專利名稱：一種自調(diào)速同步發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，具體涉及一種自調(diào)速同步發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、能源開發(fā)、交通運輸和國防裝備等眾多應(yīng)用領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)之一是傳動技術(shù)，實際應(yīng)用中往往需要在其動力傳輸過程中實現(xiàn)無級調(diào)速。例如，在輸入軸轉(zhuǎn)速基本不變的前提下，希望傳動裝置的輸出軸轉(zhuǎn)速可以在一定的范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)，或者反過來當(dāng)輸入軸轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)變化時，輸出軸的轉(zhuǎn)速能夠基本維持恒定。同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)速必須在額定同步轉(zhuǎn)速下，且經(jīng)過勵磁機對同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子勵磁，來保證同步發(fā)電機的定子輸出恒頻、恒壓的電能。而對轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)變化的機械輸 出功，不能滿足同步發(fā)電機輸出恒頻、恒壓的電能。為了達到同步發(fā)電機能在同步轉(zhuǎn)速下運行，通常采用液力耦合器或復(fù)合電力傳動系統(tǒng)，液力耦合器通過調(diào)節(jié)液體的壓力與流量，可以平滑的改變傳動速比，但在傳動速比較大時，該類裝置的工作效率顯著降低，而且液壓耦合器使用的機械和液壓部件數(shù)目較多，涉及到高壓液壓系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)密封問題，對材料和工作環(huán)境比較敏感，運行壽命短，維護工作量相對較大；復(fù)合電力傳動系統(tǒng)，實質(zhì)上由兩臺電機組成，其中一臺作為發(fā)電機，將輸入軸的機械功率全部或部分轉(zhuǎn)換為電功率，而另一臺電機再將該電功率轉(zhuǎn)換為機械功率，這兩臺電機之間可以存在某種型式機械連接，傳遞部分機械功率，以減小需要轉(zhuǎn)換的電功率量，但是復(fù)合電力傳動系統(tǒng)的機械與電氣結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，體積大，成本高，在實際使用中都受到一定的限制；簡單電力傳動系統(tǒng)，例如電磁轉(zhuǎn)差離合器，具有較軟的機械特性，通過調(diào)節(jié)其勵磁電流的幅值，可改變負(fù)載的轉(zhuǎn)速，但與液力耦合器相似，當(dāng)調(diào)速范圍較大時，其工作效率顯著降低。不論采用任何方式，同步發(fā)電機與中間的調(diào)速機構(gòu)組成的軸系較長，由于需要有至少兩套連接機構(gòu)，占用的空間較大，故障率增加。

發(fā)明內(nèi)容
為彌補上述缺陷，本發(fā)明的目的是提出一種自調(diào)速同步發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)輸入的轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)變化時，能夠輸出恒頻、恒壓的電能。為了達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)?！N自調(diào)速同步發(fā)電系統(tǒng),包括機殼、與機殼左側(cè)同軸連接的勵磁機,所述機殼內(nèi)設(shè)有電磁式轉(zhuǎn)矩耦合器和套裝在所述電磁式轉(zhuǎn)矩耦合器外側(cè)的同步發(fā)電機；所述電磁式轉(zhuǎn)矩耦合器包括內(nèi)轉(zhuǎn)子軸和外轉(zhuǎn)子軸，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子軸上固定有內(nèi)轉(zhuǎn)子，所述外轉(zhuǎn)子軸內(nèi)側(cè)固定有外轉(zhuǎn)子；所述同步發(fā)電機包括發(fā)電機轉(zhuǎn)子和發(fā)電機定子，所述發(fā)電機轉(zhuǎn)子固定在所述外轉(zhuǎn)子軸的外側(cè)，所述發(fā)電機定子固定在所述機殼內(nèi)。上述技術(shù)方案的特點和進一步改進在于
所述機殼包括左端蓋、右側(cè)內(nèi)端蓋和右側(cè)外端蓋，所述右側(cè)外端蓋上設(shè)有內(nèi)轉(zhuǎn)子第一軸承，所述右側(cè)內(nèi)端蓋上設(shè)有外轉(zhuǎn)子第一軸承，所述左端蓋上設(shè)有外轉(zhuǎn)子第二軸承；所述內(nèi)轉(zhuǎn)子軸通過所述右側(cè)內(nèi)端蓋，從所述右側(cè)外端蓋伸出，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子軸由所述內(nèi)轉(zhuǎn)子第一軸承和套在所述外轉(zhuǎn)子軸上的內(nèi)轉(zhuǎn)子第二軸承支撐；所述外轉(zhuǎn)子軸由所述外轉(zhuǎn)子第一軸承和所述外轉(zhuǎn)子第二軸承支撐。所述勵磁機包括固定在外轉(zhuǎn)子軸左端的勵磁機電樞、與所述機殼的左端蓋固定連接的勵磁機外殼、與所述勵磁機外殼固定連接勵磁機磁極；所述勵磁機電樞的引線與所述發(fā)電機轉(zhuǎn)子的引線連接。所述系統(tǒng)還包括滑環(huán)室，所述滑環(huán)室內(nèi)設(shè)置有滑環(huán)和刷架，所述刷架上設(shè)置有碳刷，所述滑環(huán)固定在外轉(zhuǎn)子軸最左端部，滑環(huán)的引線與所述電磁式轉(zhuǎn)矩耦合器的外轉(zhuǎn)子的引線連接。
所述系統(tǒng)還包括變頻器，所述變頻器的輸出端連接所述碳刷的引線，所述變頻器的輸入端連接有交流電網(wǎng)。本發(fā)明系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)變頻器，使得變頻調(diào)速電磁式轉(zhuǎn)矩耦合器的外轉(zhuǎn)子處于同步發(fā)電機的同步轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)動，由于同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子和變頻調(diào)速電磁式轉(zhuǎn)矩耦合器的外轉(zhuǎn)子為一體，則同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速；同時通過調(diào)節(jié)同步發(fā)電機勵磁機輸入來改變的勵磁電流，從而保證發(fā)電機輸出的電壓和頻率恒定。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步詳細(xì)說明。圖I為本發(fā)明實施例一種自調(diào)速同步發(fā)電系統(tǒng)示意圖；其中，I、內(nèi)轉(zhuǎn)子軸；2、內(nèi)轉(zhuǎn)子第一軸承；3、外轉(zhuǎn)子軸；4、外轉(zhuǎn)子第一軸承；5、內(nèi)轉(zhuǎn)子；6、外轉(zhuǎn)子；7、發(fā)電機定子引線；8、發(fā)電機定子出線盒；9、發(fā)電機轉(zhuǎn)子；10、發(fā)電機定子；
11、內(nèi)轉(zhuǎn)子第二軸承；12、勵磁機電樞引線；13、機殼；14、外轉(zhuǎn)子第二軸承；15、外殼；16、勵磁機磁極引線；17、接線盒；18、碳刷引線；19、滑環(huán)室；20、刷架；21、滑環(huán)；22、勵磁機電樞；23、勵磁機磁極；24、外轉(zhuǎn)子引線；25、變頻器。
具體實施例方式本發(fā)明系統(tǒng)將變頻調(diào)速電磁式轉(zhuǎn)矩耦合器與電勵磁同步發(fā)電機設(shè)計一體，包括機殼13、機殼13左側(cè)同軸連接有勵磁機,機殼13內(nèi)設(shè)有電磁式轉(zhuǎn)矩稱合器(圖未不)和套裝在電磁式轉(zhuǎn)矩耦合器外側(cè)的同步發(fā)電機(圖未示)，機殼13包括左端蓋、右側(cè)內(nèi)端蓋和右側(cè)外端蓋，右側(cè)外端蓋上設(shè)置內(nèi)轉(zhuǎn)子第一軸承2，右側(cè)內(nèi)端蓋上設(shè)置外轉(zhuǎn)子第一軸承，左端蓋上設(shè)置外轉(zhuǎn)子第二軸承14，電磁式轉(zhuǎn)矩耦合器包括內(nèi)轉(zhuǎn)子軸I和外轉(zhuǎn)子軸3，內(nèi)轉(zhuǎn)子軸I上固定有內(nèi)轉(zhuǎn)子5,內(nèi)轉(zhuǎn)子軸I通過右側(cè)內(nèi)端蓋，從右側(cè)外端蓋伸出，內(nèi)轉(zhuǎn)子軸I由內(nèi)轉(zhuǎn)子第一軸承2和套裝在外轉(zhuǎn)子軸3上的內(nèi)轉(zhuǎn)子第二軸承11支撐，內(nèi)轉(zhuǎn)子軸3可自由轉(zhuǎn)動；外轉(zhuǎn)子軸3內(nèi)側(cè)固定有外轉(zhuǎn)子6，外轉(zhuǎn)子軸3由外轉(zhuǎn)子第一軸承4和外轉(zhuǎn)子第二軸承14支撐，外轉(zhuǎn)子軸3可自由轉(zhuǎn)動；內(nèi)轉(zhuǎn)子5與外轉(zhuǎn)子6之間形成一電磁I禹合氣隙(圖未不);同步發(fā)電機包括發(fā)電機轉(zhuǎn)子9和發(fā)電機定子10，發(fā)電機轉(zhuǎn)子9連接在電磁式轉(zhuǎn)矩耦合器的外轉(zhuǎn)子軸3外側(cè)，發(fā)電機定子10連接在機殼13內(nèi)，發(fā)電機定子引線7連接到發(fā)電機定子出線盒8。
機殼13與滑環(huán)室19固定連接，滑環(huán)室19內(nèi)設(shè)置滑環(huán)21和刷架20，刷架20上設(shè)有碳刷(圖未標(biāo))，滑環(huán)21固定在外轉(zhuǎn)子軸3最左端部，滑環(huán)21的引線與電磁式轉(zhuǎn)矩耦合器的外轉(zhuǎn)子6的引線連接。勵磁機包括與機殼13固定連接的外殼15、與外殼15連接的勵磁機磁極23和勵磁機電樞22，勵磁機電樞引線12與發(fā)電機轉(zhuǎn)子9的引線連接，滑環(huán)的引線與外轉(zhuǎn)子引線24連接。碳刷引線18與勵磁機磁極引線16分別連接到接線盒17，碳刷引線18與變頻器
25的輸出端連接，變頻器25的輸入端與三相交流電網(wǎng)連接。變頻調(diào)速電磁式轉(zhuǎn)矩耦合器的外轉(zhuǎn)子6通過三個引流滑環(huán)21與一組三相靜止碳刷連接，三相靜止碳刷與變頻器25的輸出端連接，變頻器25的輸入端與三相交流電網(wǎng)連接，變頻調(diào)速電磁式轉(zhuǎn)矩耦合器的內(nèi)轉(zhuǎn)子5轉(zhuǎn)速變化時，通過調(diào)節(jié)變頻器，使流經(jīng)同步發(fā)電機勵磁機的勵磁電流頻率、幅值和相位變化，使變頻調(diào)速電磁式轉(zhuǎn)矩耦合器的外轉(zhuǎn)子6轉(zhuǎn) 速相應(yīng)變化，從而改變內(nèi)轉(zhuǎn)子5和外轉(zhuǎn)子之間6的相對轉(zhuǎn)速，使得變頻調(diào)速電磁式轉(zhuǎn)矩耦合器的外轉(zhuǎn)子6處于同步發(fā)電機的同步轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)動，由于同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子9和變頻調(diào)速電磁式轉(zhuǎn)矩耦合器的外轉(zhuǎn)子6為一體，則同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速，同時通過調(diào)節(jié)同步發(fā)電機勵磁機輸入來改變勵磁電流，從而保證發(fā)電機輸出的電壓和頻率恒定。本發(fā)明利用變頻調(diào)速電機原理，使流經(jīng)外轉(zhuǎn)子軸6上電樞繞組的電流的頻率、幅值和相位通過變頻器25的調(diào)節(jié)，達到控制電磁耦合器的電磁轉(zhuǎn)矩，從而改變內(nèi)轉(zhuǎn)子5和外轉(zhuǎn)子6之間的相對轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)非接觸轉(zhuǎn)矩傳遞。內(nèi)轉(zhuǎn)子軸I和外轉(zhuǎn)子軸3之間僅能通過內(nèi)轉(zhuǎn)子5和外轉(zhuǎn)子6之間的電磁轉(zhuǎn)矩傳遞轉(zhuǎn)矩和功率,該電磁轉(zhuǎn)矩直接由變頻器25輸出的電流加以控制，該電流的頻率隨上述相對轉(zhuǎn)速改變，以保持內(nèi)轉(zhuǎn)子5相對于電樞電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場始終處于小滑差運行狀態(tài)，從而明顯提高裝置的運行效率。在本實例中，內(nèi)轉(zhuǎn)子軸
I和外轉(zhuǎn)子軸3，既可以具有相同的轉(zhuǎn)矩，也可以是不相同的轉(zhuǎn)矩。當(dāng)內(nèi)轉(zhuǎn)子軸I的轉(zhuǎn)速Ii1低于、等于或高于外轉(zhuǎn)子軸3的轉(zhuǎn)速n2時，二者之間形成的轉(zhuǎn)速差為Λ H=H1-Ii2,從而使內(nèi)轉(zhuǎn)子軸I和外轉(zhuǎn)子軸3之間形成機械功率差，即轉(zhuǎn)差功率，該轉(zhuǎn)差功率被轉(zhuǎn)換成外轉(zhuǎn)子6上電樞繞組中的電功率，用來控制本發(fā)明的變頻調(diào)速電磁式轉(zhuǎn)矩耦合器所傳遞的電磁轉(zhuǎn)矩。當(dāng)H^n2時，電樞繞組向變頻器25饋出電功率；當(dāng)Ii1彡η2時，電樞繞組從變頻器25吸收電功率。上述實施例中，變頻器25具有輸出和輸入兩個三相端口，輸出端與靜止電刷連接，靜止電刷滑環(huán)和三相端口引線24與外轉(zhuǎn)子6中的三相交流電樞繞組連接，電樞繞組中的電壓和電流的頻率f由內(nèi)轉(zhuǎn)子軸I和外轉(zhuǎn)子軸3之間的轉(zhuǎn)速差Λη決定。在本實施例中，當(dāng)內(nèi)轉(zhuǎn)子軸I的轉(zhuǎn)速低于外轉(zhuǎn)子軸3的轉(zhuǎn)速時，變頻器25可以是一個電功率單向流動的電力電子變換裝置。由變頻器25控制外轉(zhuǎn)子軸3恒速轉(zhuǎn)動，由于同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子與耦合器外轉(zhuǎn)子在同一轉(zhuǎn)軸，即外轉(zhuǎn)子軸3上，從而帶動同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子恒速旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明還有多種實施方式，但凡在本發(fā)明的精神和實質(zhì)范圍內(nèi)，所作的任何改變、等同替換和改進，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種自調(diào)速同步發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，包括機殼、與機殼左側(cè)同軸連接的勵磁機，所述機殼內(nèi)設(shè)有電磁式轉(zhuǎn)矩耦合器和套裝在所述電磁式轉(zhuǎn)矩耦合器外側(cè)的同步發(fā)電機； 所述電磁式轉(zhuǎn)矩耦合器包括內(nèi)轉(zhuǎn)子軸和外轉(zhuǎn)子軸，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子軸上固定有內(nèi)轉(zhuǎn)子，所述外轉(zhuǎn)子軸內(nèi)側(cè)固定有外轉(zhuǎn)子； 所述同步發(fā)電機包括發(fā)電機轉(zhuǎn)子和發(fā)電機定子，所述發(fā)電機轉(zhuǎn)子固定在所述外轉(zhuǎn)子軸的外側(cè)，所述發(fā)電機定子固定在所述機殼內(nèi)。
2.如權(quán)利要求I所述的自調(diào)速同步發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于， 所述機殼包括左端蓋、右側(cè)內(nèi)端蓋和右側(cè)外端蓋，所述右側(cè)外端蓋上設(shè)有內(nèi)轉(zhuǎn)子第一軸承，所述右側(cè)內(nèi)端蓋上設(shè)有外轉(zhuǎn)子第一軸承，所述左端蓋上設(shè)有外轉(zhuǎn)子第二軸承； 所述內(nèi)轉(zhuǎn)子軸通過所述右側(cè)內(nèi)端蓋，從所述右側(cè)外端蓋伸出，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子軸由所述內(nèi)轉(zhuǎn)子第一軸承和套在所述外轉(zhuǎn)子軸上的內(nèi)轉(zhuǎn)子第二軸承支撐；所述外轉(zhuǎn)子軸由所述外轉(zhuǎn)子第一軸承和所述外轉(zhuǎn)子第二軸承支撐。
3.如權(quán)利要求2所述的自調(diào)速同步發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述勵磁機包括固定在外轉(zhuǎn)子軸左端的勵磁機電樞、與所述機殼的左端蓋固定連接的勵磁機外殼、與所述勵磁機外殼固定連接勵磁機磁極；所述勵磁機電樞的引線與所述發(fā)電機轉(zhuǎn)子的引線連接。
4.如權(quán)利要求I所述的自調(diào)速同步發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，還包括滑環(huán)室，所述滑環(huán)室內(nèi)設(shè)置有滑環(huán)和刷架，所述刷架上設(shè)置有碳刷，所述滑環(huán)固定在外轉(zhuǎn)子軸最左端部，滑環(huán)的引線與所述電磁式轉(zhuǎn)矩耦合器的外轉(zhuǎn)子的引線連接。
5.如權(quán)利要求4所述的自調(diào)速同步發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，還包括變頻器，所述變頻器的輸出端連接所述碳刷的引線，所述變頻器的輸入端連接有交流電網(wǎng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，公開了一種自調(diào)速同步發(fā)電系統(tǒng)。一種自調(diào)速同步發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，包括機殼、與機殼左側(cè)同軸連接的勵磁機，所述機殼內(nèi)設(shè)有電磁式轉(zhuǎn)矩耦合器和套裝在所述電磁式轉(zhuǎn)矩耦合器外側(cè)的同步發(fā)電機；所述電磁式轉(zhuǎn)矩耦合器包括內(nèi)轉(zhuǎn)子軸和外轉(zhuǎn)子軸，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子軸上連接有內(nèi)轉(zhuǎn)子，所述外轉(zhuǎn)子軸內(nèi)側(cè)連接有外轉(zhuǎn)子；所述同步發(fā)電機包括發(fā)電機轉(zhuǎn)子和發(fā)電機定子，所述發(fā)電機轉(zhuǎn)子固定在所述外轉(zhuǎn)子軸的外側(cè)，所述發(fā)電機定子固定在所述機殼內(nèi)。同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子和變頻調(diào)速電磁式轉(zhuǎn)矩耦合器的外轉(zhuǎn)子為一體，則同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速，通過調(diào)節(jié)同步發(fā)電機勵磁機輸入來改變的勵磁電流，從而保證發(fā)電機輸出的電壓和頻率恒定。
文檔編號H02K5/14GK102810939SQ20121028659
公開日2012年12月5日 申請日期2012年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月13日
發(fā)明者李俊毅, 龐卓卉 申請人:西安盾安電氣有限公司