CN102163890A - 一种带有串联式电磁耦合器的同步风力发电机组传动链 - Google Patents
一种带有串联式电磁耦合器的同步风力发电机组传动链 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种带有串联式电磁耦合器的同步风力发电机组传动链，是在齿轮箱的末端连接电磁耦合器的转子轴，转子轴另一端连接鼠笼转子，鼠笼转子的里侧支撑有电磁耦合器定子轴，其上串联设置有电磁耦合器定子铁芯及绕组及同步发电机的转子及励磁绕组，在同步发电机的转子及励磁绕组的外侧设置有定子铁芯及绕组；在电磁耦合器的定子轴上同时安装有滑环和励磁机；电磁耦合器的鼠笼转子、定子铁芯及绕组和同步发电机的转子及励磁绕组、定子铁芯及绕组置于同一罩体内。由于将电磁耦合器与同步风力发电机组串联起来组成传动链，采用了共用的机座、外壳及冷却器罩体，使得结构更为紧凑，也使得机组的运行更加可靠。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电设备，具体涉及风力发电机组的传动链，尤其是关于一种带有串联式电磁耦合器变频调速前端的同步风力发电机组传动链。
背景技术
在风力发电的能量转换传动链中，风力机负责将捕获的风能转换成机械能，发电机组负责将机械能转换成电能。风力发电机组传动链及其控制系统是能量转换的核心，直接影响着整个系统的性能、效率和电能质量。在传动链采用不同的发电机，并匹配相应的调速方式，就构成了结构形式不同的风力发电系统。
在风力发电机组传动链中，以双馈型和直驱型风力发电机为代表的变速恒频风力发电机组是一种能够实现最大程度上风能捕获、提高风能利用率的新型发电技术。在新建的大型风力发电机组中，该类风力发电机组占有绝对的统治地位。但这类发电机组在实际运行过程中应对电网故障的能力明显不足，表现于：在电网电压跌落情况下，双馈型机组转子电路中暂态过程会导致变流器直流侧出现过流和过压，迫使变流器退出运行。为应对这一难题，双馈机组可采用低电压穿越转子短路保护技术或采用合理的励磁控制算法。但这些措施加大了双馈感应发电机组的制造成本和控制系统的复杂程度；而且保护电路在电网电压跌落期间不但不能发出对电压起支撑作用的无功功率，还会从电网吸收无功功率，进一步阻碍电网电压的恢复。严重时这一问题还可能导致电网电压无法恢复，致使系统崩溃。直驱型风力发电机组通过全功率变流器实现了发电机与电网之间的隔离，但在电网发生电压跌落等故障时，变流器直流侧同样也存在着过压问题，如果不采取相应的一些保护措施，将会损坏直流侧电容以及变流器。
为从根本上解决风电机组对电网故障的低电压穿越能力问题，目前国内外已开始研究带有前端调速的新一代的电网友好型同步风力发电机组。例如中国专利(公开号CNIO1465592A)提出的应用变频调速电磁式转矩耦合器构成带有电磁耦合器调速前端、而在传动链末端使用转速固定的同步发电机的传动链。但目前这一传动链采用的分离式布局存在冗长、机构复杂的问题。而且分离式的布局在实际操作时也容易造成安装误差，产生难以预测的附加载荷、造成振动或磨损等故障。
发明内容
为了克服现有同步风力发电机组传动链的不足，本发明提出了一种带有串联式电磁耦合器前端的同步风力发电机组传动链。这种传动链将电磁耦合器与风力发电机组串联集成到一起，比现有的电磁耦合器和发电机分离的结构紧凑、重量轻；由于使用的轴间联轴器和机械部件减少，机组的运行更加可靠，转化效率也更高。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种带有串联式电磁耦合器的同步风力发电机组传动链，包括风机、齿轮箱及同步发电机，其特征在于：在所述齿轮箱的末端齿轮轴上连接一电磁耦合器，所述电磁耦合器的转子轴一端与所述齿轮轴相连，另一端连接鼠笼转子，鼠笼转子的里侧对应设置有定子铁芯及绕组，所述定子铁芯及绕组穿设在电磁耦合器的定子轴上，所述定子轴通过轴承支撑在鼠笼上，所述电磁耦合器的转子轴与定子轴同轴线；在所述电磁耦合器的定子轴上同时固定有与电磁耦合器定子铁芯及绕组并列的同步发电机的转子及励磁绕组，在所述同步发电机的转子及励磁绕组的外侧对应设置有所述同步发电机的定子铁芯及绕组；在所述电磁耦合器的定子轴上同时安装有滑环和励磁机，所述滑环与变频器连接；所述电磁耦合器的鼠笼转子、定子铁芯及绕组和所述同步发电机的转子及励磁绕组、定子铁芯及绕组置于同一罩体内。
所述罩体安装在一机座上，所述机座上沿轴向间隔设置有一些轴承。
所述电磁耦合器的转子轴通过所述机座上的轴承支撑。
所述电磁耦合器的定子轴通过所述机座上的轴承支撑。
所述同步发电机的定子铁芯及绕组固定在所述罩体内壁上。
所述滑环和励磁机并列设置，并且安装在罩体外的一个独立箱体内。
在所述电磁耦合器的转子轴和定子轴上设置有风扇，在所述罩体内设置有冷却器。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明由于采用了共用的机座、外壳及冷却器罩体，将电磁耦合器与同步风力发电机组串联起来组成传动链，如此一体化设计的传动链既节约了轴间联轴器和部分机械部件，使得整个传动链的结构更为紧凑、重量更轻，也使得机组的运行更加可靠，转化效率更高。
附图说明
图1是电磁耦合器和同步发电机同轴串联连接的纵剖面构造图。
图中，1-电磁耦合器，2-同步发电机，3-罩体，4-机座，5-冷却器，6-独立箱体，11-转子轴，12、16、17、18-轴承，13-鼠笼转子，14-电磁耦合器的定子铁芯及绕组，15-电磁耦合器的定子轴上，19-滑环，20-风扇，21-同步发电机的转子及励磁绕组，22-同步发电机的定子铁芯及绕组，23-励磁机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明提出的一种带有电磁耦合器前端的同步风力发电机组传动链，包括传统的风机及齿轮箱，本发明是指在齿轮箱的传动末端连接一电磁耦合器1，电磁耦合器1再串联连接同步发电机2，电磁耦合器1和同步发电机2置于同一罩体3内，罩体3安装在机座4上，在罩体3内设置有冷却器5。电磁耦合器1的转子轴11一端直接与齿轮箱中的末端齿轮轴相连；另一端由机座上的轴承12支撑，穿入罩体3内，并在末端连接有鼠笼转子13。鼠笼转子13的里侧对应设置定子铁芯及绕组14，定子铁芯及绕组14固定在电磁耦合器的定子轴15上。定子轴15通过鼠笼上的轴承16以及机座上的轴承17、18支撑，保持与转子轴11同轴线。
电磁耦合器的定子轴15同时也是作为同步发电机2的旋转轴，或者电磁耦合器的定子轴15与同步发电机的旋转轴串联，因此在电磁耦合器的定子轴上或同步发电机的旋转轴上，与定子铁芯及绕组14并列地固定有同步发电机的转子及励磁绕组21。同步发电机的定子铁芯及绕组22对应设置在转子及励磁绕组21的外侧，并且固定在罩体3内壁上。
在定子轴15的末端设置有滑环19和励磁机23，滑环19由变频器控制，因此电磁耦合器定子轴是可变速的。电磁耦合器的定子轴15与同步发电机2的旋转轴为一体或串联，因此电磁耦合器定子铁芯及绕组14和同步发电机转子及励磁绕组21会同步转动。励磁机23与同步发电机2同轴，构成无刷励磁。
优选地，如图1所示，滑环19和励磁机23并列设置，并且安装在罩体外的一个独立箱体6内，节省罩体空间，定子轴15伸入到此箱体内。
在转子轴11和定子轴15上适当位置设置有风扇20，用于电磁耦合器和同步发电机的散热。
本发明是将电磁耦合器1和同步发电机2同轴串联集成在同一机座、罩体上，这种结构大大节省了空间，也节省了连接部件。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的权利要求所要求的保护范围之外。
Claims (10)
1.一种带有串联式电磁耦合器的同步风力发电机组传动链，包括风机、齿轮箱及同步发电机，其特征在于：
在所述齿轮箱的末端齿轮轴上连接一电磁耦合器，所述电磁耦合器的转子轴一端与所述齿轮轴相连，另一端连接鼠笼转子，鼠笼转子的里侧对应设置有定子铁芯及绕组，所述定子铁芯及绕组穿设在电磁耦合器的定子轴上，所述定子轴通过轴承支撑在鼠笼上，所述电磁耦合器的转子轴与定子轴同轴线；
在所述电磁耦合器的定子轴上同时固定有与电磁耦合器定子铁芯及绕组并列的同步发电机的转子及励磁绕组，在所述同步发电机的转子及励磁绕组的外侧对应设置有所述同步发电机的定子铁芯及绕组；
在所述电磁耦合器的定子轴上同时安装有滑环和励磁机，所述滑环与变频器连接；
所述电磁耦合器的鼠笼转子、定子铁芯及绕组和所述同步发电机的转子及励磁绕组、定子铁芯及绕组置于同一罩体内。
2.如权利要求1所述的一种带有串联式电磁耦合器的同步风力发电机组传动链，其特征在于：所述罩体安装在一机座上，所述机座上沿轴向间隔设置有一些轴承。
3.如权利要求2所述的一种带有串联式电磁耦合器的同步风力发电机组传动链，其特征在于：所述电磁耦合器的转子轴通过所述机座上的轴承支撑。
4.如权利要求2所述的一种带有串联式电磁耦合器的同步风力发电机组传动链，其特征在于：所述电磁耦合器的定子轴通过所述机座上的轴承支撑。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种带有串联式电磁耦合器的同步风力发电机组传动链，其特征在于：所述同步发电机的定子铁芯及绕组固定在所述罩体内壁上。
6.如权利要求1或2或3或4所述的一种带有串联式电磁耦合器的同步风力发电机组传动链，其特征在于：所述滑环和励磁机并列设置，并且安装在罩体外的一个独立箱体内。
7.如权利要求5所述的一种带有串联式电磁耦合器的同步风力发电机组传动链，其特征在于：所述滑环和励磁机并列设置，并且安装在罩体外的一个独立箱体内。
8.如权利要求1或2或3或4所述的一种带有串联式电磁耦合器的同步风力发电机组传动链，其特征在于：在所述电磁耦合器的转子轴和定子轴上设置有风扇，在所述罩体内设置有冷却器。
9.如权利要求5所述的一种带有串联式电磁耦合器的同步风力发电机组传动链，其特征在于：在所述电磁耦合器的转子轴和定子轴上设置有风扇，在所述罩体内设置有冷却器。
10.如权利要求6所述的一种带有串联式电磁耦合器的同步风力发电机组传动链，其特征在于：在所述电磁耦合器的转子轴和定子轴上设置有风扇，在所述罩体内设置有冷却器。
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