内定子电枢上设置有功率绕组和控制绕组，两套电枢绕组的极对数不同。
4.如权利要求1所述的一种基于外转子无刷双馈电机的一次调频系统，其特征在于，所述外转子为凸极外转子、磁障外转子、绕线外转子或混合式外转子中的任意一种。
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