专利名称：串联永磁双转子风电机及变速恒频控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及风力发电机，特别是串联永磁变速恒频励磁双转子风电 机及具有该风电机的励》兹控制系统。
背景技术：
习知技术如中国专利CN200510022771. 1公开了 一种风力发电的变速恒 频方法，其特点是，首先将风力机转子的转速通过增速齿轮箱增速，然后将 变速产生的输入功率输入差动永磁电机的输入轴，由差动永磁电机的差速机 构进行功率分流或合流产生功率流进入差动永磁电机的定子绕组经馈线对电 网实现恒速恒频发电，以提高发电系统的发电效率。
又如中国专利CN200410003089. 3公开了一种MW级直接驱动永磁外转子 同步风力发电机，它采用多极外转子结构。该发电机包括固定轴、转动轴、 线圈绕组、永磁磁钢、铁芯、定子和外转子，其中转动轴通过轴承安装于固 定轴上，定子通过定子支架安装于固定轴上，外转子通过转子支架安装于转 动轴上，在绕组线圈和定子支架之间可以设有轴向的冷却通风道；在外转子 和定子之间的迎风面设有保护罩。由于极数多，其转速很低，因而不需要增 速齿轮箱配套，可以直接驱动发电；发电机无自带冷却风扇或外装冷却系统。
习知风力发电机组通过齿轮箱将风轮在风力作用下所产生的动力传递给 发电机并使其得到相应的转速；通常风轮的转速很低，远达不到高速发电机 发电所要求的转速，必须通过齿轮箱齿轮副的增速作用来实现；而风力发电 机机组的工况环境一般很差，齿轮箱频发故障是常有的事。
习知的技术制造的产品可靠性差，维护成本高，机组效率低。业界希望利 用无刷双馈电机技术的无刷结构和较宽的变速恒频运行范围，结合安装于双 转子传动轴上相互反向旋转的双凤轮高效利用风能的技术优势，去掉齿轮箱 和复杂的控制系统实现发电机组的变速恒频运行。
发明内容
本实用新型所要解决的问题在于，克服袭用技术存在的上述缺陷，而提 供一种串联永磁双转子风电机及其变速恒频控制系统。
本实用新型目的之一是提供一种串联永磁双转子风电机； 本案目的之二是提供一种变速恒频风电机的励磁控制系统。 本实用新型解决串联永磁双转子风电机技术问题是采取以下技术方案来 实现的，依据本实用新型提供的一种串联永磁双转子风电机，包括发电机主 体中的发电机定子和通过主传动轴传动、相对该定子呈旋转构造设置的发电 机转子，其中，励磁机通过装置主风轮的主传动轴与发电机主体同轴串装； 永磁体设在永磁外转子的磁轭上构成励磁机的永磁外转子；该永磁外转子以 与励磁机内转子呈相对旋转的构造、且该永磁外转子呈相对发电机定子旋转 的构造设置；所述副风轮呈可驱动永磁外转子的构造装置在副传动轴上；所 述借由副风轮传动的副传动轴与借由主风轮传动的主传动轴成可相互转动的 方式同轴联结。
本案解决串联永磁双转子风电机技术问题还可采用以下技术措施进一步 实现
前述的串联永》兹双转子风电机，其中，所述的副风轮以相对主风轮反向 旋转的传动构造配置；所述的副风轮呈上风向旋转结构设置；主风轮呈下风 向旋转结构设置。
前述串联永磁双转子风电机，其中，所述永磁体成组配置，其极对数与 励磁机内转子极对数匹配；所述装置永磁体的磁轭设置在永磁外转子壳体内。
前述的串联永》兹双转子风电机，其中，所述副风轮与励磁机之间留有避 免副风轮与塔架碰撞的预设间距。
前述的串联永磁双转子风电机，其中，所述主、副传动轴均具有预设直 径的中空通孔，该传动轴借由配置在发电机上的轴承和励磁机上的轴承支撑。
本案解决变速恒频控制系统的技术问题可以采用以下技术措施实现的，
依据本实用新型提供的一种变速恒频控制系统，包括风电机，其中，所述风 电机中，发电机定子和通过主传动轴传动、相对该定子呈旋转构造设置的发
电机转子，励磁机通过装置主风轮的主传动轴与发电机主体同轴串装；永磁 体设在永》兹外转子的f兹扼上构成励磁机的永石兹外转子；该永石兹外转子以与励 磁机内转子呈相对旋转的构造、且该永磁外转子呈相对发电机定子旋转的构 造设置；所述的副风轮呈可驱动永磁外转子的构造装置在副传动轴上；所述
方式同轴联结；前述的主、副风轮上设置可将转速的信号传送到机组集控装 置的主风轮转速测量装置、副风轮转速测量装置；机组集控装置具有与风速 检测装置联结的端口 、与风向检测装置联结得端口 、与上位机传输数据的端 口；偏航控制器与机组集控装置以控制主风轮下风向旋转的方式联结；所述 的主风轮与副风轮分别配置调节桨距角的主风轮变桨距调节机构、副风轮变 桨距调节机构，所述的主、副风轮变桨距调节机构与机组集控装置均以控制 风轮变桨距调节机构变桨的方式联结；在发电机的电压输出端依次连接可对 发电机输出电压加以限制、同期后软并网、停机时软解裂的并网控制装置、 和升压变压器，再与外电网联接；在并网控制装置、和升压变压器之间依次 配置与机组集控装置联结的输出电压测量装置、与机组集控装置联结的输出 电流检测装置、及与机组集控装置联结的电网频率检测装置；在发电机与并 网控制装置之间配置与机组集控装置联结的空载检测装置。
本案解决变速恒频控制系统的技术问题还可以采用以下技术措施来进一 步实现
前述的变速恒频控制系统，其中所述风电机的副风轮以相对主风轮反 向旋转的传动构造配置；主风轮呈下风向旋转结构设置；所述主风轮的叶片 扫风面积设置为副风轮的叶片扫风面积2-5倍；所述主、副风轮变桨距调节 机构构造相同，它由变桨伺服机构与变桨控制装置组成，所述机组集控装置 通过变桨控制装置与变桨伺服机构呈根据检测到的桨距角变化进行主风轮和
副风轮转速调节的方式联结；所述的主风轮与副风轮内分别配置副风轮桨距 角测量装置、主风轮桨距角测量装置；
前述的变速恒频控制系统，其中所述风电机的永磁体成组配置，其极 对数与励磁机内转子极对数匹配；所述装置永磁体的磁轭设置在永磁外转子 壳体内；主、副风轮变桨距调节机构由伺服电机驱动；该变桨伺服机构与机 组集控装置呈可依桨距角的变化对主风轮和副风轮进行转速调节的方式电气 联结。
前述的变速恒频控制系统，其中所述风电机的主风轮叶片扫风面积约 是副风轮的叶片扫风面积的3倍，所述的扫风面积是风轮旋转形成的面积； 所述的主风轮下风向旋转，副风轮上风向反向旋转；所述副风轮与励磁机之 间留有避免副风轮与塔架碰撞的预设间距；制动器与机组集控装置以当副风 轮转速为0时可启动工作的电气方式联结。
前述的变速恒频控制系统，其中所述定子绕组极对数Pg设置为大于永
磁外转子极对数Pe，所述配置在主传动轴上的主风轮，在风力作用下相对具
有Pg极对数的定子以Nzr速度旋转，且主风轮转速满足下述关系式配置 * = 6崎-刺
其中Nzr表示主风轮转速；Pg表示定子绕组极对数；Pe表示永磁外 转子的极对数；fg表示定子频率；fe表示永^磁外转子折算频率；所述定子绕 组极对数可以是3倍的永磁外转子极对数；所述励磁机内转子绕组极对数设 置为Pe对极；所述发电机转子绕组极对数设置为Pg对极；所述的励磁机内 转子绕组与发电机转子绕组通过转子间连接线反相序连接；风电机的的副风 轮配置在副传动轴上，该副风轮带动永磁外转子以Ne速度旋转，且永磁外转 子折算频率满足下述关系式
/e = i^Z￡其中Ne表示副风轮相对定子转速；
60
在副传动轴上配置以Nzre转速相对主风轮反向旋转的、具有Pe极对数 的永磁外转子，永^f兹外转子相对励磁机内转子旋转的转速满足下述关系式
Nzre = Nzr + Ne
其中Nzre表示永磁外转子相对励磁机内转子旋转的转速；所述的主、 副传动轴均具有预设直径的中空通孔，该传动轴借由配置在发电机上的轴承 和励磁机上的轴承支撑。
本实用新型与现有技术相比具有显著的优点和有益效果。由以上技术方 案可知，本实用新型在优异的结构配置下，至少有如下的优点
本实用新型无需配置功率复杂的变流装置，有效的简化了机组构造，提 高了机组运行效率和可靠性，降低了控制系统成本，本实用新型双风轮的合 理配置、虽然双风轮结构使设备造价略有增加，但设置较大的风轮用于发电， 较小的风轮调节励磁频率兼而发电，有效提高了风能利用率，较常规单风轮 风电机组风能利用率提高10%-15%;
本案采用无刷双馈电机转子和旋转永磁外转子双转子结构，实现机组变 速恒频励磁运行，相当同容量单转子发电机极对数至少减少1/3，从而缩短发 电机直径，便于设备运输、降低机组重量；本案双风轮结构设置及偏航机构 的配置，使机组偏航控制变的更简单、可靠；
本案机组可实现变速恒频运行、变桨距调节，额定风速以下本案双风轮 发电机组较单风轮变速恒频机组风能利用率有较大提高，无齿轮箱、可实现 直驱，无滑环故障之担心，不需大容量变流装置，机组可靠性大大提高；本 实用新型对比现有技术有显著的贡献和进步，确实是具有新颖性、创造性、 实用型的好技术。
本实用新型的具体实施方式
由以下实施例及其附图详细给出。
图l是本实用新型中风电机结构示意图； 图2是本实用新型励磁绕组接线结构示意图； 图3是本实用新型变速恒频控制系统结构示意图； 图4是本实用新型变速恒频控制系统工作原理框图。
具体实施方式
以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提供的具体实施方式
、 结构、特征及其功效，详细说明如后。
如图l-4所示， 一种串联永磁双转子风电机M，包括固装在底座10上的 发电机主体1，发电机定子16固装于电机壳111内，发电机转子14通过主传 动轴13呈相对定子16旋转的构造设置，其中，
励磁机4通过主传动轴与发电机主体同轴串装在机壳内；永磁体43安装 在永磁外转子壳体410内的》兹扼42上，构成励磁才几的永石兹外转子41，该永》兹 外转子通过连接件46以与励磁机内转子45呈相对旋转的构造设置；所述的 永磁体43是按习知技术成组配置的，其极对数与励磁机内转子极对数匹配； 永磁外转子呈相对励磁机内转子旋转、并相对发电机定子旋转的构造设置；
副传动轴12与主传动轴13同轴联结；所述的主、副传动轴均具有预设 直径的中空通孔130,以使大型发电机组传动轴在满足技术要求条件下更轻 质，从而降〗氐才几体重量，该传动轴借由配置在发电4几上的轴承115、 116和励 磁机上的轴承147、 148支撑；
由此，发电机转子和与该转子同轴传动旋转的励磁机内转子形成发电机 的串联式转子结构，并与永磁外转子呈双转子构造，从而可实现机组变速恒 频运行，相当同容量单转子发电机极对数至少减少1/3,因而可缩短发电机直 径，进一步降低电机重量；
通过习知技术，将借由副风轮传动的副传动轴12与借由主风轮传动的主 传动轴13成可相互转动的联结方式同轴安装、由副传动轴将副风轮的动力传 递给永磁外转子；
副风轮2相对主风轮反向旋转的传动构造装置在副传动轴12的轴身末 端，该副风轮通过其轮毂21以习知技术按F2方向呈上风向安装，副风轮与 励磁机之间留有避免副风轮与塔架碰撞的预设间距L，由主风轮仰角的度数可 确定副风轮与塔架不相碰撞的预留间距；主风轮3装配在主传动轴13轴身端
部，该主风轮通过其轮毂31以习知技术按F3方向呈下风向旋转结构设置。
一种变速恒频控制系统，包括前述风电机M，其中，风电机的的主风轮3 配置在主传动轴上，在风力作用下相对具有Pg极对数的定子16以Nzr速度 旋转，且主风轮转速满足下述关系式
其中Nzr表示主风轮转速；Pg表示定子绕组极对数；Pe表示永磁外 转子4 l的极对数；fg表示定子频率；fe表示永磁外转子折算频率；
所述励磁机内转子45绕组极对数设置为Pe对极；所述发电机转子14绕 组极对数设置为Pg对极；所述的励磁机内转子绕组与发电机转子绕组通过转 子间连接线123反相序连接；
所述定子绕组极对数Pg设置为大于永磁外转子极对数Pe,所述定子绕 组极对数可以是3倍的永磁外转子极对数；
风电机的的副风轮2配置在副传动轴上，该副风轮带动永磁外转子以Ne
速度相对主风轮反向旋转，且永磁外转子折算频率满足下述关系式
,iVe x Pe
/e =-
60
其中Ne表示副风轮相对定子转速
在副传动轴上配置以Nzre转速相对旋转的、具有Pe极对数的永磁外转 子，永磁外转子相对励磁机内转子旋转的转速满足下述关系式 Nzre = Nzr + Ne
其中Nzre表示永磁外转子相对励磁机内转子旋转的转速；
前述的主、副风轮上设置可将转速的信号传送到机组集控装置5的主风
轮转速测量装置G、副风轮转速测量装置Gl,经由风速检测装置联结的端口
Dl测得的风速和通过转速测量装置测得的风轮转速，传输给机组集控装置5;
机组集控装置与偏航控制器6联结，控制主风轮下风向旋转，偏航控制器6
可安装于底座下的才几抢内部101;
所述的主风轮与副风轮的轮毂部分别配置调节桨距角的主风轮变桨距调
节机构38、副风轮变桨距调节机构28，该主风轮、副风轮变桨距调节机构与 机组集控装置5电气联结，由机组集控装置5对主风轮变桨距调节机构38发 出变桨指令；所述的主风轮与副风轮内分别配置副风轮桨距角测量装置G28、 主风轮桨距角测量装置G38;
所述主、副风轮变桨距调节机构构造相同，它由以伺服电机M38、 M28驱 动的变桨伺服机构381、 281与变桨控制装置382、 282组成，所述机组集成 控制5通过变桨控制装置382、 282与以伺服电机M38、 M28驱动的变桨伺服 机构381、 281联结；该变桨伺服机构在机组集控装置5的控制下根据检测到 的桨距角变化进行主风轮和副风轮的转速调节，实现主风轮下风向旋转，而 副风轮上风向反向旋转；制动器15设置在发电机端盖与副风轮轮毂之间；
在发电机的电压输出端依次连接并网控制装置7、和升压变压器8，再与 外电网W联接；在并网控制装置、和升压变压器之间依次配置与机组集控装 置5联结的输出电压测量装置G4、与机组集控装置联结的输出电流检测装置 G3、及与机组集控装置联结的电网频率检测装置G2;在发电机M与并网控制 装置之间配置与机组集控装置联结的空载检测装置G5;机组集控装置还具有 与风速检测装置(未图示)联结的端口 Dl、与风向检测装置(未图示)联结 得端口D2、与上位机传输数据的端口 D3;所述主、副风轮叶片按已知技术方 式装置在风轮轮毂上，所述主风轮叶片扫风面积大于副风轮的叶片扫风面积 2-5倍，尤以主风轮叶片扫风面积是副风轮的叶片扫风面积的3倍左右较佳， 所述的扫风面积是风轮旋转形成的面积；
经由输出电流检测装置G3测得的发电机的输出电流和经由输出电压测量 装置G4测得的发电机的输出电压传输给机组集控装置5，经由机组集控装置 5运算出的发电机输出功率值与预设的额定功率数值比对；在设定条件下，机
组集控装置5将由风速检测装置的联结端口 Dl测得的风速和通过转速测量装 置G测得的主风轮额定转速，采集计算得出该风速下主风轮额定转速的桨距 角的调节数值，再与主风轮桨距角测量装置G38采集的桨距角值比对，由机
组集控装置5对主风轮变桨距调节机构38发出变桨指令；由此可以实现主风 轮在恒定功率下运行，防止发电机过载；
当串联永磁变速恒频励磁双转子风电机并网运行、主风轮转速在预设的
额定转速和最低转速之间时，副风轮在机组集控装置5调节下按预设条件相 对主风轮反向旋转、通过这种转速变化使发电机定子电压频率始终为50Hz; 副风轮转速最低可到零，副风轮转速为0速时制动器15工作，
综上，双风轮机构的风电机，其中较大直径的主风轮为发电用，较小直 径的副风轮为调节励磁频率兼发电用，二者在同一个轴线上、相互反方向旋 转，偏航控制器负责控制主风轮下风向旋转，主力发电；副风轮上风向反向 旋转，辅助发电，大大提高效能。
所述发电机的电压输出端并网控制装置等配置可对发电机输出电压加以 限制、同期后软并网、停机时软解裂，可有效的减少并网无功电流的冲击， 确保机组安全运行；当发电机达到额定输出功率时，机组功率因数控制在cos 6- l左右运行；当发电机输出有功功率较小时，机组输出cos6 <1的感性 无功功率；当发电机转速低于额定最低转速或发电机输出功率高于最大输出 功率时，从电网上解列发电机，通过并网控制装置等配置完成软解列。
变速恒频励磁控制方法
1. 在主传动轴13上配置在风力作用下相对具有Pg极对数的定子16以
Nzr速度旋转的主风轮3，且主风轮转速满足下述关系式 W,(/g-/。
其中Nzr表示主风轮转速；Pg表示定子绕组极对数；Pe表示永磁外 转子4 1的极对数；fg表示定子频率；fe表示永磁外转子折算频率；
2. 在副传动轴12端部配置的副风轮带动永磁外转子以Ne速度相对主风
轮反向旋转，且永磁外转子折算频率满足下述关系式
/e = ^^ 其中Ne表示副风轮相对定子转速
60
3. 在副传动轴上配置以Nzre转速相对旋转的、具有Pe极对数的永磁外
转子，永磁外转子相对励磁内转子旋转的转速满足下述关系式Nzre = Nzr + Ne 其中Nzre表示永磁外转子相对励磁机内转子旋转的转速；
4. 所述励磁机内转子45绕组极对数设置为Pe对极；所述发电机转子14 绕组极对数设置为Pg对极；所述的励磁机内转子绕组与发电机转子绕组通过 转子间连接线123反相序连接；
5. 经由风速检测装置联结的端口 Dl测得的风速和通过转速测量装置G 测得的主风轮转速，传输给机组集控装置5，当主风轮低于额定转速时机组集 控装置进行主风轮叶尖速比数值比对，经与机组集控装置预设的主风轮叶尖 速比数值比对，计算出桨距角的调节数值，再与主风轮桨距角测量装置G38 采集的桨距角值比对，由机组集控装置5对主风轮变桨距调节机构38发出变 桨指令；由此可以实现主风轮在额定转速以下以其最佳叶尖速比运行，达到 充分利用风能的目的；
当主风轮达到额定转速时，经由输出电流检测装置G3测得的发电机的输 出电流和经由输出电压测量装置G4测得的发电机的输出电压传输给机组集控 装置5,经由该机组集控装置运算出的发电机输出功率值与预设的额定功率数 值比对；符合预设值时，机组集控装置5将采集到的由风速检测装置联结的 端口 Dl测得的风速和通过转速测量装置G测得的主风轮额定转速，计算出该 风速下主风轮额定转速的桨距角的调节数值，再与主风轮桨距角测量装置G38 采集的桨距角值比对，由机组集控装置5对主风轮变桨距调节机构38发出变 桨指令；由此可以实现主风轮在恒定功率下运行，防止发电机过载；
6. 经由风速检测装置联结的端口 Dl测得的风速，和通过副风轮转速测量 装置Gl测得的副风轮转速，传输给机组集控装置5;当主风轮低于额定转速 时，机组集控装置5采集电网频率检测装置G2的频率数值与副风轮该转速下
计算得到的发电机输出电压频率数值比对，计算出副风轮该转速下桨距角的 调节数值，再与副风轮桨距角测量装置G28采集的桨距角值比对，由机组集
控装置5对副风轮变桨距调节机构28发出变桨指令；由机组集控装置5按照
JVzr = 6Qx(A —关系式进行变速控制，使发电机在额定转速以下保持50Hz
恒频运行；当主风轮达到额定转速时，经由风速检测装置联结的端口 Dl测得 的风速和通过转速测量装置G测得的副风轮额定转速，传输给机组集控装置5 ， 当主风轮达到额定转速时机组集控装置5采集电网频率检测装置G2频率数值 与副风轮额定转速下计算得到的发电机输出电压频率数值比对，计算出该风 速下副风轮桨距角的调节数值，再与副风轮桨距角测量装置G28采集的桨距 角值比对，由机组集控装置5对副风轮变桨距调节机构28发出变桨指令；使 发电机在额定转速时保持50Hz恒频运行；以发电机输出电压频率为调节目标， 通过调节副风轮桨距角控制副风轮的转速来限定定子频率fg为50Hz,永磁外 转子静止f e视为0;
7. 设置定子绕组极对数Pg大于永磁外转子极对数Pe，所述的定子绕组 极对数可以是3倍的永磁外转子极对数。
从而，工作时串联的两转子绕组具有相同的电流频率、相互反方向的旋 转磁场，发电机转子绕组励磁磁场相对串联转子的旋转速度Nzre与主风轮轴 机械旋转的速度Nzr叠加、配合，始终形成同步励磁磁场，该同步磁场在具 有Pg对极的定子绕组中产生50Hz电势，实现发电机组的变速恒频励磁运行。
8. 装配在传动轴13上的主风轮与装配在副传动轴的副风轮2借由叶片 桨距角的相对反方向调节呈相对反向旋转配置。
9. 当主风轮转速在预设的额定转速和最低转速之间时，副风轮在机组集 控装置5调节下按预设规律反向旋转、形成使发电机定子电压频率始终为50Hz 的变化转速；当主风轮转速达到额定转速的1.2-1.5倍时，同时副风轮转速 达到最低转速O速时，制动器15启动；既此，主风^"转速达到额定最低转速 时，副风轮反向转速达到最高，机组可实现变速恒频运行。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任 何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何 简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
权利要求1.一种串联永磁双转子风电机，包括发电机主体中的发电机定子(16)和通过主传动轴(13)传动、相对该定子(16)呈旋转构造设置的发电机转子(14)，其特征在于，励磁机(4)通过装置主风轮(3)的主传动轴与发电机主体同轴串装；永磁体(43)设在永磁外转子的磁轭(42)上构成励磁机的永磁外转子(41)；该永磁外转子以与励磁机内转子(45)呈相对旋转的构造、且该永磁外转子呈相对发电机定子旋转的构造设置；所述的副风轮呈可驱动永磁外转子的构造装置在副传动轴上；所述的借由副风轮传动的副传动轴(12)与借由主风轮传动的主传动轴(13)成可相互转动的方式同轴联结。
2. 如权利要求1所述的串联永磁双转子风电机，其特征在于，所述的副 风轮(2)以相对主风轮反向旋转的传动构造配置；所述的副风轮呈上风向旋 转结构设置；主风轮呈下风向旋转结构设置。
3. 如权利要求1或2所述的串联永磁双转子风电机，其特征在于，所述 的永磁体(43)成组配置，其极对数与励磁机内转子极对数匹配；所述装置 永磁体(")的磁轭(4"设置在永磁外转子壳体(410)内。
4. 如权利要求4所述的串联永磁双转子风电机，其特征在于，所述副风 轮与励磁机之间留有避免副风轮与塔架碰撞的预设间距(L)。
5. 如权利要求5所述的串联永磁双转子风电机，其特征在于，所述的主、 副传动轴均具有预设直径的中空通孔(130)，该传动轴借由配置在发电机上 的轴承(115、 116)和励磁机上的轴承(147、 148)支撑。
6. —种变速恒频控制系统，包括风电机(M),其特征在于，所述风电机 (M)中，发电机定子(16)和通过主传动轴(13)传动、相对该定子(16)呈旋转构造设置的发电机转子(14 ),励磁机(4 )通过装置主风轮(3 )的 主传动轴与发电机主体同轴串装；永磁体(43 )设在永磁外转子的磁辄(42 )上构成励磁机的永磁外转子(41);该永磁外转子以与励磁机内转子(45) 呈相对旋转的构造、且该永^磁外转子呈相对发电机定子旋转的构造设置；所 述的副风轮呈可驱动永磁外转子的构造装置在副传动轴上；所述的借由副风 轮传动的副传动轴(12)与借由主风轮传动的主传动轴(13)成可相互转动 的方式同轴联结；前述的主、副风轮上设置可将转速的信号传送到机组集控装置(5)的主 风轮转速测量装置(G)、副风轮转速测量装置(Gl);机组集控装置具有与风速检测装置(未图示)联结的端口 (Dl)、与风向 检测装置(未图示)联结得端口 (D2)、与上位机传输数据的端口 (D3);偏航控制器(6)与机组集控装置以控制主风轮下风向旋转的方式联结； 所述的主风轮与副风轮分别配置调节桨距角的主风轮变桨距调节机构(38 )、 副风轮变桨距调节机构(28)，所述的主、副风轮变桨距调节机构与机组集控 装置(5)均以控制风轮变桨距调节机构变桨的方式联结；在发电机的电压输出端依次连接可对发电机输出电压加以限制、同期后 软并网、停机时软解裂的并网控制装置(7)、和升压变压器(8),再与外电 网联接；在并网控制装置、和升压变压器之间依次配置与机组集控装置联结 的输出电压测量装置(G4)、与机组集控装置联结的输出电流检测装置(G3)、 及与机组集控装置联结的电网频率检测装置(G2);在发电机(M)与并网控 制装置之间配置与机组集控装置联结的空栽检测装置(G5 )。
7.如权利要求6所述的变速恒频控制系统，其特征在于所述风电机(M) 的副风轮(2)以相对主风轮反向旋转的传动构造配置；主风轮呈下风向旋转 结构设置；所述主风轮的叶片扫风面积设置为副风轮的叶片扫风面积2-5倍；所述主、副风轮变桨距调节机构构造相同，它由变桨伺服机构(381、 281) 与变桨控制装置(382、 282 )组成，所述机组集控装置通过变桨控制装置与 变桨伺服机构(381、 281)呈根据检测到的桨距角变化进行主风轮和副风轮 转速调节的方式联结；所述的主风轮与副风轮内分别配置副风轮桨距角测量 装置(G28)、主风轮桨距角测量装置(G38);
8. 如权利要求6或7所述变速恒频控制系统，其特征在于，所述风电机 (M)的永磁体(43)成组配置，其极对数与励磁4几内转子极对数匹配；所述装置永磁体(43)的磁轭(42)设置在永磁外转子壳体(410)内；主、副风 轮变桨距调节机构由伺服电机(M38、 M28)驱动；该变桨伺服机构与机组集控 装置呈可依桨距角的变化对主风轮和副风轮进行转速调节的方式电气联结。
9. 如权利要求8所述的变速恒频控制系统，其特征在于，所述风电机(M) 的主风轮叶片扫风面积约是副风轮的叶片扫风面积的3倍，所述的扫风面积 是风轮旋转形成的面积；所述的主风轮下风向旋转，副风轮上风向反向旋转； 所述副风轮与励磁机之间留有避免副风轮与塔架碰撞的预设间距(L);制动 器(15)与机组集控装置以当副风轮转速为O时可启动工作的电气方式联结。
10. 如权利要求9所述的变速恒频控制系统，其特征在于，所述定子绕组极对数Pg设置为大于永磁外转子极对数Pe，所述配置在主传动轴上的主风轮(3 )，在风力作用下相对具有Pg极对数的定子(16 )以Nzr速度旋转，且主风轮转速满足下述关系式配置 * = 6崎-刺其中Nzr表示主风轮转速；Pg表示定子绕组极对数；Pe表示永磁外 转子(41)的极对数；fg表示定子频率；fe表示永磁外转子折算频率；所述 定子绕组极对数可以是3倍的永磁外转子极对数；所述励磁机内转子(45) 绕组极对数设置为Pe对极；所述发电机转子(14 )绕组极对数设置为Pg对相序连接；风电机的的副风轮(2)配置在副传动轴上，该副风轮带动永磁外转子以Ne速度旋转，且永磁外转子折算频率满足下述关系式<formula>formula see original document page 4</formula>其中Ne表示副风轮相对定子转速；在副传动轴上配置以Nzre转速相对主风轮反向旋转的、具有Pe极对数 的永磁外转子，7Ja兹外转子相对励磁机内转子旋转的转速满足下述关系式 <formula>formula see original document page 5</formula>其中Nzre表示永磁外转子相对励磁机内转子旋转的转速；所述的主、 副传动轴均具有预设直径的中空通孔(130),该传动轴借由配置在发电机上 的轴承(115、 116)和励磁机上的轴承(147、 148)支撑。
专利摘要一种串联永磁双转子风电机及变速恒频控制系统，涉及风力发电机及该风电机的励磁控制系统，其中，发电机中的励磁机通过装置主风轮的主传动轴与发电机主体同轴串装；永磁外转子以与励磁机内转子呈相对旋转的构造、且该永磁外转子呈相对发电机定子旋转的构造设置；控制系统中，偏航控制器与机组集控装置联结；主风轮与副风轮分别配置调节桨距角的主风轮变桨距调节机构、副风轮变桨距调节机构，主、副风轮变桨距调节机构与机组集控装置联结；本实用新型无需配置功率复杂的变流装置，有效的简化了机组构造，提高了机组运行效率和可靠性，降低了控制系统成本。
文档编号H02P9/14GK201004590SQ20062015172
公开日2008年1月9日 申请日期2006年12月14日 优先权日2006年12月14日
发明者王华君 申请人:天津市新源电气科技有限公司