专利名称：同步发电机直接并网的风力发电机组的制作方法
技术领域：
本发明属于风力发电技术领域，特别是涉及一种同步发电机直接并网的风力发电机组。
背景技术：
风力发电机作为清洁能源在当前得到了广泛的应用，目前大型商用风力发电机主要有三种类型双馈变速恒频风力发电机、半直驱变速恒频发电机和直接驱动变速恒频发电机。在这些应用当中，由于风速的不稳定，造成由桨叶和轮毂组成的风轮转速是不稳定的。这就使发电机输出的频率不稳定，无法直接将发电机并入电网。为解决这个问题，都采用了变流装置使发电机的频率与电网的频率解耦，实现变速的风机向电网输送恒定频率的 电能。双馈发电机是定子直接连接电网，转子连接变流装置，通过向转子输送转差频率的电力，实现转子输出恒定频率的目的，在额定转速以下，转子连接的变流器从电网吸收功率，输送转差频率的电能到转子，为磁场提供电网频率的励磁电流，使定子产生电网频率的电能。在额定转速以上，转子变流装置通过向电网输送功率，产生负的转差频率的电能，保证旋转磁场的频率与电网相同，定子与转子同时向电网输送电能。半直驱及直接驱动的风力发电机应用都是采用变流装置将发电机变化频率的电能转换成直流电然后再逆变到电网来实现发电。上述提及的几种技术方案无一例外的采用了变流装置，对电网有谐波干扰及在低电压状态下的穿越能力不佳等缺点。为此，期望有调速装置能够实现将风轮变化的速度转换成恒定速度的装置，采用同步发电机直接联接电网，实现如火电或水电同样的发电机效
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发明内容针对上述存在的技术问题，本发明提供一种同步发电机直接并网的风力发电机组。它采用具有调速装置的传动机构，使风机输入变化的转速在调速装置的调节下输出恒定转速。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的本发明包括塔筒、风轮、机舱及置于机舱内的发电机，所述发电机通过传动机构与风轮连接，所述传动机构包括主轴、增速箱、调速装置和联轴器，增速箱一端连接主轴，另一端通过调速装置连接联轴器，联轴器与发电机的输入轴端连接，发电机的定子与电网直接连接，主轴与风轮连接。所述发电机为同步发电机。所述调速装置包括输入轴,连接增速箱；输出轴，与其输入轴轴心相同，通过联轴器连接发电机的输入轴端；太阳轮，安装于所述输出轴上；[0013]差动轮，为带有内齿和外齿的齿轮，与太阳轮同轴心，安装于所述输入轴上，所述差动轮分别与电机轮和行星轮啮合，且与电机轮和与行星轮之间具有不同的传动比；行星轮，至少为一个，均匀分布于太阳轮和差动轮之间，分别与太阳轮和差动轮啮合；电机轮，与差动电机输出轴连接，并与差动轮外齿圈啮合；外框架，与输入轴、输出轴端通过轴承连接，并分别连接电机轮外壳和发电机组增速箱；输入轴、输出轴和差动电机输出轴上均设有速度传感器，差动电机及各速度传感器分别与发电机组的控制器连接。所述行星轮通过其转轴安装在行星轮架上，行星轮架通过轴承安装在输入轴上。所述行星轮为多个时，沿圆周均布，分别通过其转轴安装在行星轮架上。所述差动轮固定在·差动轮架上，差动轮架通过轴承安装在输入轴端的行星轮架上。本发明的有益效果本发明采用具有差动技术的可变速比的调速装置，其电能质量好，对电网没有高次谐波干扰；电网故障时对电网的支撑能力强，不存在低电压穿越问题；风力发电机系统可靠性高，风机内部结构简单，成本低。其调速装置具有机械自动调节功能，改变增速箱最终的输出转速，可以拥有自动调节速比的功能。本发明中的调速这孩子根据输入转速的不同，通过差动电机提供动力使电机轮转动，通过行星轮与太阳轮和差动轮的啮合传动，调节传动比，它可以根据要求增大或减小增速比，从而达到改变太阳轮的转速效果，使输出轴转速达到发电机转速要求。本发明还可以用于风力发电机调速技术领域。
图I为本发明的结构示意图。图2为图I中调速装置的结构示意图。图3为图2的传动示意图。图4为图2中行星轮传动示意图。图中1、风轮，2、主轴，3、增速箱，4、调速装置，41、输入轴，42、太阳轮，43、行星轮，431、行星轮架，432、转轴，44、差动轮，441、差动轮架，45、电机轮，451、电机轮外壳，46、差动电机，47、输出轴,48、外框架,5、联轴器,6、发电机。
具体实施方式
以下结合附图和实施例具体描述本发明。实施例如图I所示，本发明包括塔筒、风轮I、机舱及置于机舱内的发电机6，所述发电机6为同步发电机，通过传动机构与风轮I连接，所述传动机构包括主轴2、增速箱
3、调速装置4和联轴器5，增速箱3 —端连接主轴2，另一端通过调速装置4连接联轴器5，联轴器5与发电机6的输入轴端连接，发电机6的定子与电网直接连接，主轴2与风轮I连接。如图2-图4所示，本发明中采用的调速装置4包括输入轴41，连接风力发电机组增速箱的输出轴；[0030]输出轴47，连接发电机的输入轴，与输入轴41的轴心相同；太阳轮42，安装于输出轴47上；差动轮44,为带有内齿和外齿的齿轮，固定在差动轮架441上,差动轮架441通过轴承安装在输入轴41端的行星轮架431上，与太阳轮42同轴心；所述的差动轮44分别与电机轮45和行星轮43啮合，且与电机轮45和与行星轮43之间具有不同的传动比；行星轮43至少为一个(本例为三个)，具体数量根据变速箱输出转速以及本发明调速装置输出轴47最终输出转速的传动比决定，均匀分布于太阳轮42和差动轮44之间，分别与太阳轮42和差动轮44啮合；行星轮43通过其转轴432安装在行星轮架431上，行星轮架431通过轴承安装在输入轴41上；电机轮45，与差动电机46输出轴连接，并与差动轮44外齿圈啮合；输入轴41、输出轴47和差动电机46输出轴上均设有速度传感器,差动电机46及各速度传感器分别与发电机组的控制器连接。电机轮45的动力依靠差动电机46提供，控制器根据检测的速度控制差动电机46正转速度、反转速度及停止转送的命令。本发明中调速装置的工作原理发电机组的增速箱连接输入轴41旋转，带动行星轮43转动，行星轮43围绕太阳轮42啮合公转，同时自转带动太阳轮42转动，行星轮43自转和太阳轮42有调节传动比和改变转速效果，差动电机46提供动力使电机轮45转动，电机轮45啮合差动轮44，差动轮44啮合行星轮43，经过两次传动比增大太阳轮42的转速，使输出轴47转速达到发电机转速要求。当输入轴41的转速发生变化,转速增大或者减小，各速度传感器检测转速的变化，反馈给控制器，控制器通过计算输出命令使差动电机46转动，补偿外部驱动端与输出轴7之间的速度差。当输入轴I端的转速低于输出轴47的设定转速时，本发明的差动电机46按增加转速的方向旋转，从电网上吸收能量。当输入轴I端转速高于输出轴7特定转速时，差动电机46按减小转速的方向旋转，这时，差动电机46通过本发明的调速装置向电网回馈能量。通过调节控制原理，使本发明的调速装置的输出转速在输入轴41变化速度时保证输出轴47的转速恒定。本发明工作原理风轮I经过风力吹动旋转，产生扭矩，连接主轴2，并且通过主轴传递转速和扭矩，主轴2连接增速箱3，增速箱3有增速作用，使输出转速提高，增速箱3的输出轴连接调速装置4，由于风力的不稳定导致风机的输入转速也在不断变化，所以调速装置4可以根据增速箱3的输出转速的不同自动调节，使调速装置4的最终输出转速保持恒定(即同步发电机6的额定发电转速)，调速装置4和发电机6之间由联轴器5连接，最终完成整个传动，使同步发电机6可以脱离传统变流装置而直接并网发电。本发明不仅适用风机调速，也适用于其他期望将输入变化转速转换成恒定转速的应用场合。
权利要求1.一种同步发电机直接并网的风力发电机组，包括塔筒、风轮、机舱及置于机舱内的发电机，其特征在于所述发电机通过传动机构与风轮连接，所述传动机构包括主轴、增速箱、调速装置和联轴器，增速箱一端连接主轴，另一端通过调速装置连接联轴器，联轴器与发电机的输入轴端连接，发电机的定子与电网直接连接，主轴与风轮连接。
2.根据权利要求I所述的同步发电机直接并网的风力发电机组，其特征在于所述发电机为同步发电机。
3.根据权利要求I所述的同步发电机直接并网的风力发电机组，其特征在于所述调速装置包括 输入轴，连接增速箱； 输出轴，与其输入轴轴心相同，通过联轴器连接发电机的输入轴端； 太阳轮，安装于所述输出轴上； 差动轮，为带有内齿和外齿的齿轮，与太阳轮同轴心，安装于所述输入轴上，所述差动轮分别与电机轮和行星轮啮合，且与电机轮和与行星轮之间具有不同的传动比； 行星轮，至少为一个，均匀分布于太阳轮和差动轮之间，分别与太阳轮和差动轮啮合； 电机轮，与差动电机输出轴连接，并与差动轮外齿圈啮合； 外框架，与输入轴、输出轴端通过轴承连接，并分别连接电机轮外壳和发电机组增速箱； 输入轴、输出轴和差动电机输出轴上均设有速度传感器，差动电机及各速度传感器分别与发电机组的控制器连接。
4.根据权利要求3所述同步发电机直接并网的风力发电机组，其特征在于所述行星轮通过其转轴安装在行星轮架上，行星轮架通过轴承安装在输入轴上。
5.根据权利要求3所述同步发电机直接并网的风力发电机组，其特征在于所述行星轮为多个时，沿圆周均布，分别通过其转轴安装在行星轮架上。
6.根据权利要求3所述同步发电机直接并网的风力发电机组，其特征在于所述差动轮固定在差动轮架上，差动轮架通过轴承安装在输入轴端的行星轮架上。
专利摘要一种同步发电机直接并网的风力发电机组，属于风力发电技术领域。包括塔筒、风轮、机舱及置于机舱内的发电机，所述发电机通过传动机构与风轮连接，所述传动机构包括主轴、增速箱、调速装置和联轴器，增速箱一端连接主轴，另一端通过调速装置连接联轴器，联轴器与发电机的输入轴端连接，发电机的定子与电网直接连接，主轴与风轮连接。本实用新型采用具有差动技术的可变速比的调速装置，其电能质量好，对电网没有高次谐波干扰；电网故障时对电网的支撑能力强，不存在低电压穿越问题；风力发电机系统可靠性高，风机内部结构简单，成本低。
文档编号F03D9/00GK202718814SQ20122032229
公开日2013年2月6日 申请日期2012年7月4日 优先权日2012年7月4日
发明者王冠一, 刘衍选 申请人:沈阳华创风能有限公司