[發明專利]風力發電機變槳用變頻交流電機

無效

• 申請號: 200910033627.6
• 申請日: 2009-06-05
• 公開（公告）號: CN101908813A
• 公開（公告）日: 2010-12-08
• 發明（設計）人: 傅建民;王政;王焦劍
• 申請（專利權）人: 蘇州能健電氣有限公司
• 主分類號: H02K29/06
• 分類號: H02K29/06;H02K7/10;H02P27/04
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 陸明耀;陳忠輝

技術領域

本發明涉及風力發電領域，尤其涉及一種風力發電機變槳用變頻交流電機及其附帶配置。

背景技術

目前在風力發電領域中，一般使用直流串激電機來驅動槳葉。直流串激電機配置了電磁剎車、旋轉變壓器和絕對式編碼器，通過旋轉變壓器來實時輸出電機的轉速信號，通過絕對式編碼器來實時輸出槳葉的位置和角度信號，獨立于直流串激電機外的整個變槳控制系統根據接收到的電機實時速度和槳葉位置信號，對該電機閉環實施控制。

但實際應用中，由于旋轉變壓器輸出的速度信號與電機轉速是一種非線性函數關系，因此控制計算較為復雜、精度較差、失真度較大。為了提高整個風力發電系統的運作穩定性，追求槳葉朝向來風的理想角度，主控系統必須加強對電機轉速的控制。而從現有的技術層面來說，彌補測速精度的唯一手段便是增加電機輸入電壓的脈沖頻度，但脈沖電壓頻度的增加勢必會造成電機壽命的縮短。

發明內容

本發明的目的在于解決上述的技術問題，提供一種風力發電機變槳用變頻交流電機，解決串激電機配置結構中旋轉變壓器測速精度差、失真大，以及由此造成的主控系統難于控制、電機壽命縮短的問題。

本發明的目的通過以下技術方案來實現：

一種風力發電機變槳用變頻交流電機，裝載于風力發電機的輪轂內通過變速箱驅動槳葉，所述變頻交流電機配置有用于控制槳葉止動的電磁剎車、用于采集電機轉速信號的測速發電機，以及用于測定槳葉位置和角度信號的絕對式編碼器，所述電磁剎車、測速發電機轉子直接連接在電機轉軸上，所述絕對式編碼器轉軸通過聯軸器與電機轉軸連接，所述電磁剎車、測速發電機定子、編碼器固定在所述變頻交流電機的機殼上。

所述測速發電機包括永磁磁鋼和電樞。

所述變頻交流電機的驅動系統中包括相互連接的二極管AC/DC模塊和起瞬時開關作用的IGBT模塊，以及一個故障信號檢測單元。所述IGBT模塊通過驅動保護電路與主控板連接。所述主控板上連接有用于測量驅動系統中電流負載大小的電流傳感器。

本發明的有益效果主要體現在：(1)通過測速發電機替代旋轉變壓器精確采集電機轉速，簡化了主控系統的控制計算，提高了槳葉的控制精度，并且有效延長了電機的壽命；(2)采用變頻交流電機來驅動槳葉，制造工藝簡單，成本較低，且完全能適用4000瓦的槳葉驅動所需。

附圖說明

下面結合附圖對本發明技術方案作進一步說明：

圖1是本發明變頻交流電機的結構剖視示意圖。

圖2是本發明變頻交流電機各電氣部件的電路信號示意圖。

圖3是本發明測速發電機與電機轉速的線性關系圖。

圖4是本發明變頻交流電機的控制框圖。

具體實施方式

本發明揭示了一種風力發電機變槳用變頻交流電機及其附帶配置。如圖1、圖2所示的本發明變頻交流電機的結構剖面圖和各電氣部件的電路信號示意圖：該變頻交流電機包括進行槳葉調整主導作用的電機定子11、電機轉子12、與電機轉子12一體化固接的轉軸13以及用于電子控制的接線盒16，該些主要器件收容于硬質的電機外殼14內，并且電機外殼一端連通接設一風機15，以滿足變頻交流電機運作時降溫的需要。此外，其附帶的配置結構還包括有用于控制槳葉止動的電磁剎車4、用于測定槳葉位置和角度的絕對式編碼器2，以及用于精確采集電機轉速的測速發電機3。該電磁剎車4、測速發電機3轉子直接連接在電機轉軸13上，編碼器2轉軸通過聯軸器5與電機轉軸13連接，電磁剎車4的本體、測速發電機3定子、編碼器2固定連接在電機外殼14上。

從電路信號上分析：變頻交流電機的電機轉速信號由測速發電機采集獲得，而槳葉距離或角度的數據信號則由絕對式編碼器采集獲得，全部測得數據通過接線盒單向傳輸至變頻控制器單元進行數據運算；根據存儲在變頻控制器內的編程運算處理后對變頻交流電機輸出控制信號，同時也可在需要的情況下直接驅動電磁剎車，從電機內部對變頻交流電機進行機械性的止動控制。

其中測速發電機3采用永磁磁鋼作為勵磁場，這使得電樞中的旋轉導體在恒定的勵磁場下產生的感生電勢與轉速具有明確的線性正比關系。故而，如圖3所示可見，由測速發電機采集并輸出的轉速信號與電機的實際轉速有較好的線性關系；進而能夠簡化主控系統的控制計算算法，一方面提高了槳葉變化調整的控制精度，保證了風力發電系統的穩定輸出功率，另一方面也有效延長了該變頻交流電機的使用壽命。

圖4揭示了本發明變頻交流電機的驅動系統的示意框圖。

所述變頻交流電機的驅動系統中包括相互連接的二極管AC/DC模塊和起瞬時開關作用的IGBT模塊，以及一個故障信號檢測單元。