[發明專利]含繞線轉子同步交流發電機和變流器可變機制運行的組件

有效

• 申請號: 201210035643.0
• 申請日: 2012-02-16
• 公開（公告）號: CN102647139A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發明（設計）人: 呂克·莫羅;皮埃爾·里戈;托馬斯·韋謝爾
• 申請（專利權）人: 利萊森瑪電機公司
• 主分類號: H02P9/30
• 分類號: H02P9/30
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 康建峰;李春暉

技術領域

本發明涉及單相或多相(例如，三相)AC(交流)電流的產生，更具體地涉及將例如依靠風力渦輪機獲得的機械能轉換成電能。

因此，本發明涉及包括交流發電機(尤其是高功率交流發電機，通常高于或等于1MW)和變流器的機電組件，該交流發電機包括例如由風力渦輪機旋轉驅動的轉子，更具體地涉及繞線轉子同步交流發電機。還可以借助于潮汐驅動發電機、水力發電機或洋流驅動發電機來進行驅動。

背景技術

交流發電機本身以公知的方式包括通常位于轉子處的勵磁繞組，以在通常位于定子處的電樞繞組中產生AC電壓，該勵磁繞組或者由開口環和電刷、或者由勵磁器供應DC(直流)電流。

已知將籠型異步電機用作交流發電機，該籠型異步電機呈現簡單性和健壯性的優點。然而，其以幾乎固定速度運行可能在由于葉片取向的反復修改而導致的噪聲源的滑動(slippage)之內，并且這會引起軸上的機械扭矩的變化。這樣的扭矩變化可導致對網絡的擾動，因為引出的電流會經歷巨大的變化。另外，對于高風速，無法采用理論電力的最大值。

在使用經由電力電子接口連接到網絡的籠型異步電機的情況下，借助于可變速度驅動器可以進行可變速度操作。整流器的存在使得可以以單位功率因數傳送DC電壓，而逆變器使得可以以單位功率因數傳送與網絡的頻率對應的固定頻率的AC電壓。于是，交流發電機的額定功率確定可以由風力渦輪機提供的最大功率。然而，針對交流發電機與網絡之間交換的功率的整體來設定所使用的變流器的額定值。所以，它們呈現巨大的成本，具有不可忽略的損耗，以及會增加對傳送的能量的效率和質量有害的擾動。使用這樣的變流器例如會引起多達額定功率的3％的損耗，其中，針對發電機的額定功率的整體，需要使這樣的變流器超過額定值。

所使用的整流器可以是在脈沖寬度調制(PWM)控制下的整流器。在這種情況下，無功功率的傳輸可以是可控的，但是有功功率的傳輸保持與當使用包括二極管橋的簡單整流器時相同。

在使用雙饋異步電機的情況下，定子直接鏈接到網絡，而電力電子接口插入在轉子與網絡之間，從而允許滑動的變化范圍，所以允許30％量級的旋轉速度的變化范圍。然而，這是下述電機，該電機具有更復雜的結構，因此比籠型異步電機更昂貴并且可靠性更差。電機的定子直接接線到網絡，所以其還會在網絡擾動期間經歷大的電流變化。

還已知的是使用同步電機，尤其是包括永久磁鐵的同步電機。特別地，對于風能轉換來說已知的是使用繼之以電力電子接口的永久磁鐵交流發電機，其可以包括繼之以逆變器的整流器。旋轉速度的變化范圍通常是從額定旋轉速度的30％至120％。然而，這樣的交流發電機展現巨大的成本的缺點，尤其是由于永久磁鐵的存在、以及在故障的情況下(例如在短路或超速的情況下)不可能將電機去勵磁。

還已知的是使用由經由電力電子接口從網絡引出的轉子處的繞組勵磁的同步電機，其中，該電力電子接口可包括繼之以逆變器的整流器。變化范圍具有與磁鐵型電機的數量級相同的數量級。

EP專利申請1187307A2描述了一種具有將電力供應給變流器的爪極轉子(claw-pole?rotor)的電機。該爪極轉子被配置用于小功率和低功率電機。

US專利5083039A涉及一種具有鼠籠轉子(squirrel-cage?rotor)的異步電機，其中扭矩和張力由id和iq參數來調節。

US專利6239996B1描述了一種用作電池充電器的電機。

US專利6437996B1旨在對電壓進行整流，以減少無功功率，從而減少能量在若干千米上的傳輸期間的損耗。

因此，對采用具有減小的體積和減少的制造成本的風能轉換組件存在需求。

還對受益于下述組件存在需求，該組件使得可以最優化所獲得的效率。

本發明旨在滿足上述需求的全部或部分。

發明內容

因此，根據本發明的方面之一，本發明的目標是以可變機制，尤其是以可變速度、功率或功率因數運行的機電組件，包括：

-具有繞線轉子的同步交流發電機，其尤其是借助于勵磁器、或者借助于開口環和換向器的直接勵磁通過電壓V_f被供應DC電流，以及傳送輸出電壓U_s，

-變流器，其包括用于對交流發電機的輸出電壓U_s進行整流的整流器，該整流器可以是基于脈沖寬度調制的或者基于二極管的，以及可選地繼之以DC/DC變流器，