[发明专利]宽转速范围电励磁双凸极风力发电机

说明书

技术领域

本发明涉及电励磁双凸极发电机绕组设计技术，具体涉及一种通过电机绕组连接方式改变电机相数，具有宽转速范围的新型电励磁双凸极发电机。

背景技术

直驱式风力发电系统作为当今风力发电领域的最新技术，省去了发电机与风轮机之间的增速齿轮箱，使机组的水平轴向长度大大减小，风能的机械传动路径缩短，避免了因齿轮箱旋转而产生的损耗、噪声以及材料的磨损问题，使机组的工作寿命更加有保障。并且省去了齿轮箱部件的维修和更换，不需要齿轮箱润滑油以及对油温的监控，因而提高了风力发电机的可靠性。但是由于风轮转速低至几十转甚至十几转，而且风速的不确定性，对发电机的低速性能和宽转速范围提出了很高的要求。直驱式风力发电机中要求发电机输出电压较高，由于发电机由风轮机直接驱动，电机转速较低，为提高输出电压，采取多极或多绕组的特殊结构，使得发电机的径向尺寸加大，大功率场合也使得电机体积重量加大。

现今的风力发电机中永磁同步电机由于其永磁体的存在，电机功率密度较高，在风力发电机中成为较广泛的选择，因此永磁电机作为直驱式风力发电机应用较广泛。在永磁电机中可以利用电机绕组自感与可控整流器构成boost升压式变换器，或者利用电机绕组中点电压提升发电机输出电压，另外就是利用电机多相绕组连接方式的改变提高发电机输出电压。但是对于大功率、高压输出的发电机，永磁电机由于其绕组自感比较小，构成的boost升压装置电压提升有限；利用绕组中点电压、多绕组连接方式改变对于发电机电压提升幅度也比较有限。并且由于电机输出功率大，绕组导线粗，因此大功率发电机均存在电机体积重量大的问题，影响风力发电机机舱的总体布局与安置。并且由于永磁体的成本较高，尤其大功率电机设计、生产成本使得风力发电机系统的成本居高不下，风电成本较高，限制了风电的规模化推广。同时由于风速受季节、气候、地貌的影响，使得风能的随机性很大，对于直驱式风力发电机，发电机转速直接取决于风轮机的转速，要求电机的工作转速范围比较宽。永磁发电机磁场强度是基本恒定的，调节非常困难，为此人们常常通过漏磁的设计达到其较宽的工作范围，然而这种方式使得发电机的体积、重量大幅度升高，材料利用率低、损耗加大，造成各种材料及能源的浪费。

电励磁双凸极发电机其定转子类似开关磁阻电机，转子无绕组，具有类似开关磁阻电机的优越的高速性能，并且由于定子嵌有励磁绕组，可以直接通过励磁电流的控制调节输出电压，无需可控功率变换器，控制简单，可靠性高。在低转速应用的直驱式风力发电机系统中，为使发电机能够获得较高的输出电压，可采用外转子结构，增加转子齿数来提高发电机的低速性能，但是风能的随机性导致风轮机的转速范围较宽，仅通过励磁电流的调节无法满足风速和负载的变化范围，因此对于电励磁双凸极发电机，为保证其稳定的输出还必须对现有的电励磁双凸极电机结构作进一步改进。

发明内容

本发明的目的即在提供一种新型直驱式宽转速范围电励磁双凸极风力发电机，使其满足直驱式风力发电机的低速、高压、大功率特性要求，并具有较宽的转速范围。