[实用新型]机械耦合式磁悬浮风机偏航系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械耦合式磁悬浮风机偏航系统，尤其是一种应用于大中型风电系统实现机舱精确对风的偏航系统。

背景技术

风电机组偏航系统可使风机风轮始终迎风，提高风电机组风能利用率，对确保风电机组安全稳定运行具有关键作用。目前，大中型风电偏航系统普遍采用多电机驱动，偏航功耗大，故障率高，制约了大型风电、尤其是海上风电的发展，究其原因是海上风电的安装和维护需要大型船舶和直升飞机的辅助，高偏航故障率导致风电成本升高。发明专利200910161406.7披露一种磁悬浮偏航装置，该装置采用磁悬浮驱动技术极大降低了偏航故障率和维护费用，在机舱稳定悬浮下进行机舱偏航，降低了因机舱重力所致的摩擦转矩；但由于风机倾覆转矩使得偏航电机中心偏移，偏航电机与塔架间的摩擦力矩依然存在，且偏航功耗较大，尤其需要说明的是其偏航电机功率完全来自发电机发电功率，较大的偏航功耗限制了风能利用率的进一步提高。

发明内容

本发明的技术任务是针对上述技术中存在的不足，提供一种基于机舱完全悬浮下的偏航电机转矩和风机偏航转矩机械耦合的新型风力偏航系统。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：风电机组偏航系统包括行星齿轮、锥形齿轮、电磁离合器、悬浮绕组、偏航电机。偏航电机吸收了轴/径向电机特点，经由水平悬浮绕组和垂直悬浮绕组共同作用实现机舱完全悬浮，并由双向PWM变流器控制定子绕组8供电产生偏航电机转矩，其中水平悬浮绕组10用于平衡机舱重力，垂直悬浮绕组9用于抑制风机倾覆力矩所致机舱中心偏移问题，减小机舱偏航电机中心偏移所致摩擦转矩。

所述风机偏航转矩为经由电磁离合器2和锥形齿轮3固定比例，取自发电机前侧的风机机械转矩，具有随偏航对风误差减小而增大的特点，并在偏航角度为零时转矩值最大。

所述行星齿轮15主要完成风机偏航转矩和偏航电机转矩机械耦合，共同驱动机舱偏航。其中，太阳轮5和风机高速机械轴间存在固定转矩变比的锥形齿轮传动体系，通过电磁离合器完成转矩耦合；而齿圈5和偏航电机定子8机械联接，实现风机转矩和偏航电机转矩机械耦合，共同经由行星架4驱动机舱偏航，行星架和机舱机械联接成一体。

所述悬浮绕组，包括水平悬浮绕组和垂直悬浮绕组两部分，分别通过对应斩波器实现悬浮控制，而斩波器硬件拓扑及控制策略已为成熟技术，在此不作赘述。

所述偏航定子三相绕组放置及绕制技术为发明专利200910161406.7中发明内容。鉴于本发明特殊偏航运行机制，偏航电机（应具有发电和电动两种工作模式）定子电流采用双向PWM变流器（具有整流和逆变双重功能）控制。受外界风能随机性影响，偏航风机转矩具有波动性特点，偏航电机需补充或吸收部分波动转矩确保偏航转速恒定，为此，偏航电机可分别工作在电动模式、再生制动式发电模式以及停止模式等三种工作模式。

所述本发明塔架结构（图3）采用立式塔架12、水平悬浮支架16和垂直悬浮支架15组成。立式塔架用于支撑行星齿轮及机舱；水平悬浮支架和垂直悬浮支架为硅钢片材质组成铁芯结构，并分别放置水平悬浮绕组和垂直悬浮绕组。

本发明所带来的有益效果是：1）本发明借助水平悬浮绕组和垂直悬浮绕组实现了风机机舱两自由度完全悬浮，其中水平悬浮平衡机舱重力；垂直悬浮抑制风机倾覆力矩所致机舱径向偏移，大幅降低摩擦转矩和风机偏航功耗。2）本发明借助于行星齿轮实现了风机偏航转矩和偏航电机转矩机械耦合，偏航电机工作在电动、再生制动式发电以及停止等三种工作模式，实现机机舱被动偏航和主动偏航完美统一，大幅降低了偏航功耗，提高了风能利用率。3）本发明偏航转矩部分来自风机机械转矩，减少了能量转换环节，提高了风能利用率；且偏航电机功耗随机舱对风偏航角减小而减小，偏航目标达到判定可通过偏航电机功率计算比较确定。该方法可有效消除传统偏航控制完全依赖风向传感器所致偏航控制精度不高问题。

附图说明

图1 本发明实例一偏航系统结构示意图。

图2 本发明实例二行星齿轮机械耦合结构示意图。

图3 本发明实例三风机塔架结构示意图。

图4 本发明实例四机械耦合式磁悬浮偏航系统控制方案原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。