RU2606636C2 - Генератор безредукторной ветровой энергетической установки - Google Patents

Abstract

Изобретение касается генератора (1) безредукторной ветровой энергетической установки, имеющего статор (4) и ротор (2), включающего в себя: обмотки (8) статора для создания нескольких переменных токов, в частности, по меньшей мере, трех сдвинутых друг относительно друга по фазе переменных токов, средства (10) выпрямления для выпрямления переменных токов и, по меньшей мере, две сборные шины (12) постоянного тока для сбора выпрямленных переменных токов. Техническим результатом является улучшение распределения генерируемого тока. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Настоящее изобретение касается генератора ветровой энергетической установки, а также выпрямителя и ветровой энергетической установки.

Ветровые энергетические установки общеизвестны. Они преобразуют энергию ветра в электрическую энергию. При этом ветром приводится в движение аэродинамический ротор, который, в свою очередь, осуществляет привод генератора. При этом, в частности, можно различать два основных типа ветровых энергетических установок, а именно такие, в которых между аэродинамическим ротором и генератором предусмотрен редуктор, и такие, которые работают без редуктора.

Безредукторные ветровые энергетические установки отличаются тем, что в них применяется малооборотный, многополюсный генератор, в частности кольцевой генератор, который при этом имеет также принципиально большой диаметр, в частности большой диаметр воздушного зазора. Современные безредукторные ветровые энергетические установки могут на сегодняшний день иметь диаметр воздушного зазора, равный до 10 м. По меньшей мере, вполне обычными на сегодня являются диаметры воздушного зазора, равные примерно 4,5 м. В частности, настоящее изобретение касается также таких генераторов.

Такие генераторы при эксплуатации образуют обычно по меньшей мере трехфазную систему переменного тока, часто предусмотрены две трехфазных системы. Когда обмотки или, соответственно, части обмоток каждой фазы включены каждая последовательно, обмотка каждой фазы должна проводить весь ток этой фазы. Соответственно должны предусматриваться очень толстые провода или стренги проводов, чтобы можно было проводить этот ток. Во избежание этого обмотка каждой фазы может быть разделена на части обмотки, которые включаются параллельно друг другу. Преимущество при этом состоит в том, что могут применяться шаблонные катушки, благодаря чему, в частности, может повышаться коэффициент заполнения. Такие части обмотки соответственно распределены по всему периметру генератора, и параллельное включение может осуществляться посредством расположенной по периметру токовой шины для каждой фазы. Тогда эта расположенная по периметру токовая шина собирает ток фазы. Тогда ток такой сборной шины по существу соответствует току, который генерируется в ветви обмотки того варианта, при котором все части обмотки одной фазы включены последовательно. Тогда эти токи по существу при обоих вариантах могут одинаковым образом использоваться для дальнейшей обработки, а именно для запитывания в электрическую сеть, при этом они выпрямляются с помощью выпрямителя и таким образом подаются в инвертор для запитывания в сеть.

Параллельное включение нескольких частей обмоток хотя и позволяет соответственно получить ветви обмоток с меньшим поперечным сечением, чем в случае последовательного включения, но применение сборных шин может также приводить к возникновению проблем. В частности, для двух трехфазных систем требуется шесть сборных шин. Эти сборные шины могут комбинироваться в виде шести круглых колец с соответствующей изоляцией между ними с получением примерно цилиндрического корпуса сборных шин, который, однако, может иметь размеры, создающие проблемы, связанные с занимаемой площадью. Они могут, в частности, мешать или затруднять крепление генератора, а именно статора генератора.

Немецкое ведомство по патентам и торговым маркам в приоритетной заявке к данной заявке выявило следующий уровень техники: DE 19729034 A1, DE 2052808 A, US 6,894,411 B2, US 2009/0212568 A1, US 2010/0072834 A1, EP 2472714 A1 и WO 2006/100420 A1.

Задачей настоящего изобретения является, таким образом, устранить одну из вышеназванных проблем, в частности, усовершенствовать генератор безредукторной ветровой энергетической установки в отношении распределения генерируемого тока, в частности также предложить решение, для которого требуется по возможности наименьшая занимаемая площадь. Должно быть найдено по меньшей мере одно альтернативное решение.

В соответствии с изобретением, таким образом, предлагается генератор по п. 1 формулы изобретения. Соответственно этому, генератор имеет статор и ротор. На статоре установлены обмотки статора для создания нескольких переменных токов, в частности, по меньшей мере трех сдвинутых друг относительно друга по фазе переменных токов. Кроме того, предусмотрены средства выпрямления для выпрямления переменных токов. Средства выпрямления являются, таким образом, частью генератора. На статоре или, соответственно, непосредственно рядом с ним предусмотрены токосборные провода постоянного тока, в частности, сборные шины постоянного тока, для сбора выпрямленных в постоянный ток переменных токов. Сборные шины постоянного тока, таким образом, также являются частью генератора, а средства выпрямления расположены между обмотками статора и сборными шинами, в частности, подключены, а также размещены там. Сборные шины постоянного тока принимают, таким образом, все созданные и выпрямленные токи. В частности, при наличии только двух сборных шин постоянного тока, а именно одной для положительного и одной для отрицательного потенциала, весь выпрямленный ток течет через каждую сборную шину постоянного тока. По этой причине токосборные провода постоянного тока целесообразным образом выполнены в виде сборных шин постоянного тока. Неподвижное размещение на статоре целесообразным образом также должно реализовываться с помощью шины, при этом не исключается применение токосборного провода постоянного тока иного исполнения.

Согласно решению предусматривается, таким образом, выпрямление сгенерированных переменных токов уже на генераторе, а именно на статоре, и дальнейшая передача только лишь выпрямленных токов, которые суммируются в один соответственно большой постоянный ток, от места их возникновения. В основе этого, в частности, лежит та идея того, что генераторы безредукторной ветровой энергетической установки имеют большую протяженность размещения. В случае генератора с диаметром, равным 5 м, получается периметр, равный свыше 15 м, по которому должна направляться часть токов с помощью соответствующих проводов. Даже при трехфазном токе для этого должны были бы быть предусмотрены по меньшей мере три провода. В случае шестифазной системы должны предусматриваться уже шесть проводов, которые, в зависимости от величины тока, могли бы быть также предусмотрены в виде сборных шин. Благодаря же выпрямлению на месте должны быть предусмотрены только лишь две сборные шины постоянного тока.

Кроме того, исключается необходимость в отдельном выпрямителе, когда выпрямление происходит непосредственно на генераторе. Средства выпрямления могут быть образованы каждое по меньшей мере из одной пары диодов или по меньшей мере из одной пары тиристоров, при этом по одному диоду или, соответственно, по одному тиристору расположено между подключением переменного тока обмоток статора и сборной шиной постоянного тока, а другой диод или, соответственно, другой тиристор между этим подключением переменного тока и второй сборной шиной постоянного тока. Выпрямление осуществляется принципиально известным образом с применением известных средств выпрямления, которые при этом, в частности, согласованы по размерам с конкретной конструкцией этого генератора.

Согласно одному из вариантов осуществления генератор выполнен в виде синхронного генератора, в частности в виде синхронного генератора с посторонним возбуждением и при этом предпочтительно в виде генератора с наружным ротором. В синхронном генераторе ротор вращается с постоянным магнитным полем, которое в случае синхронного генератора с посторонним возбуждением создается соответствующими постоянными токами или, соответственно, соответствующим постоянным током в качестве тока возбуждения, и посредством вращения ротор создает в статоре и вместе с тем в обмотках статора соответствующее вращающееся поле и за счет этого несколько переменных токов. При конструировании наружного ротора статор находится внутри относительно ротора, благодаря чему внутри остается много пространства для выполнения статора. Таким образом, имеется пространство для расположения средств выпрямления и сборных шин постоянного тока, а также пространство, чтобы предусмотреть охлаждение, которое при необходимости может также применяться для охлаждения средств выпрямления.

Согласно одному из вариантов осуществления предлагается, чтобы сборные шины были выполнены кольцеобразно и проходили примерно вдоль статора и/или чтобы средства выпрямления и/или токосборные провода постоянного тока, в частности сборные шины постоянного тока были закреплены на генераторе, в частности, статоре, в частности так, чтобы они охлаждались вместе с генератором. В этом случае сборные шины постоянного тока располагаются возле или на статоре или устройстве охлаждения и/или охлаждающем корпусе статора или генератора так, что предусмотренное для генератора охлаждение действует также на сборные шины постоянного тока и/или средства выпрямления. В частности, расположение выбирается так, чтобы воздушный поток для охлаждения генератора выполнял также охлаждение сборных шин постоянного тока и/или средств выпрямления. Благодаря этому статор может одновременно выполнять охлаждение, в частности, средств выпрямления.

Согласно одному из вариантов осуществления предлагается, чтобы переменные токи образовывали систему, включающую в себя по меньшей мере три фазы, то есть трехфазную систему, в частности, шестифазную систему. При этом шестифазная система представляет собой, в частности, систему из двух трехфазных систем. Фазы трехфазной системы сдвинуты друг относительно друга на 120°, а две трехфазные системы сдвинуты друг относительно друга примерно на 30°, так что в этом случае имеются шесть фаз, из которых две соседние всегда сдвинуты на 30°. Обмотки статора имеют каждая фазную обмотку для каждой фазы.

Фазные обмотки предпочтительно разделены на части фазных обмоток. Таким образом, для данного примера с шестью фазами имеется по существу комплект обмоток статора, а именно совокупность всех обмоток статора, шесть фазных обмоток и в целом для всего статора по меньшей мере 12 частей фазных обмоток, а именно для вышеназванного примера по меньшей мере две для каждой фазы.

Каждая часть фазной обмотки через одно из средств выпрямления соединена по меньшей мере с двумя сборными шинами. Таким образом, для каждой части фазной обмотки производится выпрямление, и соответствующий переменный ток части фазной обмотки, будучи выпрямлен, в виде постоянного тока запитывается в две сборные шины. В приведенном выше примере необходимо было бы соответственно предусмотреть по меньшей мере 12 средств выпрямления и соответственно постоянный ток направлялся бы в сборные шины в 12 местах, распределенных по генератору.

В частности, каждые три фазы подключены через одну общую точку звезды. В вышеназванном примере при шести фазах и шести фазных обмотках и 12 частях фазных обмоток каждые шесть частей фазных обмоток имели бы одну общую точку звезды. Таким образом, имеются две общие точки звезды, а именно одна для каждой из двух трехфазных систем.

Таким образом, возможно параллельное включение частей фазных обмоток, при котором для всего генератора достаточно двух сборных шин постоянного тока. Благодаря по существу обычному подключению в точке звезды при выпрямлении в каждом случае требуется учитывать только одну точку подключения для каждой части фазной обмотки.

Предпочтительно, когда предусмотрены по меньшей мере шесть средств выпрямления, предпочтительно по меньшей мере 12, по меньшей мере 24 или по меньшей мере 48 средств выпрямления и в окружном направлении распределены по генератору. При этом предпочтительно в качестве количества средств выпрямления использовать кратное количество фаз, так чтобы для каждой фазы всегда были предусмотрены несколько средств выпрямления, а именно в частности, имелось также соответствующее количество частей фазных обмоток. В принципе, предпочтительно предусмотреть очень большое количество средств выпрямления, которые могут в этом случае иметь соответственно небольшие размеры. При этом с одной стороны, один источник тепла разделяется на много небольших источников тепла, так чтобы источник тепла был распределен в пространстве. С другой стороны, полупроводниковые компоненты меньшего размера, такие как диоды или тиристоры, принципиально представляют собой продукт массового производства и поэтому могут приобретаться по оптимальной стоимости и проверенным образом, в отличие от того, когда полупроводниковые компоненты выполнены особенно большими. Кроме того, можно, наконец, не применять собственный корпус для средств выпрямления. При этом варианте можно известным образом не применять компактный выпрямитель, который выпрямляет весь ток генератора. Такой отдельный выпрямитель может иметь очень большие размеры, и для него требуются полупроводниковые компоненты, рассчитанных на соответственно большой ток, и необходимое для них средство охлаждение. Вместо этого предлагается выпрямлять переменные токи прямо в том месте, где они возникают, и, таким образом, выпрямлять их прежде, чем они суммируются в один большой переменный ток.

Предпочтительно генератор имеет номинальную мощность, равную по меньшей мере 500 кВт, по меньшей мере 1 МВт, в частности, по меньшей мере 2 МВт. То есть необходимо применять большой, современный генератор, для которого вышеназванные проблемы могут являться существенными. В частности, для такого большого генератора для дальнейшей обработки созданного тока требуется также соответственно большой выпрямитель, который изготавливается на заказ и поэтому является дорогим и выделяющим тепло прибором. В результате даже в гондоле ветровой энергетической установки можно исключить использование соответствующего распределительного шкафа для выпрямителя.

Согласно другому варианту осуществления предлагается, чтобы генератор был выполнен в виде малооборотного генератора и/или в виде многополюсного генератора, имеющего по меньшей мере 48, 72, 96, в частности по меньшей мере 192 полюса статора и/или в виде трехфазного или шестифазного генератора. В частности, предлагаемое решение может эффективно применяться в таких многополюсных генераторах, так как большое количество средств выпрямления в данном случае может быть распределено по генератору, чтобы каждое выпрямляло соответственно небольшую часть тока вырабатываемой мощности. В принципе, может также применяться известный трехфазный или шестифазный генератор, который модифицируется с помощью предусмотренных средств выпрямления и сборных шин постоянного тока.

В соответствии с изобретением, кроме того, предлагается кольцевой выпрямитель для выпрямления нескольких сгенерированных генератором переменных токов. Такой кольцевой выпрямитель включает в себя по меньшей мере три средства выпрямления для выпрямления одного из генерируемых переменных токов каждое, и он включает в себя по меньшей мере два кольцеобразно расположенных и согласованных по своему размеру с генератором токосборных провода постоянного тока, в частности сборные шины постоянного тока, для приема выпрямленных переменных токов. В частности, кольцевой выпрямитель выполнен так, как были описаны выше две сборные шины вместе со средствами выпрямления, при этом средства выпрямления предусмотрены для того чтобы каждое подключалось к одной фазной обмотке или, соответственно, к части фазной обмотки, чтобы там принимать и выпрямлять созданный переменный ток. Кольцевой выпрямитель, в частности, предназначен для того, чтобы соединяться с генератором, чтобы кольцевой выпрямитель и генератор вместе образовывали новый генератор, а именно такой как пояснялось по меньшей мере в одном из приведенных выше вариантов осуществления.

Предпочтительно кольцевой выпрямитель отличается тем, что средства выпрямления являются управляемыми и соединены с проводами цепи управления для управления средствами выпрямления. Такое конструктивное исполнение касается, в частности, средств выпрямления, образованных из тиристоров и/или IGBT (биполярных транзисторов с изолированным затвором), которые должны настраиваться. В частности, такие провода цепи управления могут быть также предусмотрены для описанного генератора, чтобы через них управлять средствами выпрямления. Благодаря полностью или частично управляемым средствам выпрямления выпрямление может быть улучшено, например, в отношении потерь на соответствующих полупроводниковых компонентах. Кроме того, для управления генератора может быть предпочтительно, что с помощью выпрямителя, то есть в данном случае с помощью средств выпрямления, воздействовать на ток, отбираемый от генератора, и тем самым на генератор, чтобы при необходимости частично управлять им.

Кроме того, предусматривается ветровая энергетическая установка, имеющая генератор, такой как описан по меньшей мере в одном из приведенных выше вариантов осуществления. Этот генератор предпочтительно имеет кольцевой выпрямитель, такой как описан выше.

Ниже изобретение поясняется подробнее на примерах осуществления со ссылкой на сопроводительные фигуры, на которых показано:

Фиг. 1 - ветровая энергетическая установка на изображении в перспективе.

Фиг. 2 - схематично генератор, имеющий ротор, статор, сборные шины постоянного тока и средства выпрямления.

Фиг. 3 - схематично на изображении в сечении часть кольцевого генератора, включающая в себя сборные шины постоянного тока и средства выпрямления.

Фиг. 4 - сборные шины постоянного тока, снабженные средствами выпрямления согласно фиг. 3, в увеличенном изображении.

Фиг. 5 - фрагмент из двух сборных шин постоянного тока на изображении в перспективе.

Фиг. 6 - схематично фрагмент генератора в соответствии с уровнем техники, снабженного шестью сборными шинами переменного тока.

Ниже идентичные ссылочные обозначения могут применяться для похожих, но при известных условиях не идентичных или, из-за схематичного изображения, не идентично изображенных элементов. Для идентичных или похожих элементов могут применяться различные масштабы.

На фиг. 1 показана ветровая энергетическая установка 100, имеющая башню 102 и гондолу 104. На гондоле 104 расположен ротор 106, снабженный тремя лопастями 108 ротора и обтекателем 110. Ротор 106 при эксплуатации приводится ветром во вращательное движение и при этом также осуществляет привод генератора в гондоле 104.

На фиг. 2 схематично показан генератор 1, имеющий очень упрощенно изображенное рабочее колесо 2 или, соответственно, ротор 2 и статор 4. Ротор 2 вращается надлежащим образом относительно статора 4, который надлежащим образом неподвижен по меньшей мере в отношении вращательного движения ротора. Изображенный для наглядного пояснения статор 4 имеет 24 полюса 6. Изображение с 24 полюсами выбрано только для наглядного пояснения. Более того, изобретение предпочтительно предусмотрено для существенно большего количества полюсов. Расстояние между полюсами 6, которое в данном случае существенно больше, чем в сравнимой реальной системе, также не является важным, и оно представляет собой только результат схематичного изображения. Более того фиг. 2 должна служить для пояснения схемы подключения и ее локального распределения по периметру генератора.

В соответствии с фиг. 2, каждый полюс 6 имеет одну часть 8 фазной обмотки. На изображении фиг. 2 каждая часть 8 фазной обмотки предусмотрена для одного полюса 6. Однако это только один из наглядно поясняющих примеров. Часть 8 фазной обмотки может также представлять собой схему последовательного включения обмоток нескольких полюсов статора.

В соответствии с наглядно поясняющим примером согласно фиг. 2 в каждом случае предусмотрены всего 24 части 8 фазных обмоток, а именно по четыре для каждой фазы. Фазы на фиг. 2 обозначены P₁-P₆. Две соседние фазы всегда сдвинуты друг относительно друга на 30°. Таким образом, предусмотрены две трехфазные системы, а именно первая трехфазная система, включающая в себя фазы P₁, P₃ и P₅, и вторая трехфазная система, включающая в себя фазы P₂, P₄ и P₆. При этом всегда фазы одной трехфазной системы, то есть P₁, P₃ и P₅, с одной стороны, и P₂, P₄ и P₆, с другой стороны, подключены через одну общую точку звезды, которая на фиг. 2, однако, не изображена.

Каждая часть 8 фазной обмотки через средство 10 выпрямления соединена с двумя сборными шинами 12, 14 постоянного тока, а именно положительной сборной шиной 12 постоянного тока и отрицательной сборной шиной 14 постоянного тока. Каждое средство 10 выпрямления имеет для выпрямления два диода 16. На данной фигуре для наглядного пояснения были применены диоды как классические элементы для выпрямления. Вместо диодов могут, например, также применяться тиристоры или IGBT (биполярные транзисторы с изолированным затвором).

Таким образом, в настоящем примере 24 средства 10 выпрямления распределены по периметру генератора 1, в частности, по периметру статора 4. Каждая фаза в этом примере разделена соответственно на четыре части фазной обмотки 8, и поэтому также выпрямление для каждой фазы производится в четырех различных положениях, а именно будучи распределено по генератору с интервалами примерно в 90°. Таким образом, в показанном примере осуществления 24 переменных тока выпрямляются средствами 10 выпрямления, и затем получающиеся частичные постоянные токи, суммированные в виде одного постоянного тока или, соответственно, в виде одного положительного и одного отрицательного постоянного тока, содержаться в двух сборных шинах 12 и 14 постоянного тока. Две сборные шины 12 и 14 постоянного тока проводят, таким образом, всю электрическую мощность, генерируемую генератором 1 и предоставляют ее на выходе 18 постоянного тока с соответствующим постоянным напряжением U_DC. Средства 10 выпрямления, каждое из которых в показанном примере должно выпрямлять только 1/24 мощности, которая затем проводится сборными шинами 12 и 14 постоянного тока, могут иметь соответственно небольшие конструктивные размеры. Соответственно возможно также применение сравнимых стандартных компонентов, которые оптимальны по стоимости и опробованы.

На фиг. 2 показаны сборные шины 12 и 14 постоянного тока разного диаметра и с диаметром, большим, чем у статора 4. Изображение на фиг. 2 представляет собой, однако, только наглядное пояснение и предпочтительно статор 4, положительная сборная шина 12 постоянного тока и отрицательная сборная шина 14 постоянного тока расположены не радиально, а в осевом направлении на расстоянии друг от друга.

На фиг. 3 показан фрагмент генератора на виде в окружном направлении генератора 1. Генератор 1 имеет при этом ротор 2 и статор 4, включающий в себя лобовые части 20 обмотки. На статоре 4 в соответствии с фиг. 3 с левой стороны и вместе с тем в осевом направлении изображены положительная сборная шина 12 постоянного тока и отрицательная сборная шина 14 постоянного тока. Между этими двумя сборными шинами 12, 14 постоянного тока расположено средство 10 выпрямления и через подключение 22 переменного тока соединено с соответствующей обмоткой, в частности, частью фазной обмотки, которая на фиг. 3, однако, детально не изображена.

При этом показанный генератор 1 функционирует так, что ротор 2 или, соответственно, рабочее колесо 2 вращается относительно статора 4, при этом в статоре 4 генерируется множество переменных токов, которые выпрямляются каждый с помощью средств 10 выпрямления и передаются на две сборные шины 12, 14 постоянного тока. Таким образом, предусмотрен ротор 2 или, соответственно, рабочее колесо 2 и статор 4, также предусмотрена одна положительная сборная шина 12 постоянного тока и одна отрицательная сборная шина 14 постоянного тока, однако очень много средств 10 выпрямления, из которых на фиг. 3 показано только одно.

При этом на фиг. 2 распределение таких средств 10 выпрямления по периметру генератора 1 показано схематично. В равной степени положительная сборная шина 12 постоянного тока с отрицательной сборной шиной 14 постоянного тока и множеством средств 10 выпрямления и, наконец, подключениями 18 постоянного тока могут рассматриваться как кольцевой выпрямитель. Подключения 22 переменного тока могут иногда рассматриваться как элемент такого кольцевого выпрямителя. Соответственно такой кольцевой выпрямитель может подготавливаться отдельно от остального генератора 1 и при монтаже с этим остальным генератором 1 должен только электрически соединяться своими подключениями 22 переменного тока с соответствующими частями 8 фазных обмоток.

Благодаря предусмотренным сборным шинам 12, 14 постоянного тока, при этом может также создаваться в целом механически устойчивая структура.

На фиг. 4 показан фрагмент фиг. 3, а именно положительная сборная шина 12 постоянного тока, отрицательная сборная шина 14 постоянного тока, средства 10 выпрямления, из которых на изображении фиг. 4 показано только одно, и подключения 22 переменного тока, из которых на фиг. 4, вследствие выбранного изображения, также показано только одно. Средство 10 выпрямления может иметь два тиристора 16', каждый в качестве выпрямляющего компонента. Между двумя тиристорами 16' расположено подключение 22 переменного тока. Тиристоры 16' могут управляться посредством проводов 24 цепи управления. При применении IGBT (биполярные транзисторы с изолированным затвором) их также надо было бы настраивать, что может достигаться с помощью управляющего провода 24 или, соответственно с помощью соответствующим образом согласованных управляющих проводов.

Таким образом, на этом фрагменте согласно фиг. 3, который изображен на фиг. 4, показан кольцевой выпрямитель 26. Когда он соединяется с генератором 1, в частности, со статором 4, как это показано на фиг. 3, этот кольцевой выпрямитель 26 является частью генератора 1. Кроме того, на фиг. 4 также схематично обозначены подключения 18 постоянного тока.

На фиг. 5 показан фрагмент кольцевого выпрямителя 26 на изображении в перспективе. На данной фиг. поясняется расположение положительной сборной шины 12 постоянного тока относительно находящейся в соответствии с фиг. 5 позади нее отрицательной сборной шины 14 постоянного тока. Между этими двумя сборными шинами 12, 14 постоянного тока на чертеже показано средство 10 выпрямления, снабженное подключением 22 переменного тока для пояснения. У средства 10 выпрямления изображен тиристор 16' в виде по существу круглого компонента. Фактически, конечно, находящаяся на фиг. 5 впереди положительная сборная шина 12 постоянного тока закрывала бы этот тиристор 16', который в данном случае изображен только для наглядного пояснения.

На фиг. 6 в перспективе, выбранной в соответствии с фиг. 3, показан генератор 601, имеющий ротор 602 и статор 604. На данной фигуре также предусмотрены несколько частей фазных обмоток, которые для параллельного включения пофазно подключены каждая к шине L₁-L₆ переменного тока. Шины L₁-L₆ переменного тока в соответствии с изображением расположены слева от статора 604 и вместе с тем в осевом направлении. Показано, что в данном случае необходимо очень значительное пространство, хотя отсутствуют даже полупроводниковые компоненты. Однако в соответствии с показанным известным решением для каждой фазы предусмотрена отдельная сборная шина переменного тока, которая должна электрически изолироваться от других сборных шин переменного тока. Также все шесть сборных шин L₁-L₆ переменного тока должны быть в достаточной мере закреплены механически, что может быть проблематичным вследствие показанного пространственного исполнения.

При этом на фиг. 6 поясняется, что для совместного включения шаблонных катушек в одном большом кольцевом генераторе требуются сборные шины. Соответственно генераторам с несколькими фазами требуется соответственно большое количество колец таких сборных шин, а именно одно на каждую фазу. Таким образом, предлагается сконструировать кольцевой выпрямитель, чтобы решить данную проблему и вместе с тем сократить количество колец и при этом также лучше использовать имеющийся объем. Это решение позволяет обойтись двумя сборными шинами 12 и 14 постоянного тока, то есть двумя кольцами. Также для предлагаемого решения части фазных обмоток могут реализовываться посредством шаблонных катушек. Такие шаблонные катушки в статоре соответственно устанавливаются на соответствующие полюса статора, такие как, например, полюс 6 на фиг. 2.

Для показанного решения требуется большое количество деталей, в частности, большее количество средств выпрямления. Но средства выпрямления как таковые имеют меньшую по размеру конструктивную форму. Меньшего размера узлы будут, таким образом, передавать каждый меньшее количество энергии. Благодаря этому решению предпочтительно обеспечивается таким образом, возможность параллельного включения шаблонных катушек в статоре.

Соответственно предлагается, в генераторе, в котором обмотки статора включены параллельно, решить возникающую проблему в отношении объема, обусловленную сборными шинами, путем применения кольцевого выпрямителя. Этот выпрямитель мог бы быть выполнен так, чтобы обмотки оснащались небольшими выпрямителями, состоящими из диодов, тиристоров или IGBT (биполярные транзисторы с изолированным затвором) и совместно подключались к плюсу и минусу через шины. При этом количество колец для таких сборных шин может быть сокращено до двух, возможно до трех, когда подключают все обмотки через кольцо к одной точке звезды. Такой выпрямитель может охлаждаться с помощью охлаждения генератора, когда он монтируется на генераторе. В зависимости от исполнения, не требуется предусматривать дополнительный корпус или дополнительное охлаждение. Соответственно предложенное решение создает возможность интеграции выпрямителя с генератором. Обеспечивается возможность использования охлаждения генератора, и при этом решение является компактным.

Claims (16)

1. Генератор (1) безредукторной ветровой энергетической установки (100), имеющий статор (4) и ротор (2), включающий в себя:

- обмотки (8) статора для создания нескольких переменных токов, в частности, по меньшей мере трех, сдвинутых друг относительно друга по фазе переменных токов,

- средства (10) выпрямления для выпрямления переменных токов и

- по меньшей мере две сборные шины (12, 14) постоянного тока для сбора выпрямленных переменных токов,

причем сборные шины (12, 14) выполнены кольцеобразно и проходят вдоль статора (4), и при этом средства (10) выпрямления и сборные шины (12, 14) постоянного тока закреплены на статоре (4) так, что они термически соединены со средствами охлаждения генератора (1).

2. Генератор (1) по п. 1, отличающийся тем, что генератор (1) выполнен в виде синхронного генератора, в частности в виде синхронного генератора с посторонним возбуждением и/или в виде генератора с наружным ротором.

3. Генератор (1) по п. 1, отличающийся тем, что средства (10) выпрямления распределены в окружном направлении генератора (1) вдоль статора (4) и/или вдоль сборных шин (12, 14).

4. Генератор (1) по п. 1, отличающийся тем, что шесть средств (10) выпрямления предусмотрено и распределено в окружном направлении по генератору (1), в частности предусмотрено по меньшей мере в шесть раз больше средств (10) выпрямления, чем сборных шин (12, 14).

5. Генератор (1) по п. 1, отличающийся номинальной мощностью, равной по меньшей мере одному МВт, в частности по меньшей мере двум МВт.

6. Генератор (1) по п. 1, отличающийся тем, что генератор (1) выполнен в виде малооборотного генератора (1) и/или в виде в виде многополюсного генератора (1), имеющего по меньшей мере 48, по меньшей мере 72, по меньшей мере 96, в частности по меньшей мере 192 полюса (6) статора и/или в виде 6-фазного генератора (1).

7. Кольцевой выпрямитель (26) для выпрямления нескольких созданных генератором (1) переменных токов, включающий в себя:

- по меньшей мере три средства (10) выпрямления, для выпрямления соответственно одного из созданных переменных токов,

- по меньшей мере две кольцеобразно расположенных и согласованных по своему размеру с генератором (1) сборных шины (12, 14) постоянного тока, для приема выпрямленных переменных токов,

причем сборные шины (12, 14) выполнены кольцеобразно и проходят вдоль статора (4), и при этом средства (10) выпрямления и сборные шины (12, 14) постоянного тока закреплены на статоре (4) так, что они термически соединены со средствами охлаждения генератора (1).

8. Кольцевой выпрямитель (26) по п. 7, отличающийся тем, что средства выпрямления (10) являются управляемыми и соединены с проводами (24) цепи управления для управления средствами (10) выпрямления.

9. Ветровая энергетическая установка (100), снабженная генератором по любому из пп. 1-6 и/или кольцевым выпрямителем (26) по п. 7 или 8.

Images