[发明专利]混合励磁无刷直流风力发电机

说明书

技术领域

本发明涉及发电机，特别涉及风力发电机，具体为一种混合励磁无刷直流风力发电机。

背景技术

风力发电是最有发展前途的可再生能源形式之一，对于节约能源、保护环境和促进可持续发展具有重要作用。我国风能资源丰富，随着国家对风电产业的政策扶持和政策导向力度的加大，近年来，我国风电市场高速发展。而风力发电机技术是这一可再生能源形式的关键技术，决定了风电电机组向电网供电质量的好坏，因此人们将大量的研究工作放在了风力发电机技术上，风力发电机随着人们的研究经历了几代的变化。

第一代风力发电机是采用鼠笼式异步发电机，定子接电网，叶轮通过变速箱拖动发电机的转子，具有结构简单、使用维护方便、成本低廉等优点，但是需要从电网吸收无功功率，使得电网的功率因数变坏，另外对风速要求也苛刻，可工作风速区间窄。

第二代风力发电机是采用双馈异步发电机。定子接电网，在转子侧施加交流励磁来控制发电机的转矩。转速变化的时候控制励磁电流的频率、相位，可使定子电流频率稳定。但是双馈异步发电机有滑环和电刷，增加了系统维护的工作量和成本。

第三代风力发电机是采用永磁发电机，一般是叶轮直接与发电机的转子连接，叶轮带动转子转动，切割磁感线产生电力。永磁发电机由于是永磁体励磁，没有励磁损耗，结构简单、可靠性高。但是叶轮的转速一般是变化的，所以发电机发出的电压和电流不稳定，这时候需要在发电机的输出侧加上一个大功率的变流器，无疑增加了成本。

上述的现有风力发电机都属于交流发电机，即其电枢绕组都是三相交流对称绕组。目前未见直流发电机（即电枢绕组是直流电机电枢绕组的发电机）用于风力发电的，也未见相关的文献报道。

现有技术中有无刷直流发电机（其电枢绕组为直流电机电枢绕组）。无刷直流发电机的电枢绕组中的感应电势（交变的）是通过整流装置转化成直流电的。直流电机电枢绕组通常有几个电枢绕组，绕组的个数可以是能整除360度电度角的数（包括1），整流时，通常是每个电枢绕组连接一个整流装置，触发控制装置依据转子位置传感器发出的转子位置信号控制各整流装置的导通顺序、导通时刻、导通角度等实现最优的直流输出。

无刷直流发电机的励磁主要有永磁体励磁和励磁绕组励磁（也称电励磁）两种。

由于风力发电机的转子转速是不稳定的，要保证输出电压的稳定，必须要进行励磁调节。永磁体励磁的直流发电机虽然具有效率高等优点，但由于其励磁无法调节而无法用于风力发电。

电励磁的无刷直流发电机可方便地实现励磁调节。其励磁绕组的励磁电流的供给目前有两种方式，一种是连接在电网上的整流装置通过电刷和滑环向励磁绕组提供励磁电流，但是由于电刷和滑环的存在系统维护工作量大，电机使用寿命短，同时励磁也容易受到电网电压波动的影响，从而引起输出电压的波动，难以适应风力发电的需求；另一种是在电机转子的转轴上设置与励磁绕组同轴的交流励磁机，交流励磁机通过同样设置于转轴上的整流装置向励磁绕组提供励磁电流，这样系统结构复杂，而且整流装置会带来谐波，同时其励磁电流的调节范围相对较小，难以适应风力发电机励磁调节范围大的需求。由于提供励磁电流的结构存在上述问题和缺陷，因此现有的电励磁的无刷直流发电机也不适用于风力发电。

发明内容

本发明解决现有无刷直流发电机因励磁或提供励磁电流的结构存在缺陷而无法适用于风力发电的问题，提供一种混合励磁无刷直流风力发电机。