專利名稱：獨(dú)立集電器的內(nèi)饋發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電機(jī)領(lǐng)域，特別地，涉及一種獨(dú)立集電器的內(nèi)饋發(fā)電機(jī)。
背景技術(shù)：
目前，風(fēng)力發(fā)電機(jī)普遍采用雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)，主要由繞線轉(zhuǎn)子的異步發(fā)電機(jī)和雙向變流器組成。發(fā)電機(jī)的定子繞組直接與電網(wǎng)連接并向其發(fā)電，轉(zhuǎn)子繞組則要通過由滑環(huán)和電刷構(gòu)成的集電器再經(jīng)過雙向變流器與附加電源相連，轉(zhuǎn)子除了輸入風(fēng)力的機(jī)械功率之夕卜，還根據(jù)轉(zhuǎn)速變化的情況，和附加電源進(jìn)行一定的功率交換。由于上述的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理，實(shí)際運(yùn)行中暴露出一下問題和不足I、集電器的滑環(huán)固定在發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸之上，而且呈懸臂梁結(jié)構(gòu)，因此受發(fā)電機(jī)諧波轉(zhuǎn)矩以及其它不平衡轉(zhuǎn)矩的作用，使滑環(huán)隨轉(zhuǎn)子軸一起抖動(dòng)，并和電刷產(chǎn)生打火形成火花，從而造成滑環(huán)的燒蝕和電刷的磨損加劇；另外，滑環(huán)的直徑受發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸直徑的限制而較大，滑環(huán)旋轉(zhuǎn)的線速度相應(yīng)增高，由此導(dǎo)致電刷的磨損嚴(yán)重，縮短電刷使用壽命。以上的集電器缺陷將導(dǎo)致發(fā)電機(jī)運(yùn)行的可靠性降低，維護(hù)成本加大，特別在風(fēng)力發(fā)電的特殊環(huán)境下，問題顯得尤為突出。2、為了避免附加變壓器，而將定子發(fā)電電源和轉(zhuǎn)子的附加電源合一，為此只得降低發(fā)電機(jī)的發(fā)電電壓，例如目前雙饋風(fēng)力發(fā)電普遍采用690V，從而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子電流增大，輸電線路損耗增大，發(fā)電效率降低。為實(shí)現(xiàn)高壓發(fā)電，就需要在半導(dǎo)體變流控制裝置和電源之間設(shè)置變壓器，造成成本提高。3、當(dāng)發(fā)電機(jī)處于亞同步發(fā)電狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)子須從外電源中吸收一定的附加電功率，最終通過定子線圈回饋電源，由此造成附加功率的無謂循環(huán)和損耗，加重了定子繞組的功率負(fù)荷和發(fā)熱，而且降低了發(fā)電效率。4、變流裝置直接和附加電源相連，由于變流裝置的非線性，致使轉(zhuǎn)子繞組和外接電源的電流產(chǎn)生較大畸變，引起電網(wǎng)的諧波污染。上述的技術(shù)不足和缺陷目前都尚未有公開的解決方案。特別是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中風(fēng)力發(fā)電機(jī)滑環(huán)的直徑受發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸直徑的限制缺陷，目前沒有提出有效的解決方案。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的主要目的是提供一種獨(dú)立集電器的內(nèi)饋發(fā)電機(jī)，以解決上述現(xiàn)有雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)滑環(huán)的直徑受發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸直徑的限制的問題。另外通過對(duì)技術(shù)方案的優(yōu)化，解決了上述現(xiàn)有雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)各項(xiàng)技術(shù)不足和缺陷。首先說明集電器問題的解決方案。為了克服集電器的滑環(huán)抖動(dòng)所引起的打火缺陷，本實(shí)用新型采用了獨(dú)立集電器，即集電器不再固定在發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸之上，而是成為一個(gè)結(jié)構(gòu)獨(dú)立的個(gè)體，然后，通過機(jī)械聯(lián)軸器和電纜的聯(lián)接，將獨(dú)立集電器和發(fā)電機(jī)本體聯(lián)系成一體。該集電器包括聯(lián)軸器，與發(fā)電機(jī)本體的轉(zhuǎn)子軸機(jī)械連接；滑環(huán)軸，與聯(lián)軸器連接，隨發(fā)電機(jī)本體的轉(zhuǎn)子軸同步旋轉(zhuǎn)，當(dāng)發(fā)電機(jī)本體旋轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)，獨(dú)立集電器和發(fā)電機(jī)同步旋轉(zhuǎn)，其中的滑環(huán)和轉(zhuǎn)子繞組電纜相對(duì)靜止，因此兩者能夠固定聯(lián)接；滑環(huán)，設(shè)置在滑環(huán)軸上，與轉(zhuǎn)子繞組的出線連接；電刷，與滑環(huán)緊密接觸的靜止導(dǎo)電器件，安裝在固定的集電板上，轉(zhuǎn)子繞組最終由電刷的集電板引出。獨(dú)立集電器的聯(lián)軸器帶有減震緩沖器，以吸收轉(zhuǎn)子軸的抖動(dòng)?；h(huán)軸采用雙軸承的簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)，以提高抑制抖動(dòng)的能力?；h(huán)軸僅僅承載滑環(huán)的載荷，與發(fā)電機(jī)載荷無關(guān)，因此滑環(huán)軸的直徑較比發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸減小，降低了滑環(huán)的線速度。以上的技術(shù)措施，有效地克服了現(xiàn)行集電器的缺陷，延長了滑環(huán)、電刷的使用壽命，也提高了發(fā)電機(jī)的運(yùn)行可靠性?；谶@一優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)電機(jī)適于制造為二極的高轉(zhuǎn)速發(fā)電機(jī)。進(jìn)一步地，聯(lián)軸器為帶有減震緩沖的法蘭聯(lián)軸器。進(jìn)一步地，滑環(huán)軸為雙軸承簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步地，集電器每相設(shè)置多個(gè)并聯(lián)滑環(huán)，以滿足轉(zhuǎn)子中通過大電流的需要。進(jìn)一步地，滑環(huán)軸的軸直徑小于發(fā)電機(jī)本體的轉(zhuǎn)軸的直徑。然后說明發(fā)電機(jī)的內(nèi)饋技術(shù)方案。內(nèi)饋發(fā)電機(jī)本體的定子鐵心上含有第一定子繞組和第二定子繞組，兩個(gè)定子繞組同槽篏放，并相互絕緣，二者之間為電磁感應(yīng)的關(guān)系。第一定子繞組和電網(wǎng)相連，將發(fā)電機(jī)的電能饋入電網(wǎng)。第二定子繞組的感應(yīng)電勢(shì)根據(jù)轉(zhuǎn)子電勢(shì)和調(diào)速范圍設(shè)計(jì)，并通過變流裝置與轉(zhuǎn)子相連。第二定子繞組和轉(zhuǎn)子之間進(jìn)行一定的功率交換，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)處于亞同步運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，第二定子繞組通過變流裝置向轉(zhuǎn)子輸出一定的電功率；而當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)處于超同步運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，第二定子繞組則通過變流裝置吸收轉(zhuǎn)子的部分電功率。第二定子繞組的功率緣于第一定子繞組，最終，第一定子繞組的發(fā)電功率等于轉(zhuǎn)子和第二定子的功率之和，結(jié)果即為扣除損耗的輸入機(jī)械功率，其中不含無謂的附加功率。進(jìn)一步地，第一定子繞組和第二定子繞組在定子鐵芯上同槽布置，第二定子繞組位于第一定子繞組的頂部。進(jìn)一步地，第一定子繞組的額定輸出電壓為6kV或10kV。進(jìn)一步地，第二定子繞組還接有補(bǔ)償濾波器，該補(bǔ)償器包括串聯(lián)電感，串聯(lián)在補(bǔ)償電容和第二定子繞組之間；補(bǔ)償電容，使用三角形接線方式，與串聯(lián)電感連接。目的是改善發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)和抑制第二定子繞組的電流諧波。根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供了一種獨(dú)立集電器的內(nèi)饋發(fā)電機(jī)，該內(nèi)饋發(fā)電機(jī)包括發(fā)電機(jī)本體，包括定子和轉(zhuǎn)子，其中，定子包括第一定子繞組，連接電網(wǎng);第二定子繞組，連接雙向變流器的第一網(wǎng)端；轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子繞組，與集電器的滑環(huán)電連接，集電器，設(shè)置于雙向變流器的第二網(wǎng)端與轉(zhuǎn)子繞組之間，該集電器包括聯(lián)軸器，與發(fā)電機(jī)本體的轉(zhuǎn)軸機(jī)械連接；滑環(huán)軸，與聯(lián)軸器連接，隨發(fā)電機(jī)本體的轉(zhuǎn)軸同步旋轉(zhuǎn)；滑環(huán)，設(shè)置在滑環(huán)軸上，與轉(zhuǎn)子繞組的出線連接；電刷，與滑環(huán)匹配設(shè)置，連接雙向變流器的第二網(wǎng)端，雙向變流器，與第二定子繞組和集電器連接。進(jìn)一步地，第一定子繞組和第二定子繞組在定子鐵芯上同槽布置，第二定子繞組位于第一定子繞組的頂部。進(jìn)一步地，第一定子繞組的額定輸出電壓為6kV或10kV。[0024]進(jìn)一步地，第一定子繞組的繞線方式為二極電機(jī)的繞線方式。進(jìn)一步地，聯(lián)軸器為帶有減震緩沖的法蘭聯(lián)軸器。進(jìn)一步地，滑環(huán)軸為雙軸承簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步地，集電器每相設(shè)置多個(gè)滑環(huán)，多個(gè)滑環(huán)并聯(lián)運(yùn)行。進(jìn)一步地，滑環(huán)軸的軸直徑小于發(fā)電機(jī)本體的轉(zhuǎn)軸的直徑。進(jìn)一步地，上述內(nèi)饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)還包括補(bǔ)償器，與第二定子繞組連接，在工頻下為容性，補(bǔ)償器包括串聯(lián)電感，串聯(lián)在補(bǔ)償電容和第二定子繞組之間；補(bǔ)償電容，使用三角形接線方式，與串聯(lián)電感連接。根據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)方案，在轉(zhuǎn)子繞組和雙向變流器之間獨(dú)立設(shè)置集電器，其滑環(huán)的直徑便不再受風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸尺寸的限制，使結(jié)構(gòu)更趨合理，可以通過減小滑環(huán)的直徑降低了線速度，從而克服了滑環(huán)和電刷磨損嚴(yán)重，提高了運(yùn)行可靠性，第一定子繞組向·電網(wǎng)輸出電能，轉(zhuǎn)子繞組與電網(wǎng)之間沒有直接的連接和功率交換，從而避免了轉(zhuǎn)差功率的無謂循環(huán)和損耗，提高了發(fā)電效率。

說明書附圖用來提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。在附圖中圖I是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的獨(dú)立集電器的內(nèi)饋發(fā)電機(jī)的示意圖；圖2是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的獨(dú)立集電器的內(nèi)饋發(fā)電機(jī)中繞組連接示意圖；圖3是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的獨(dú)立集電器的內(nèi)饋發(fā)電機(jī)中集電器的示意圖。
具體實(shí)施方式
需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本實(shí)用新型。本實(shí)用新型的實(shí)施例提供的獨(dú)立集電器的內(nèi)饋發(fā)電機(jī)是設(shè)置有獨(dú)立集電器的內(nèi)饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)，為了克服集電器的滑環(huán)抖動(dòng)所引起的打火缺陷，設(shè)置了獨(dú)立集電器，即集電器不再固定在發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸之上，而是獨(dú)立設(shè)置，然后，通過機(jī)械聯(lián)軸器和引線的連接，將獨(dú)立集電器和發(fā)電機(jī)本體聯(lián)系成一體。該集電器包括聯(lián)軸器，與發(fā)電機(jī)本體的轉(zhuǎn)子軸機(jī)械連接；滑環(huán)軸，與聯(lián)軸器連接，隨發(fā)電機(jī)本體的轉(zhuǎn)子軸同步旋轉(zhuǎn)，當(dāng)發(fā)電機(jī)本體旋轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)，獨(dú)立集電器和發(fā)電機(jī)同步旋轉(zhuǎn)，其中的滑環(huán)和轉(zhuǎn)子繞組引線相對(duì)靜止，因此兩者能夠固定聯(lián)接；滑環(huán)，設(shè)置在滑環(huán)軸上，與轉(zhuǎn)子繞組的出線連接；電刷，與滑環(huán)緊密接觸的靜止導(dǎo)電器件，安裝在固定的集電板上，轉(zhuǎn)子繞組最終由電刷的集電板引出。獨(dú)立集電器的聯(lián)軸器帶有減震緩沖器，以吸收轉(zhuǎn)子軸的抖動(dòng)。滑環(huán)軸采用雙軸承的簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)，以提高抑制抖動(dòng)的能力?；h(huán)軸僅僅承載滑環(huán)的載荷，與發(fā)電機(jī)載荷無關(guān)，因此滑環(huán)軸的直徑較比發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸減小，降低了滑環(huán)的線速度。以上的技術(shù)措施，有效地克服了現(xiàn)行集電器的缺陷，延長了滑環(huán)、電刷的使用壽命，也提高了發(fā)電機(jī)的運(yùn)行可靠性?；谶@一優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)電機(jī)適于制造為二極的高轉(zhuǎn)速發(fā)電機(jī)。其中，聯(lián)軸器可以為帶有減震緩沖的法蘭聯(lián)軸器；滑環(huán)軸可以為雙軸承簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)；集電器每相可以設(shè)置多個(gè)并聯(lián)滑環(huán)，以滿足轉(zhuǎn)子大電流的需要?；h(huán)軸的軸直徑小于發(fā)電機(jī)本體的轉(zhuǎn)軸的直徑，以減少滑環(huán)的線速度。為了實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的內(nèi)饋技術(shù)方案。本實(shí)用新型實(shí)施例的內(nèi)饋發(fā)電機(jī)本體的定子鐵心上含有第一定子繞組和第二定子繞組，兩個(gè)定子繞組通槽篏放，并相互絕緣，二者之間為電磁感應(yīng)的關(guān)系。第一定子繞組和電網(wǎng)相連，將發(fā)電機(jī)的電能饋入電網(wǎng)。第二定子繞組的感應(yīng)電勢(shì)根據(jù)轉(zhuǎn)子電勢(shì)和調(diào)速范圍設(shè)計(jì)，并通過變流裝置與轉(zhuǎn)子相連。第二定子繞組和轉(zhuǎn)子之間進(jìn)行一定的功率交換，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)處于亞同步運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，第二定子繞組通過變流裝置向轉(zhuǎn)子輸出一定的電功率；而當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)處于超同步運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，第二定子繞組則通過變流裝置吸收轉(zhuǎn)子的部分電功率。第二定子繞組的功率緣于第一定子繞組，最終，第一定子繞組的發(fā)電功率等于轉(zhuǎn)子和第二定子的功率之和，結(jié)果即為扣除損耗的輸入機(jī)械功率，其中不含無謂的附加功率。其中，第一定子繞組和第二定子繞組在定子鐵芯上同槽布置，第二定子繞組位于第一定子繞組的頂部；第一定子繞組的額定輸出電壓為6kV或10kV，通過提高電壓，減小電流，減低發(fā)電機(jī)和線路的功率損耗；第二定子繞組還可以接有補(bǔ)償濾 波器，該補(bǔ)償器包括串聯(lián)電感，串聯(lián)在補(bǔ)償電容和第二定子繞組之間，補(bǔ)償電容使用三角形接線方式，與串聯(lián)電感連接。目的是改善發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)和抑制第二定子繞組的電流諧波。圖I是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的獨(dú)立集電器的內(nèi)饋發(fā)電機(jī)的示意圖，如圖I所示，該獨(dú)立集電器的內(nèi)饋發(fā)電機(jī)主要包括發(fā)電機(jī)本體1，包括定子和轉(zhuǎn)子，其中，定子包括第一定子繞組Wl和第二定子繞組W3，其中，第一定子繞組Wl與電網(wǎng)連接，用于向電網(wǎng)輸出電能，第二定子繞組W3連接雙向變流器3的第一網(wǎng)端，轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子繞組W2，通過集電器的滑環(huán)和電刷連接至雙向變流器3的第二網(wǎng)端，轉(zhuǎn)子繞組W2和第二定子繞組W3在雙向變流器3的控制下，保證第一定子繞組Wl恒頻輸出電能；雙向變流器3，該雙向變流器3的兩側(cè)分別與第二定子繞組W3和轉(zhuǎn)子繞組W2連接，用于轉(zhuǎn)換第二定子繞組W3和轉(zhuǎn)子繞組W2之間的電能。發(fā)電機(jī)本體I的轉(zhuǎn)子繞組W2經(jīng)由雙向變流器3與第二定子繞組W3連接，第二定子繞組W3和轉(zhuǎn)子繞組W2產(chǎn)生轉(zhuǎn)差電能交換，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速低于同步轉(zhuǎn)速，也就是風(fēng)力發(fā)電機(jī)處于亞同步工作狀態(tài)時(shí)，第二定子繞組W3向轉(zhuǎn)子繞組W2提供轉(zhuǎn)差功率。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速，也就是風(fēng)力發(fā)電機(jī)處于超同步工作狀態(tài)時(shí)，第二定子繞組W3從轉(zhuǎn)子繞組W2吸收轉(zhuǎn)差功率，從而保證電機(jī)始終運(yùn)行于發(fā)電狀態(tài)。發(fā)電機(jī)本體I的轉(zhuǎn)子繞組W2和電網(wǎng)之間沒有直接的電連接和功率交換。由第一定子繞組Wl單獨(dú)向電網(wǎng)輸出電能。在忽略定子繞組損耗和激磁損耗的理論情況下，本實(shí)用新型實(shí)施例的獨(dú)立集電器的內(nèi)饋發(fā)電機(jī)的發(fā)電電功率即為風(fēng)力機(jī)械輸入功率，改進(jìn)了雙饋發(fā)電機(jī)從電網(wǎng)側(cè)吸收或輸出轉(zhuǎn)差功率的問題，從而避免了轉(zhuǎn)差功率的無謂循環(huán)和損耗。在控制有功的轉(zhuǎn)差功率的同時(shí)，第二定子繞組W3還向轉(zhuǎn)子繞組W2提供一定的感性激磁電流，以改善風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)。圖2是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的獨(dú)立集電器的內(nèi)饋發(fā)電機(jī)中繞組連接示意圖，如圖所示，第一定子繞組Wl和第二定子繞組W3的關(guān)系與變壓器的電磁感應(yīng)關(guān)系大致相同，第一定子繞組Wl相當(dāng)于變壓器的原邊繞組，第二定子繞組W3則相當(dāng)于變壓器的副邊繞組。第二定子繞組W3的感應(yīng)電壓根據(jù)轉(zhuǎn)子額定電壓和調(diào)速范圍靈活進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以選擇三角形接法或者星形接法。第二定子繞組W3和第一定子繞組Wl的極數(shù)和相數(shù)相同，在定子鐵芯上同槽布置，第二定子繞組W3位于所述第一定子繞組Wl的頂部，兩者相互絕緣。本實(shí)用新型實(shí)施例提供獨(dú)立集電器的內(nèi)饋發(fā)電機(jī)的集電器2設(shè)置于所述轉(zhuǎn)子繞組W2和雙向變流器3之間，圖3是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的獨(dú)立集電器的內(nèi)饋發(fā)電機(jī)中集電器的示意圖，如圖3所示，該集電器2包括聯(lián)軸器5，與發(fā)電機(jī)本體I的轉(zhuǎn)軸機(jī)械連接；滑環(huán)軸，與聯(lián)軸器5連接，隨發(fā)電機(jī)本體I的轉(zhuǎn)軸同步旋轉(zhuǎn)，軸直徑小于所述發(fā)電機(jī)本體I的轉(zhuǎn)軸的直徑；滑環(huán)6，設(shè)置在滑環(huán)軸上，與轉(zhuǎn)子繞組W2的出線電連接；電刷7，與雙向變流器3電連接，與滑環(huán)6匹配設(shè)置。該集電器2獨(dú)立設(shè)置于發(fā)電機(jī)本體I之外，從而保證滑環(huán)6的直徑不受發(fā)電機(jī)本體轉(zhuǎn)軸尺寸影響，從而可以按照最優(yōu)運(yùn)行效果設(shè)計(jì)集電器2的結(jié)構(gòu)參數(shù)，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)更趨合理。另外由于集電器2外置，便于日常的維護(hù)，節(jié)省了運(yùn)行成本。聯(lián)軸器5為帶有減震緩沖的法蘭聯(lián)軸器，以保證轉(zhuǎn)子繞組W2和設(shè)置在滑環(huán)軸上的滑環(huán)6同步旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子繞組W2和集電器2的滑環(huán)6直接電氣連接。集電器2的滑環(huán)軸為雙軸承的簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)，既可以起減震緩沖的作用，也不會(huì)因?yàn)榛h(huán)與電刷接觸不良而打火。 集電器2的滑環(huán)軸和滑環(huán)6 —體安裝，然后整體加工成型，從而具有高精度的同軸度，以減小電刷和滑環(huán)的磨損。為了降低滑環(huán)與電刷接觸面的線速度，減小機(jī)械磨損，集電器2采用直徑較小的滑環(huán)6，當(dāng)單一滑環(huán)6的負(fù)荷電流不能滿足發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組W2額定電流需求時(shí)，集電器2每相可以設(shè)置多個(gè)滑環(huán)6，多個(gè)與之配合的電刷并聯(lián)運(yùn)行提高額定載流量。發(fā)電機(jī)本體I的定子繞組極數(shù)優(yōu)選為2極。這種情況下，在額定功率相同的條件下，發(fā)電機(jī)的體積、重量以及材料成本降低。本實(shí)用新型實(shí)施例提供獨(dú)立集電器的內(nèi)饋發(fā)電機(jī)的第一定子繞組Wl的額定電壓可以根據(jù)電網(wǎng)的額定電壓設(shè)置，根據(jù)需要可以繞制為高壓繞組，額定輸出電壓取6kV或IOkV,也可以繞制為額定輸出電壓為690V的低壓繞組，由于電網(wǎng)也不需要向轉(zhuǎn)子繞組W2提供附加電源，從而風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以利用高壓繞組直接向高壓電網(wǎng)輸出電能，從而減小了發(fā)電電流以及由此引起的損耗。本實(shí)用新型實(shí)施例提供獨(dú)立集電器的內(nèi)饋發(fā)電機(jī)的補(bǔ)償器4，在工頻情況下為容性負(fù)載，由低壓補(bǔ)償電容器和串聯(lián)電感構(gòu)成，補(bǔ)償器的串聯(lián)電感串聯(lián)在第二定子繞組W3和低壓補(bǔ)償電容器之間，當(dāng)發(fā)電機(jī)工作時(shí)，第二定子繞組W3有容性無功電流通過補(bǔ)償器4，使第二定子繞組W3產(chǎn)生容性無功補(bǔ)償功率，從而提高發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)。同時(shí)，補(bǔ)償器4還可以為第二定子繞組W3中的高次諧波電流提供了低電抗的旁路，起到濾波器的作用。低壓補(bǔ)償電容器的連接方式可以使用三角接線方式。異步發(fā)電機(jī)發(fā)電運(yùn)行，必須滿足兩個(gè)基本條件I、機(jī)械轉(zhuǎn)速n高于理想轉(zhuǎn)速％，2、電磁轉(zhuǎn)矩T和機(jī)械轉(zhuǎn)速反向。為此，使本實(shí)用新型的實(shí)施例的內(nèi)饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行，必須要通過調(diào)速控制以滿足n>rv并控制轉(zhuǎn)子繞組有功電流的方向，以使其與轉(zhuǎn)子開路電勢(shì)的方向相反。本實(shí)施例的獨(dú)立集電器的內(nèi)饋發(fā)電機(jī)是通過第二定子繞組W3進(jìn)行反饋和變流控制來實(shí)現(xiàn)以上條件的。雙向變流器3由兩個(gè)整流逆變可逆的三相變流器組成，這兩個(gè)三相變流器按照連接關(guān)系可以分為第二定子繞組側(cè)變流器和轉(zhuǎn)子繞組側(cè)變流器，其中，第二定子繞組側(cè)變流器通過雙向變流器3的第一網(wǎng)端連接第二定子繞組W3的引出端，轉(zhuǎn)子繞組側(cè)變流器通過雙向變流器3的第二網(wǎng)端連接轉(zhuǎn)子繞組W2的引出端。本實(shí)用新型實(shí)施例提供獨(dú)立集電器的內(nèi)饋發(fā)電機(jī)的基本工作原理為當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)亞同步發(fā)電運(yùn)行時(shí)，第二定子繞組W3向轉(zhuǎn)子繞組W2提供轉(zhuǎn)差功率。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)超同步發(fā)電時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組W2向第二定子繞組W3輸出轉(zhuǎn)差功率。另外，雙向變流器3還通過轉(zhuǎn)子繞組電流超前于轉(zhuǎn)子電勢(shì)的控制使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生激磁電流分量，以提高異步發(fā)電的功率因數(shù)。當(dāng)發(fā)電機(jī)本體I的第一定子繞組Wl接通電源時(shí)，第一定子繞組Wl內(nèi)交流電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)使第二定子繞組W3感應(yīng)出工頻電勢(shì)E3，并且通過電磁感應(yīng)與第二定子繞組W3形成功率交換。發(fā)電機(jī)本體I的機(jī)械輸入功率PM由風(fēng)力原動(dòng)機(jī)提供，當(dāng)發(fā)電機(jī)處于亞同步發(fā)電狀態(tài)時(shí)，第二定子繞組W3通過雙向變流器3的電壓和頻率進(jìn)行控制，向轉(zhuǎn)子繞組W2供出轉(zhuǎn)差功率Pes。第二定子繞組W3處于從轉(zhuǎn)子繞組W2吸收能量狀態(tài)，而轉(zhuǎn)子繞組W2處于輸出能量狀態(tài)。轉(zhuǎn)子發(fā)電的電磁功率-Prai(以電動(dòng)功率為參考正方向)為機(jī)械功率-Pm與第二定子繞組W3提供的轉(zhuǎn)差功率-Pes之和，即-Pail = _(PM+PJ。第一定子繞組Wl —方面向第二定子繞組W3供電，另一方面又從轉(zhuǎn)子繞組W2得到發(fā)電的電磁功率，所以定子的功率P1為轉(zhuǎn)子發(fā)電功率與第二定子繞組W3電動(dòng)功率之和，即P1 = -Pem+Pes = _PM，那么在忽略損耗的情況下，輸出和吸收的轉(zhuǎn)差功率在定子中抵消，也就是第二電子繞組W3提供了發(fā)電機(jī)運(yùn)行中的附加電源，從而，第一定子繞組Wl的發(fā)電功率僅為機(jī)械輸入功率，而不像如雙饋發(fā)電機(jī) 含有轉(zhuǎn)差功率Pm于是避免了轉(zhuǎn)差功率的無謂循環(huán)，以及由此引起的功率損耗。當(dāng)本實(shí)施例提供的獨(dú)立集電器的內(nèi)饋發(fā)電機(jī)處于超同步發(fā)電時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組W2需要將機(jī)械功率中的轉(zhuǎn)差功率Pes通過變流控制器3饋入第二定子繞組W3，余下的轉(zhuǎn)子電磁功率經(jīng)電磁感應(yīng)傳輸給第一定子繞組Wl，轉(zhuǎn)子繞組W2的發(fā)電電磁功率為機(jī)械功率Pm與轉(zhuǎn)差功率Pes之差，即-Pail = -(P1-Pes)，定子功率為轉(zhuǎn)子繞組W2與第二定子繞組W3的發(fā)電功率之和，即P1 = -(Pem+Pes) = -PM，發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率仍為機(jī)械輸入功率而不含轉(zhuǎn)差功率。由此可見，本實(shí)施例提供的獨(dú)立集電器的內(nèi)饋發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率只由第一定子繞組Wl輸出，轉(zhuǎn)子繞組W2不對(duì)外發(fā)電。另外，第一定子繞組Wl的發(fā)電有功功率為風(fēng)力輸入的機(jī)械功率，其中不含調(diào)速控制的轉(zhuǎn)差功率，從而避免了轉(zhuǎn)差功率在電網(wǎng)-轉(zhuǎn)子-定子-電網(wǎng)的無謂循環(huán)及其引起的損耗，發(fā)電效率得以提高。根據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)方案，在轉(zhuǎn)子繞組和雙向變流器之間獨(dú)立設(shè)置集電器2，其滑環(huán)6的直徑便不再受發(fā)電機(jī)本體主軸尺寸的限制，使結(jié)構(gòu)更趨合理，可以通過減小滑環(huán)6的直徑降低了線速度，從而克服了滑環(huán)和電刷磨損嚴(yán)重，提高了運(yùn)行可靠性，第一定子繞組Wl向電網(wǎng)輸出電能，轉(zhuǎn)子繞組W2與電網(wǎng)之間沒有直接的連接和功率交換，從而避免了轉(zhuǎn)差功率的無謂循環(huán)和損耗，提高了發(fā)電效率。以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種獨(dú)立集電器的內(nèi)饋發(fā)電機(jī)，其特征在于，包括 發(fā)電機(jī)本體，包括定子和轉(zhuǎn)子，其中， 所述定子包括第一定子繞組，連接電網(wǎng)；第二定子繞組，連接雙向變流器的第一網(wǎng)端; 所述轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子繞組，與集電器的滑環(huán)電連接， 所述集電器，設(shè)置于所述雙向變流器的第二網(wǎng)端與所述轉(zhuǎn)子繞組之間，包括 聯(lián)軸器，與所述發(fā)電機(jī)本體的轉(zhuǎn)軸機(jī)械連接； 滑環(huán)軸，與所述聯(lián)軸器連接，隨所述發(fā)電機(jī)本體的轉(zhuǎn)軸同步旋轉(zhuǎn)； 滑環(huán)，設(shè)置在所述滑環(huán)軸上，與所述轉(zhuǎn)子繞組的出線連接； 電刷，與所述滑環(huán)匹配設(shè)置，連接所述雙向變流器的第二網(wǎng)端， 所述雙向變流器，與所述第二定子繞組和所述集電器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的內(nèi)饋發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述第一定子繞組和第二定子繞組在定子鐵芯上同槽布置，所述第二定子繞組位于所述第一定子繞組的頂部。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的內(nèi)饋發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述第一定子繞組的額定輸出電壓為6kV或10kV。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的內(nèi)饋發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述第一定子繞組的繞線方式為二極電機(jī)的繞線方式。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的內(nèi)饋發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述聯(lián)軸器為帶有減震緩沖的法蘭聯(lián)軸器。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的內(nèi)饋發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述滑環(huán)軸為雙軸承簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的內(nèi)饋發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述集電器每相設(shè)置多個(gè)所述滑環(huán)，所述多個(gè)所述滑環(huán)并聯(lián)運(yùn)行。
8.根據(jù)權(quán)利要求I中所述的內(nèi)饋發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述滑環(huán)軸的軸直徑小于所述發(fā)電機(jī)本體的轉(zhuǎn)軸的直徑。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至8中任一項(xiàng)所述的內(nèi)饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于，還包括補(bǔ)償器，與所述第二定子繞組連接，在工頻下為容性，所述補(bǔ)償器包括 串聯(lián)電感，串聯(lián)在補(bǔ)償電容和所述第二定子繞組之間； 補(bǔ)償電容，使用三角形接線方式，與所述串聯(lián)電感連接。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種獨(dú)立集電器的內(nèi)饋發(fā)電機(jī)，以解決雙饋發(fā)電機(jī)存在的以下問題滑環(huán)以懸臂梁形式固定在轉(zhuǎn)子軸上易抖動(dòng)而打火；滑環(huán)線速度高導(dǎo)致滑環(huán)和電刷可靠性差；轉(zhuǎn)差功率無謂循環(huán)使發(fā)電效率低；輸出電壓低引起損耗大。本實(shí)用新型提供的獨(dú)立集電器的內(nèi)饋發(fā)電機(jī)包括發(fā)電機(jī)本體、集電器和雙向變流器，其中發(fā)電機(jī)本體的定子包括連接電網(wǎng)的第一定子繞組、連接雙向變流器的第一網(wǎng)端的第二定子繞組；集電器設(shè)置于雙向變流器第二網(wǎng)端與轉(zhuǎn)子繞組之間；雙向變流器，與第二定子繞組和集電器連接。根據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)方案，減小滑環(huán)直徑降低了線速度提高了可靠性，簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)解決了滑環(huán)抖動(dòng)產(chǎn)生的打火問題，通過第二定子繞組提高了發(fā)電效率。
文檔編號(hào)H02K13/02GK202488288SQ20122019662
公開日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年5月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月2日
發(fā)明者宮小龍, 屈維謙 申請(qǐng)人:屈湘竹