風(fēng)力發(fā)電機(jī)的整流方法及風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及風(fēng)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)的整流方法及風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]中小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)多采用永磁同步電機(jī)，永磁同步電機(jī)采用永磁體勵(lì)磁，消除了電勵(lì)磁同步電機(jī)所具有的勵(lì)磁損耗的同時(shí)，并且省去了滑環(huán)和電刷等機(jī)械接觸裝置，實(shí)現(xiàn)了無(wú)刷結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、功率密度大和運(yùn)行效率高等多項(xiàng)顯著優(yōu)點(diǎn)。
[0003]盡管永磁同步發(fā)電機(jī)制成后電壓調(diào)節(jié)困難，但在直流風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，負(fù)荷功率因數(shù)高，電機(jī)電樞反應(yīng)去磁作用不強(qiáng)，因此，如果發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)合理、準(zhǔn)確，輸出電壓范圍符合要求，則發(fā)電機(jī)輸出經(jīng)過(guò)不控整流后可以直接作為直流用電負(fù)荷的供電電源，不需額外增加具有調(diào)壓功能的功率裝置，簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)工作可靠性。
[0004]風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中，提高發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速可以減小電機(jī)的體積重量，增大功率密度。為了使風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出外特性較硬，可以通過(guò)增大電機(jī)極對(duì)數(shù)來(lái)減小電樞反應(yīng)磁勢(shì)。
[0005]但是隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速與極對(duì)數(shù)的增加，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)頻率也會(huì)成倍地增加，會(huì)引起了電機(jī)定轉(zhuǎn)子內(nèi)鐵損的隨之增加。為解決此問(wèn)題，有研宄者提出采用6相相移30°雙Y整流，其電路結(jié)構(gòu)如附圖1所示，該技術(shù)可以有效地降低電樞磁勢(shì)在5、7等高次諧波的諧波含量，從而來(lái)減小轉(zhuǎn)子表面的渦流損耗已經(jīng)輸出的直流電壓紋波。但是，因?yàn)樵谶@個(gè)整流電路中二極管數(shù)目有12個(gè)，其中的穩(wěn)態(tài)電流應(yīng)力為負(fù)載電流的一半，所以整個(gè)整流部分的功率損耗比較大，尤其在低壓大電流的應(yīng)用場(chǎng)合，附加散熱器體積重量大，才能保證發(fā)電系統(tǒng)的正?？煽?br> 工作。此外，上述6相雙Y繞組結(jié)構(gòu)中，電機(jī)的相鄰兩相輸出接于不同的整流橋，若相鄰兩相同時(shí)故障，則整流輸出電壓必然出現(xiàn)明顯畸變，因此容錯(cuò)性能難以充分發(fā)揮。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明需要解決的技術(shù)問(wèn)題是在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種永磁無(wú)刷直流發(fā)電機(jī)的整流方法以及使用該整流方法的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，在大幅減小整流器電流應(yīng)力和功率損耗的同時(shí)，還具有極強(qiáng)的容錯(cuò)能力。
[0007]本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案:一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)的整流方法，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)為永磁同步發(fā)電機(jī)，所述永磁同步發(fā)電機(jī)包括3N相電樞繞組，每相電樞繞組分別具有第一端和第二端，N為大于等于2的整數(shù)；將所述3N相電樞繞組的3N個(gè)第一端分別與共陽(yáng)極連接的3N個(gè)低電位整流二極管的陰極--對(duì)應(yīng)地連接，這3N個(gè)低電位整流二極管的陽(yáng)極公共點(diǎn)作為所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)的低電位輸出端；以每三相相互之間相位差為120°的電樞繞組作為一套獨(dú)立工作繞組，將所述3N相電樞繞組等分為至少兩組，每組包含至少一套獨(dú)立工作繞組，且每組所包含的獨(dú)立工作繞組套數(shù)相同；將每一組中各相電樞繞組的第二端共同連接于一個(gè)與該組相對(duì)應(yīng)的高電位整流二極管的陽(yáng)極，并將各組所對(duì)應(yīng)的高電位整流二極管的陰極連接于一個(gè)公共端，該公共端作為所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)的高電位輸出端。
[0008]一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)，為永磁同步發(fā)電機(jī)，所述永磁同步發(fā)電機(jī)包括3N相
電樞繞組，每相電樞繞組分別具有第一端和第二端，N為大于等于2的整數(shù)；所述3N
相電樞繞組的3N個(gè)第一端分別與共陽(yáng)極連接的3N個(gè)低電位整流二極管的陰極--對(duì)應(yīng)地連接，這3N個(gè)低電位整流二極管的陽(yáng)極公共點(diǎn)作為所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)的低電位輸出端；以每三相相互之間相位差為120°的電樞繞組作為一套獨(dú)立工作繞組，所述3N相電樞繞組被等分為至少兩組，每組包含至少一套獨(dú)立工作繞組，且每組所包含的獨(dú)立工作繞組套數(shù)相同；每一組中各相電樞繞組的第二端共同連接于一個(gè)與該組相對(duì)應(yīng)的高電位整流二極管的陽(yáng)極，各組所對(duì)應(yīng)的高電位整流二極管的陰極連接于一個(gè)公共端，該公共端作為所述永磁無(wú)刷直流發(fā)電機(jī)的高電位輸出端。
[0009]優(yōu)選地，所述3N相電樞繞組為3N相整距電樞繞組或3N相分?jǐn)?shù)槽集中電樞繞組。
[0010]優(yōu)選地，所述N的值為3或4，亦即所述永磁同步發(fā)電機(jī)采用9相相移40ο電樞繞組或12相相移30ο電樞繞組。
[0011]相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果:
(1)本發(fā)明由于采用多相分組整流的方法，每組中至少包含一套可獨(dú)立工作的繞組，當(dāng)部分電樞繞組開路時(shí)，只要有一組中的一套獨(dú)立工作繞組正常，即可保證輸出電壓質(zhì)量；在每組內(nèi)存在繞組端部短路和相間短路時(shí)，輸出電壓畸變小，仍然能夠保證輸出電壓質(zhì)量，因此本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有極高的容錯(cuò)性；
(2)本發(fā)明的整流器件中的電流應(yīng)力和功率損耗小，能量轉(zhuǎn)換效率更高，且由于整流器件所產(chǎn)生的發(fā)熱量小，可直接利用電機(jī)端蓋或機(jī)殼散熱，實(shí)現(xiàn)整個(gè)無(wú)刷直流發(fā)電機(jī)系統(tǒng)集成，減小系統(tǒng)體積重量。
【附圖說(shuō)明】
[0012]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施方式中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0013]圖1是現(xiàn)有的永磁無(wú)刷直流風(fēng)力電機(jī)的6相雙Y整流電路；
圖2是四對(duì)極48槽整距分布電樞繞組永磁同步風(fēng)力電機(jī)槽電勢(shì)星形圖；
圖3是本發(fā)明的12相分兩組風(fēng)力發(fā)電機(jī)整流電路；
圖4是本發(fā)明的12相分四組風(fēng)力發(fā)電機(jī)整流電路；
圖5是本發(fā)明的6相分兩組風(fēng)力發(fā)電機(jī)整流電路；
圖6是四對(duì)極36槽分?jǐn)?shù)槽集中電樞繞組永磁同步風(fēng)力電機(jī)槽電勢(shì)星形圖；
圖7是本發(fā)明的9相分三組風(fēng)力發(fā)電機(jī)整流電路。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施方式中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。
[0015]參照?qǐng)D1-圖7，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明:
永磁同步發(fā)電機(jī)由定子與轉(zhuǎn)子兩部分組成，定子部分由定子鐵心及嵌繞于其槽內(nèi)的電樞繞組構(gòu)成，定子鐵心由硅鋼片疊壓而成。轉(zhuǎn)子由磁化永磁體、轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁體及轉(zhuǎn)軸組成。永磁體可以采用切向磁鋼或者徑向磁鋼結(jié)構(gòu)。
[0016]本發(fā)明的思路是將永磁同步發(fā)電機(jī)的多相電樞繞組根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行分組，使得每一組中至少包含一套相互之間相位差為120°的可獨(dú)立工作的三相電樞繞組，并配合相應(yīng)的整流電路，使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有高容錯(cuò)性，同時(shí)降低整流器件中的電流應(yīng)力和功率損耗。
[0017]為了便于公眾理解，下面以具體實(shí)施例來(lái)對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0018]實(shí)施例一、
本實(shí)施例中風(fēng)力發(fā)電機(jī)為四對(duì)極48槽整距分布電樞繞組永磁同步電機(jī)，其槽電勢(shì)星形圖如圖2所示，從圖中可以看出該永磁同步發(fā)電機(jī)采用12相相移30ο電樞繞組，12相電樞繞組分別為六1、六2、81、82、(:1、02、父1、父2、￥1、￥2、21、22。支路Al由I號(hào)槽、13號(hào)槽、25號(hào)槽、37號(hào)槽繞組串聯(lián)形成，其他11相繞組依據(jù)同樣原理構(gòu)成。電樞繞組采用整距分布形式，繞組節(jié)距為6，理想情況下，相繞組電勢(shì)為頂寬120°的梯形波。將這12相電樞繞組分為兩組:A1、A2、B1、B2、C1、C2共6相繞組為第一組，X1、X2、Yl、Y2、Zl、Z2另6相繞組為第二組。其中第一組中的A1、B1、C1三相繞組，以及A2、B2、C2三相繞組，相互之間相位差為120°，分別構(gòu)成一套可獨(dú)立工作的繞組；類似的，第二組中的X1、Y1、Z1，以及Χ2、Υ2、Ζ2，分別構(gòu)成一套可獨(dú)立工作的繞組。
[0019]該風(fēng)力發(fā)電機(jī)所對(duì)應(yīng)的分組整流電路如圖3所示，包括D21?D34共14個(gè)整流二極管，其中，D21~D32總共12個(gè)整流二極管的陽(yáng)極連接在一起，形成一個(gè)公共點(diǎn)，為輸出直流電壓Udc的低電位端，可直接連接于發(fā)電機(jī)的端蓋或機(jī)殼(相當(dāng)于接地)，并利用發(fā)電機(jī)端蓋或殼體散熱；D21~D32這12個(gè)整流二極管的陰極分別與12相繞組Al、A2、B1、B2、C1、C2、X1、X2、Y1、Y2、Z1、Z2 的一端連接。第一組中的 Al、A2、B1、B2、Cl、C2 這 6 相繞組的另
一端均與整流二極管D33的陽(yáng)極連接在一起，第二組中的乂1、乂2、￥1、￥2、21、22這6相繞組的另一端均與整流二極管D34的陽(yáng)極連接在一起。整流二極管D33、D34的陰極連接于一個(gè)公共端，該公共端為輸出直流電壓Udc的高電位。
[0020]當(dāng)?shù)谝唤M中的A1、A2、B1、B2、C1、C2這6相繞組中，有低于6相的若干相發(fā)生斷路故障，甚至6相繞組均發(fā)生斷路故障，只要第二組中的乂1、乂2、￥1、￥2、21、22這6相繞組以及與其相連的D27~D32、D34 二極管仍正常工作，第二組中的整流電路部分仍能產(chǎn)生正常的輸出電壓，保證輸出電壓質(zhì)量。該原理在第二組繞組發(fā)生類似故障，但第一組仍正常工作時(shí)
仍適用。
[0021]實(shí)施例二、
仍以圖2所示的四對(duì)極48槽整距分布電樞繞組永磁同步電機(jī)為例，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，其12相相移30ο電樞繞組還可分為4組，A1、B1、C1共3相繞組為一組，A2、B2、C2共3相繞組為一組，X1、Y1、Z1共3相繞組為一組，X2、Y2、Z2共3相繞組為一組。
[0022]該風(fēng)力發(fā)電機(jī)所對(duì)應(yīng)的分組整流電路如圖4所示，包括D3