[发明专利]一种带电动机启动方式的垂直风力发电机

说明书

技术领域

本发明涉及垂直风力发电机领域，尤其是带有电动机启动方式的垂直风力发电机。

背景技术

励磁系统是整个发电机系统的重要组成部分，励磁机相当于一个小型发电机，用于为发电机转子绕组提供直流励磁电流。发电机转子的励磁绕组通入直流电流，产生接近于正弦分布磁场(称为转子磁场)，其有效励磁磁通与静止的电枢绕组相交链。转子旋转时，转子磁场随同一起旋转、每转一周，磁力线顺序切割定子的每相绕组，在三相定子绕组内感应出三相交流电势。励磁系统对电力系统及发电机本身的安全稳定运行有很大的影响。对于大型的垂直风力发电机而言，虽然励磁系统具有以下优势：1)根据发电机负荷的变化相应的调节励磁电流，以维持机端电压为给定值；2)控制并列运行各发电机间无功功率分配；3)提高发电机并列运行的静态稳定性；4)提高发电机并列运行的暂态稳定性；5)在发电机内部出现故障时，进行灭磁，以减小故障损失程度；6)根据运行要求对发电机实行最大励磁限制及最小励磁限制。但是，在风力不足的时候，大型的发电机难以启动，那么在低风速时，发电机就失去了工作能力，发电效率低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种带电动机启动方式的垂直风力发电机，对发电机发电效率大大提供，且解决了发电机启动困难的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种带电动机启动方式的垂直风力发电机，包括塔柱、位于塔柱上的一个以上的垂直风力发电单元，所述垂直风力发电单元包括第一轴承、发电机、第二轴承、第三轴承、叶片；

所述第一轴承包括第一轴承外圈、第一轴承内圈，

所述第二轴承包括第二轴承外圈、第二轴承内圈，

所述第三轴承包括第三轴承外圈、第三轴承内圈；

所述发电机包括发电机定子、发电机转子，所述发电机定子上设有发电机定子绕组，所述发电机转子上设有发电机转子绕组；

所述叶片下端与第二轴承外圈固定连接，叶片上端与第三轴承外圈固定连接；

设有励磁系统、阻尼系统，所述励磁系统包括励磁控制装置、励磁机、旋转整流装置、电网、双向变频器；所述阻尼系统包括阻尼绕组、双向变频器、电网；所述励磁机包括励磁机转子、励磁机定子，所述励磁机转子上设有励磁机转子绕组，所述励磁机定子上设有励磁机定子绕组；所述励磁机转子与发电机转子连接，所述励磁控制装置与励磁机定子绕组连接，所述励磁机转子绕组通过旋转整流装置与发电机转子绕组连接，所述励磁控制装置与电网连接，所述电网与双向变频器连接，所述双向变频器与发电机定子绕组连接，所述阻尼绕组安装在发电机转子上。

根据风速的大小，发电机的工作状态可分为电动机运行、发电机运行和停机三种状态：

电动机运行：风力发电机在低风速或者启动困难时，励磁控制装置与电网断开，励磁电流为零。发电机运行在电动模式，发电机定子绕组与电网连接，电网通过双向变频器向发电机定子绕组提供有功功率。发电机定子绕组和阻尼绕组等效为异步电动机的电枢绕组和转子绕组，实现异步运行。通过调节双向变频器的输出频率，来调节发电机的转速。

发电机运行：当风速继续增大，发电机转速满足切入风速时，首先让发电机以电动机状态运行，并且带动励磁机的转子进行转动，励磁机转子绕组中感应出交流电，经过旋转整流装置的整流后，接入发电机转子绕组，发电机定子绕组感应出三相交流电，并且建立起电磁转矩。控制双向变频器暂时停止工作，电机退出电动工作状态，由外加机械转矩驱动发电机转子和励磁机转子旋转，并让励磁控制装置投入工作，发电机开始以同步发电机运行。状态切换后，重新让变频器投入工作，发电机定子绕组中三相交流电经过双向变频器整流、滤波后，接入工频电网，实行发电机运行。

停机：当风速超出一定范围时，励磁控制装置与电网之间连接断开，双向变频器与发电机之间也断开，发电机系统不消耗电能，也不输出电能。

作为改进，所述发电机为外转子发电机，所述发电机定子固定套在塔柱上。

作为改进，所述励磁机安装在发电机上方，励磁机定子固定套在塔柱上，励磁机转子下端与发电机转子上端连接。

作为改进，所述励磁机安装在发电机下方，励磁机定子固定套在塔柱上，励磁机转子上端与发电机转子下端连接。

作为改进，所述励磁机转子上端与第二轴承之间设有锥台型的上连接法兰，所述发电机转子下端与第一轴承之间设有锥台型的下连接法兰；所述上连接法兰的小端与第二轴承外圈固定连接，大端与励磁机转子上端固定连接，所述下连接法兰小端与第一轴承外圈固定连接，大端与发电机转子下端固定连接。