[发明专利]发电机、风力涡轮机、组装发电机的方法

说明书

技术领域

本发明描述了一种电力发电机，特别是风力涡轮机的发电机，以及一种包括所述发电机的风力涡轮机。本发明还描述了一种组装所述发电机的方法。

背景技术

风力涡轮机提供了一种可以被转换成电功率并且被提供给与所述发电机电连接的公用事业电网的主要能量源。将风能转换成电能是在风力涡轮机中通过驱动电力发电机（通常是AC感生电动机）而实现的。如果要把由风力涡轮机生成的电功率提供给公用事业电网，则需要其具有与公用事业线路频率同步的恒定频率，比如50Hz或60Hz。这可以通过在恒定转速下驱动所述发电机而实现，除非使用可变速度传动，否则这需要所述风力涡轮机在恒定速度下旋转。不幸的是，由于可变的风力条件，风力涡轮机的恒定速度操作会限制其能量转换效率。为了获得最优的能量回收，涡轮机转子速度需要与风速成比例。

已经提出了可变速度风力涡轮机以作为一种提高风力涡轮机的能量转换效率的方式。通过根据变化的风力条件来改变转子速度，可以在一定风速范围内实现改进的能量回收。此外非常重要的是，通过允许风力涡轮机响应于阵风而加速可以降低由于阵风所导致的峰值机械应力，从而限制在风力涡轮机的发电机上所达到的力矩。由于阵风而导致的转子的增加的动能充当一种短期能量存储介质以便进一步改进能量转换。但是这样的操作需要响应式力矩控制系统。

虽然从增加能量转换和减小应力的角度来看，可变速度风力涡轮机是有利的，但是其电力发电系统必定比恒定速度风力涡轮机的电力发电系统更加复杂。由于发电机通常通过固定比例齿轮传动耦合到可变速度转子，因此由所述发电机产生的电功率将具有可变频率。这就需要将由所述发电机输出的可变频率AC转换成恒定频率AC以用于提供给公用事业电网。所述转换可以通过频率转换器直接实现，或者可以通过由整流器到DC的中间转换并且通过逆变器再转换成固定频率AC来实现。

在一种已知的实现方式中，风力涡轮机发电机所生成的能量被提供到公用事业电网，这是经由至少包括AC/DC转换器的转换器系统将所述能量提供到与后面的电网侧DC/AC转换器连接的DC电容器，并且最终提供到公用事业电网的，经过如此处理的信号具有适当的电压和频率水平。由于从风力涡轮机生成的能量需要经过各种昂贵的器件的事实，因此这种解决方案使得对于所生成的风能的转换不必要地昂贵。此外，尽管进行了各种水平的信号处理，但是当准备好馈送到公用事业电网中时，所生成的信号无法摆脱不合期望的谐波失真分量。

举例来说，US 5,083,039描述了一种功率转换器电路，其包括由控制电路控制的多个有源整流器以及多个有源开关器件。由于组件的数目巨大，所述转换器系统非常昂贵，并且这些成本对馈送到公用事业电网中的能量的成本会有影响。此外，在该转换器电路中经过处理的信号可能仍然无法摆脱不合期望的谐波失真分量。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种具有简化的配置、减小的尺寸并且特别适用于风力涡轮机的发电机，并且还提供一种可变速度风力涡轮机。

本发明的目的可以通过根据权利要求1的发电机来实现，通过包括本发明的发电机的根据权利要求11的风力涡轮机来实现，以及通过根据权利要求10的组装发电机的方法来实现。

所提出的发电机包括转子和定子，所述转子具有数目为M的磁转子极靴以及用于产生磁场的装置（例如一个或多个永磁体），所述定子具有缠绕在该定子上的数目为C的定子线圈。所述定子线圈通常被缠绕在多个定子极上，或者被安装在定子体或定子体分段内的槽中。根据本发明，所述发电机包括发电机－公用事业电网接口，所述接口包括多个二极管整流器，其中每一个二极管整流器都连接到一个定子线圈。因此，二极管整流器可以是由多个简单二极管建立的任何整流器。在本发明的第一替换方案中，定子线圈的数目C被选择成使得其大于转子极靴的数目M。在本发明的第二替换方案中，转子极靴的数目M大于定子线圈的数目C，但不是定子线圈的数目C的整数倍。

根据本发明，通过与定子线圈和转子极靴的数值比例协作组合地使用所述二极管整流器，可以确保在转子的旋转期间在不同定子线圈中感生的输出电压在时间上对于彼此偏移。因此，通过不同定子线圈经由各二极管整流器的适当并联连接，可以生成适用于DC链路电容器的实质上的DC电压，从其中可以将功率从所述DC链路电容器经由逆变器和/或其他适当组件发送到电网。