低转速盘式双馈发电机及其励磁电流施加方法

摘要

本发明公开了一种低转速盘式双馈发电机及其励磁电流施加方法，包括电机壳和转子轴，电机壳上设置有定子盘，定子盘上沿圆周方向依次布置有4N+1个圆柱形定子磁钢，各定子磁钢上绕制有漆包线圈，各漆包线圈连接构成输出线圈；转子轴上固定设置有转子盘，转子盘上的圆周向上设置有两组相对于转子盘径向对称布置的转子磁钢，转子磁钢上也分别绕制有漆包线圈，第一组转子磁钢中的漆包线圈连接构成第一励磁线圈，第二组转子磁钢中的漆包线圈连接构成第二励磁线圈。本发明低转速盘式双馈发电机，其克服了常规隐极式双馈发电机需要转速极高，并网困难等不足，换能效率高，为微风、微水等低品能源采集、发电、可靠并网提供了重要的技术保障。

权利要求

1.一种低转速盘式双馈发电机，包括电机壳和转子轴，其特征在于：所述电机壳上设置有定子盘，所述定子盘上沿圆周方向依次布置有第1圆柱形定子磁钢、第2圆柱形定子磁钢、第3圆柱形定子磁钢、…、第4N+1圆柱形定子磁钢，N为自然数；各定子磁钢的轴心线与定子盘的轴心线平行；各定子磁钢上绕制有漆包线圈，将定子盘上4N+1个定子磁钢中奇数磁钢上的漆包线圈中顺向串联，其余漆包线圈反向串联构成输出线圈；

所述转子轴上固定设置有转子盘，转子盘与定子盘同轴，所述转子盘上的圆周向上设置有两组相对于转子盘径向对称布置的转子磁钢，每组转子磁钢分别包括2N个转子磁钢，且每组内的相邻磁钢间距与定子盘上相邻磁钢间距相同；各转子磁钢上也分别绕制有漆包线圈，第一组转子磁钢中的漆包线圈采用与定子磁钢上的漆包线圈相同的顺向串联和反向串联方式连接构成第一励磁线圈，第二组转子磁钢中的漆包线圈也采用与定子磁钢上的漆包线圈相同的顺向串联和反向串联连接方式连接构成第二励磁线圈。

2.一种权利要求1中所述低转速盘式双馈发电机的励磁电流施加方法，其特征在于：所述第一组转子磁钢的激磁电流按含补偿量的正弦规律施加，第二组转子磁钢的激磁电流按含补偿量的余弦规律施加，两组的激磁电流幅度相同，幅度按定子输出电压和无功要求施加。

说明书

低转速盘式双馈发电机及其励磁电流施加方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种发电机，特别涉及一种交流励磁的盘式发电机。

背景技术

[0002] 可再生微风、微水等能源，作为当前能源的重要组成部分，对国民经济的可持续发展和社会的全面进步具有重要的战略意义。

[0003] 现有技术中，在风力发电领域，对于容量较小的发电，通常采用永磁发电机发电，然后利用各种电力电子逆变装置进行逆变并网；对于容量比较大的发电，采用用处发电机发电存在变流器成本太高、可靠性太低等缺点。

[0004] 因此在容量较大场合往往采用隐极式双馈发电机，对转子进行交流励磁而非常规的直流励磁，把励磁电流的频率叠加到输出上，使输出电压跟随网络电压以便并网。但由于隐极式双馈发电机磁极对数少，风机转速低，为了便于并网，还需要采用变速齿轮箱增速，然后才带动发电机发电并网，而变速箱摩擦严重，会极大降低换能效率。

[0005] 因此，有必要设计开发一种新的发电机，使微风微水等随机性新能源便于采集发电和柔性并网，实现对能源资源的高效利用。

发明内容

[0006] 有鉴于此，本发明提供一种低转速盘式双馈发电机及其励磁电流施加方法，以解决现有隐极式双馈发电机需要转速极高，并网困难、换能效率低等缺点。

[0007] 本发明低转速盘式双馈发电机，包括电机壳和转子轴，所述电机壳上设置有定子盘，所述定子盘上沿圆周方向依次布置有第1圆柱形定子磁钢、第2圆柱形定子磁钢、第3圆柱形定子磁钢、…、第4N+1圆柱形定子磁钢，N为自然数；各定子磁钢的轴心线与定子盘的轴心线平行；各定子磁钢上绕制有漆包线圈，将定子盘上4N+1个定子磁钢中奇数磁钢上的漆包线圈中顺向串联，其余漆包线圈反向串联构成输出线圈；

[0008] 所述转子轴上固定设置有转子盘，转子盘与定子盘同轴，所述转子盘上的圆周向上设置有两组相对于转子盘径向对称布置的转子磁钢，每组转子磁钢分别包括2N个转子磁钢，且每组内的相邻磁钢间距与定子盘上相邻磁钢间距相同；各转子磁钢上也分别绕制有漆包线圈，第一组转子磁钢中的漆包线圈采用与定子磁钢上的漆包线圈相同的顺向串联和反向串联方式连接构成第一励磁线圈，第二组转子磁钢中的漆包线圈也采用与定子磁钢上的漆包线圈相同的顺向串联和反向串联连接方式连接构成第二励磁线圈。

[0009] 本发明低转速盘式双馈发电机的励磁电流施加方法，所述第一组转子磁钢的激磁电流按含补偿量的正弦规律施加，第二组转子磁钢的激磁电流按含补偿量的余弦规律施加，两组的激磁电流幅度相同，幅度按定子输出电压和无功要求施加。

[0010] 本发明的有益效果：

[0011] 本发明低转速盘式双馈发电机及其励磁电流施加方法，其克服了常规隐极式双馈发电机需要转速极高，并网困难等不足，换能效率高，为微风、微水等低品能源采集、发电、可靠并网提供了重要的技术保障。

附图说明

[0012] 图1为本实施例低转速盘式双馈发电机的局部立体分解结构示意图；

[0013] 图2为最简单相变流器拓扑结构图，其中E1、E2-励磁变流器直流侧电源，V1-V4-全控型电力电子开关器件，D1-D4-电力二极管，L1R1-第一组励磁绕组，L2R2第二组励磁绕组；

[0014] 图3为定子输出等效电路原理图。

具体实施方式

[0015] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

[0016] 如图所示，本实施例低转速盘式双馈发电机，包括电机壳和转子轴，所述电机壳上设置有定子盘1，所述定子盘上沿圆周方向依次布置有第1圆柱形定子磁钢、第2圆柱形定子磁钢、第3圆柱形定子磁钢、…、第4N+1圆柱形定子磁钢，N为自然数；各定子磁钢2的轴心线与定子盘的轴心线平行；各定子磁钢上绕制有漆包线圈，将定子盘上4N+1个定子磁钢中奇数磁钢上的漆包线圈中顺向串联，其余漆包线圈反向串联构成输出线圈；

[0017] 所述转子轴上固定设置有转子盘3，转子盘与定子盘同轴，所述转子盘上的圆周向上设置有两组相对于转子盘径向对称布置的转子磁钢4，每组转子磁钢分别包括2N个转子磁钢；且每组内的相邻磁钢间距与定子盘上相邻磁钢间距相同；各转子磁钢上也分别绕制有漆包线圈，第一组转子磁钢中的漆包线圈采用与定子磁钢上的漆包线圈相同的顺向串联和反向串联方式连接构成第一励磁线圈，第二组转子磁钢中的漆包线圈也采用与定子磁钢上的漆包线圈相同的顺向串联和反向串联连接方式连接构成第二励磁线圈。

[0018] 本发明低转速盘式双馈发电机的励磁电流施加方法，所述第一组转子磁钢的激磁电流按含补偿量的正弦规律施加，第二组转子磁钢的激磁电流按含补偿量的余弦规律施加，两组的激磁电流幅度相同，幅度按定子输出电压和无功要求施加。

[0019] 本实施例低转速盘式双馈发电机，当转子静止时，第一励磁线圈可施加励磁电流I1＝C1·sin(W1t+Ф1)，第二励磁线圈电流可施加励磁电流I2＝C1·cos(W1t+Ф1)时,W1为第两励磁线圈励磁电流角速度，Ф1为两励磁线圈励磁电流初相值，C1是定子输出电压或无功决定的系数。

[0020] 定子感应输出的电压基波为：

[0021] u01＝u1+u2＝C2·[cos(W1t+Ф1)+i*sin(W1t+Ф1)],其中i为输出电压向量的虚部；电压基波模为U0＝C2，为常数；u1为励磁电流I1感应的输出电压向量实部、u2为励磁电流I2感应的输出电压向量虚部；

[0022] 当转子励磁电流角速度W1＝0，转子旋转时，定子由转动输出的电压基波为：

[0023] u02＝C3·[sin(W2t+Ф2)+i*cos(W2t+Ф2)]，W2由转子旋转角速度和磁钢磁极对数决定；

[0024] 由于u01+u02串联后符合叠加关系，所以当磁电流变化且转子旋转时，总的输出电压基波u0＝C4·[sin(W1+W2)t+(Ф1+Ф2)]；C4是总的输出电压幅度，与励磁电流幅度与角速度、转子转速等决定；W1是励磁电流角频率，W2是转子产生的感应电压角速度，Ф1、Ф2是励磁电流与转子初始相位值。

[0025] 当励磁电流I1增加时，输出电压C2幅度随之增加；当励磁电流角速度W1增加时，输出电压频率也随之增加；当励磁电流相位Ф1更改时，输出电压初相也响应随之改变。

[0026] 本发明低转速盘式双馈发电机及其励磁电流施加方法，其克服了常规隐极式双馈发电机需要转速极高，并网困难等不足，换能效率高，为微风、微水等低品能源采集、发电、可靠并网提供了重要的技术保障。

[0027] 本实施例中所述定子磁钢和转子磁钢的轴向截面均呈工字形，所以输出电压有一定的谐波，采用本实施例中励磁电流施加方法能去掉此谐波成分。

[0028] 最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。