專利名稱：套疊式雙轉子發電機勵磁方法及其發電機的制作方法
技術領域：
本發明涉及風力發電機，特別是具有套疊式雙轉子勵磁構造的變速恒頻發電機及其勵磁控制方式。
背景技術：
習知技術如中國專利CN200510022771.1公開了一種風力發電的變速恒頻方法，其特點是，首先將風力機轉子的轉速通過增速齒輪箱增速，然后將變速產生的輸入功率輸入差動永磁電機的輸入軸，由差動永磁電機的差速機構進行功率分流或合流產生功率流進入差動永磁電機的定子繞組經饋線對電網實現恒速恒頻發電，以提高發電系統的發電效率。
又如中國專利CN200410009701.8公開了一種采用雙饋感應電機作為發電機的變速恒頻風力發電系統及其并網控制方法。包括雙饋感應電機，勵磁變換器，DSP單元，電量采集單元、速度、位置測量單元以及驅動單元。它對勵磁變換器進行控制，利用勵磁變換器控制雙饋發電機定子產生電壓，對電機電壓相位、幅值和頻率同時控制，無需單獨進行電網電壓與電機定子電壓同步；在電機速度范圍在0～0.5s時，驅動單元開始驅動勵磁變換器，這樣，電機并網的轉速速度范圍很寬，并網控制對速度要求不嚴格，同時，控制過程采用電流開環控制，簡化了系統，減輕了系統處理器的負擔，使得電流控制變得簡易行，使得雙饋電機易于并網。
中國專利申請99127259.5公開了一種高效率利用風能方法及全轉子雙風輪風力發電機和教具玩具全轉子雙風輪風力發電機。當風吹動第一個風輪旋轉時，透過風輪后面的風和風輪轉動產生的空氣流推動第二個風輪旋轉，風輪帶動軸桿向右旋轉，風輪帶動軸管向左旋轉做機械功的方法。全轉子雙風輪風力發電機的風輪帶動軸桿上的磁極轉子在軸承的支承下向右旋轉，風輪帶動軸管上的發電轉子在軸承的支承下向左旋轉，線圈切割磁力線發出電流。
習知風力發電機組通過齒輪箱將風輪在風力作用下所產生的動力傳遞給發電機并使其得到相應的轉速；通常風輪的轉速很低，遠達不到高速發電機所要求的發電轉速，必須通過齒輪箱齒輪副的增速作用來實現；而風力發電機機組的工況環境一般很差，齒輪箱頻發故障是常有的事。
習知技術制造的產品可靠性差，維護成本高，機組效率低。業界希望利用無刷雙饋電機技術的無刷結構和較寬的變速恒頻運行范圍，結合安裝于雙轉子傳動軸上相互反向旋轉的雙鳳輪高效利用風能的技術優勢，去掉齒輪箱和復雜的控制系統實現發電機組的變速恒頻運行。

發明內容
本發明所要解決的問題在于，克服襲用技術存在的上述缺陷，而提供一種套疊式雙轉子發電機勵磁方法及其發電機。
本案目的之一是提供一種套疊式雙轉子發電機勵磁方法；本案目的之二是提供一種套疊式雙轉子變速恒頻發電機。
本發明解決套疊式雙轉子發電機勵磁方法技術問題是采取以下技術方案來實現的，依據本發明提供的一種套疊式雙轉子發電機勵磁方法，其中，1).在發電機的副傳動軸上配置由該副傳動軸傳動的相對定子旋轉的永磁內轉子；在發電機的主傳動軸上配置由該主傳動軸傳動的相對定子旋轉的環形轉子；該環形轉子又呈環抱永磁內轉子并可繞永磁內轉子旋轉的構造配置；所述環形轉子的環形轉子內側繞組的極對數與永磁內轉子極對數一致設置為Pe對極；環形轉子外側繞組的極對數與定子繞組極對數一致設置為Pg對極，所述環形轉子外側繞組與內側繞組通過環形轉子繞組間連接線反相序連接；2).在發電機的主傳動軸上配置在風力作用下相對具有Pg極對數的定子以Nzr速度旋轉的主風輪，且主風輪轉速滿足下述關系式
Nzr=60×(fg-fe)Pg+Pe]]>其中Nzr表示主風輪轉速；Pg表示環形轉子外側繞組極對數；Pe表永磁內轉子的極對數；fg表示定子頻率；fe表示永磁內轉子折算頻率；3).在發電機的副傳動軸端部配置的副風輪帶動永磁內轉子以Ne速度相對主風輪反向旋轉，且永磁內轉子折算頻率滿足下述關系式fe=Ne×Pe60]]>其中Ne表示副風輪相對定子轉速；4).在副傳動軸上配置以Nzre轉速相對旋轉的、具有Pe極對數的永磁內轉子，該永磁內轉子相對環形轉子旋轉的轉速滿足下述關系式Nzre＝Nzr+Ne其中Nzre表示永磁內轉子相對環形轉子旋轉的轉速；5).當主風輪低于額定轉速時，機組集控裝置進行主風輪葉尖速比控制經由風速檢測裝置聯結的端口測得的風速和通過轉速測量裝置測得的主風輪轉速傳輸給機組集控裝置，經與機組集控裝置預設的主風輪葉尖速比數值比對，計算出槳距角的調節數值，再與主風輪槳距角測量裝置采集的槳距角值比對，由機組集控裝置對主風輪變槳距調節機構發出變槳指令；由機組集控裝置按照Nzr=60×(fg-fe)Pg+Pe]]>關系式對主、副風輪變速控制；6).當主風輪達到額定轉速時，機組集控裝置對發電機進行功率控制經由輸出電流檢測裝置測得的發電機的輸出電流和經由輸出電壓測量裝置測得的發電機的輸出電壓傳輸給機組集控裝置，經由該機組集控裝置運算出的發電機輸出功率值與預設的額定功率數值比對；符合預設值時，機組集控裝置將采集到的由風速檢測裝置聯結的端口測得的風速和通過轉速測量裝置測得的主風輪額定轉速，計算出該風速下主風輪額定轉速的槳距角的調節數值，再與主風輪槳距角測量裝置采集的槳距角值比對，由機組集控裝置對主風輪變槳距調節機構發出變槳指令；7).當主風輪以低于或符合額定轉速運行時，機組集控裝置通過副風輪對發電機進行頻率控制機組集控裝置采集電網頻率檢測裝置頻率數值與主、副風輪設定轉速下計算得到的發電機輸出電壓頻率數值比對，計算出該風速下副風輪槳距角的調節數值，再與副風輪槳距角測量裝置采集的槳距角值比對，由機組集控裝置對副風輪變槳距調節機構發出變槳指令，使副風輪按機組集控裝置預設的規律相對主風輪反向旋轉，并形成使發電機定子電壓頻率始終為50Hz的變化轉速；8).當主風輪轉速達到額定轉速的1.2-1.5倍時，同時副風輪轉速達到最低轉速0速時，制動器啟動。
本案解決套疊式雙轉子發電機勵磁方法技術問題還可以依以下技術措施來進一步實現前述的套疊式雙轉子發電機勵磁方法，其中，所述環形轉子外側繞組極對數Pg設置為大于環形轉子內側繞組極對數Pe；前述的套疊式雙轉子發電機勵磁方法，其中，所述當發電機達到額定輸出功率時，機組功率因數控制在cosθ＝1左右運行；當發電機輸出有功功率較小時，機組輸出cosθ＜1的感性無功功率；當發電機轉速低于額定最低轉速或發電機輸出功率高于最大輸出功率時，從電網上解列發電機，通過并網控制裝置等配置完成軟解列。
前述套疊式雙轉子發電機勵磁方法，其中，所述環形轉子外側繞組極對數是環形轉子內側繞組極對數的3倍；裝配在主傳動軸上的主風輪與裝配在副傳動軸的副風輪借由葉片槳距角的相對反方向調節呈相對反向旋轉配置。
本發明解決套疊式雙轉子變速恒頻發電機技術問題是采取以下技術方案來實現的，依據本發明提供的一種套疊式雙轉子變速恒頻發電機，包括發電機主體，其中，發電機的永磁內轉子通過副傳動軸傳動、呈相對定子旋轉的構造裝置在發電機主體機殼內；發電機的環形轉子通過主傳動軸傳動，該環形轉子呈環抱并可繞永磁內轉子旋轉的構造裝置，且該環形轉子呈相對定子旋轉的構造配置；發電機定子與環形轉子匹配設置；所述的環形轉子由環抱永磁內轉子的環形轉子鐵心和與環形轉子鐵心匹配結合的環形轉子內側繞組、環形轉子外側繞組組成，將借由副風輪傳動的副傳動軸與借由主風輪傳動的主傳動軸成可相互轉動的聯結方式同軸安裝、由副傳動軸將副風輪的動力傳遞給永磁內轉子。
本案解決套疊式雙轉子變速恒頻發電機技術問題還可以依以下技術措施來進一步實現前述的套疊式雙轉子變速恒頻發電機，其中，副風輪相對主風輪呈反向對風旋轉的傳動構造裝置在副傳動軸的軸身端部，該副風輪按F2方向呈上風向對風旋轉安裝；該主風輪呈下風向旋轉的傳動構造裝配在主傳動軸上，該主傳動軸的另一端伸入機殼通過環形轉子支撐單元與環形轉子呈動力傳動構造配置；該主風輪呈下風向對風旋轉安裝。
前述的套疊式雙轉子變速恒頻發電機，其中，所述的環形轉子借由其兩端分別設置的環形轉子支撐單元環抱前述永磁內轉子裝置在主傳動軸上；前述的套疊式雙轉子變速恒頻發電機，其中，所述副傳動軸借由配置在發電機第一端蓋部的第一軸承支撐，伸出機殼裝置副風輪；所述主傳動軸的一端借由配置在發電機第二端蓋部的第二軸承支撐伸出機殼與主風輪裝配。
前述的套疊式雙轉子變速恒頻發電機，其中，所述的環形轉子支撐單元與傳動軸結合的部位設置使環形轉子隨主傳動軸旋轉的軸承件。
前述的套疊式雙轉子變速恒頻發電機，其中，所述的主、副傳動軸均具有預設直徑的中空通孔；用于副風輪剎車的制動器設置在發電機端蓋與副風輪輪轂之間。
本發明與現有技術相比具有顯著的優點和有益效果。由以上技術方案可知，本發明在優異的結構配置下，至少有如下的優點本案采用雙風輪機構的發電機，其中較大直徑的主風輪為發電用，較小直徑的副風輪為調節勵磁頻率兼發電用，二者在同一個軸線上、相互反方向旋轉，偏航控制器負責控制主風輪下風向對風旋轉，主力發電；副風輪上風向對風反向旋轉，輔助發電，大大提高效能；本案雙風輪結構設置及偏航機構的配置，使機組偏航控制變的更簡單、可靠；本案采用無刷雙饋電機轉子和旋轉永磁內轉子雙轉子套疊結構，實現機組變速恒頻勵磁運行，相當同容量單轉子發電機極對數至少減少1/3，從而縮短發電機直徑，方便運輸、降低機組重量；本案機組可實現變速恒頻運行、變槳距調節，額定風速以下本案雙風輪發電機組較單風輪變速恒頻機組風能利用率有較大提高，無齒輪箱、可實現直驅，無滑環故障之擔心，不需大容量變流裝置，機組可靠性大大提高；本發明對比現有技術有顯著的貢獻和進步，確實是具有新穎性、創造性、實用型的好技術。
本發明的具體實施方式
由以下實施例及其附圖詳細給出。


圖1是本發明套疊式雙轉子變速恒頻發電機結構示意圖；圖2是本發明勵磁繞組接線結構示意圖；圖3是本發明變速恒頻勵磁控制系統結構示意圖；圖4是本發明變速恒頻勵磁控制系統工作原理框圖。
具體實施例方式
以下結合附圖及較佳實施例，對依據本發明提供的具體實施方式
、結構、特征及其功效，詳細說明如后。
如圖1-4所示，一種套疊式雙轉子變速恒頻發電機，包括固裝在底座10上的發電機主體1，發電機定子16固裝于發電機主體機殼11內，其中，永磁內轉子17通過副傳動12軸傳動、呈相對定子16旋轉的構造裝置在發電機主體機殼內；環形轉子14通過主傳動軸13傳動，該環形轉子呈環抱并可繞永磁內轉子旋轉的構造裝置，且該環形轉子14呈相對定子16旋轉的構造配置；該環形轉子14借由環形轉子支撐單元140環抱前述永磁內轉子17裝置在主傳動軸13上；發電機定子16與環形轉子14匹配設置，向外輸出電能的定子繞組161裝在固裝于電機殼內的定子鐵芯162上；所述的環形轉子14由環抱永磁內轉子的環形轉子鐵心141和與環形轉子鐵心匹配結合的環形轉子內側繞組142、環形轉子外側繞組143組成，所述的環形轉子的兩端分別設置環形轉子支撐單元140，該環形轉子支撐單元與傳動軸結合的部位設置軸承件1401，以使環形轉子隨主傳動軸旋轉；由此環形轉子作為無刷雙饋電機轉子與由副傳動軸傳動旋轉的永磁內轉子形成發電機的套疊式雙重轉子構造；從而可實現機組變速恒頻運行，相當同容量單轉子發電機極對數至少減少1/3，因而可大大縮短發電機直徑，方便設備運輸、降低電機重量；副風輪2通過其輪轂21按習知技術呈上風向相對主風輪反向旋轉的傳動構造裝配在副傳動軸的伸出端121；用于副風輪剎車的制動器15設置在發電機端蓋與副風輪輪轂之間；所述的副傳動軸借由配置在發電機第一端蓋111部的第一軸承115支撐，伸出機殼11裝置副風輪，副風輪2相對主風輪呈反向對風旋轉的傳動構造裝置在副傳動軸12的軸身端部，該副風輪通過其輪轂21以習知技術按F2方向呈上風向對風旋轉安裝；通過習知技術，將借由副風輪傳動的副傳動軸12與借由主風輪傳動的主傳動軸13成可相互轉動的聯結方式同軸安裝、由副傳動軸將副風輪的動力傳遞給永磁內轉子；所述的主、副傳動軸均具有預設直徑的中空通孔120、130，以使大型發電機組傳動軸在滿足技術要求條件下更輕質，從而降低機體重量；所述的主傳動軸的一端借由配置在發電機第二端蓋112部的第二軸承116支撐伸出機殼與主風輪裝配，該主風輪3通過其輪轂31呈下風向旋轉的傳動構造裝配在主傳動軸13上，該主傳動軸的另一端伸入機殼通過環形轉子支撐單元140按習知技術與環形轉子呈動力傳動構造配置；該主風輪通過其輪轂31以習知技術按F3方向呈下風向對風旋轉安裝；一種套疊式雙轉子發電機變速恒頻勵磁控制系統，包括前述發電機M，其中，發電機的主風輪3配置在主傳動軸上，在風力作用下相對具有Pg極對數的定子16以Nzr速度旋轉，且主風輪轉速滿足下述關系式Nzr=60×(fg-fe)Pg+Pe]]>其中Nzr表示主風輪轉速；Pg表示定子繞組極對數；Pe表示永磁內轉子的極對數；fg表示定子頻率；fe表示永磁內轉子折算頻率；所述環形轉子內側繞組極對數與永磁內轉子極對數一致設置為Pe對極；所述環形轉子外側繞組極對數與定子繞組極對數一致設置為Pg對極；所述的環形轉子外側繞組與內側繞組通過環形轉子繞組間連接線123反相序連接；所述環形轉子外側繞組極對數Pg設置為大于環形轉子內側繞組極對數Pe，所述環形轉子外側繞組極對數可以是3倍的環形轉子內側繞組極對數；發電機的的副風輪2配置在副傳動軸上，該副風輪帶動永磁內轉子以Ne速度相對主風輪反向旋轉，且永磁內轉子折算頻率滿足下述關系式fe=Ne×Pe60]]>其中Ne表示副風輪相對定子轉速；在副傳動軸上配置以Nzre轉速相對旋轉的、具有Pe極對數的永磁內轉子，永磁內轉子相對環形轉子旋轉的轉速滿足下述關系式Nzre＝Nzr+Ne其中Nzre表示永磁內轉子相對環形轉子旋轉的轉速；前述的主、副風輪上設置可將轉速的信號傳送到機組集控裝置5的主風輪轉速測量裝置G、副風輪轉速測量裝置G1，經由風速檢測裝置聯結的端口D1測得的風速和通過轉速測量裝置測得的風輪轉速，傳輸給機組集控裝置5；機組集控裝置與偏航控制器6聯結，控制主風輪下風向對風旋轉旋轉，偏航控制器6可安裝于底座下的機艙內部101；所述的主風輪與副風輪的輪轂部分別配置調節槳距角的主風輪變槳距調節機構38、副風輪變槳距調節機構28，該主風輪、副風輪變槳距調節機構與機組集控裝置5電氣聯結，由機組集控裝置5對主風輪變槳距調節機構38發出變槳指令；所述的主風輪與副風輪內分別配置副風輪槳距角測量裝置G28、主風輪槳距角測量裝置G38；
所述主、副風輪變槳距調節機構構造相同，它由以伺服電機M38、M28驅動的變槳伺服機構381、281與變槳控制裝置382、282組成，所述機組集控裝置5通過變槳控制裝置382、282與以伺服電機M38、M28驅動的變槳伺服機構381、281聯結；該變槳伺服機構在機組集控裝置5的控制下根據檢測到的槳距角變化進行主風輪和副風輪的轉速調節，實現主風輪下風向對風旋轉，而副風輪上風向對風反向旋轉；制動器15設置在發電機端蓋與副風輪輪轂之間；在發電機的電壓輸出端依次連接并網控制裝置7、和升壓變壓器8，再與外電網W聯接；在并網控制裝置、和升壓變壓器之間依次配置與機組集控裝置5聯結的輸出電壓測量裝置G4、與機組集控裝置聯結的輸出電流檢測裝置G3、及與機組集控裝置聯結的電網頻率檢測裝置G2；在發電機M與并網控制裝置之間配置與機組集控裝置聯結的空載檢測裝置G5；機組集控裝置還具有與風速檢測裝置(未圖示)聯結的端口D1、與風向檢測裝置(未圖示)聯結得端口D2、與上位機傳輸數據的端口D3；所述主、副風輪葉片按已知技術方式裝置在風輪輪轂上，所述主風輪葉片掃風面積大于副風輪的葉片掃風面積2-5倍，尤以主風輪葉片掃風面積是副風輪的葉片掃風面積的3倍左右較佳，所述的掃風面積是風輪旋轉形成的面積；經由輸出電流檢測裝置G3測得的發電機的輸出電流和經由輸出電壓測量裝置G4測得的發電機的輸出電壓傳輸給機組集控裝置5，經由機組集控裝置5運算出的發電機輸出功率值與預設的額定功率數值比對；在設定條件下，機組集控裝置5將由風速檢測裝置的聯結端口D1測得的風速和通過轉速測量裝置G測得的主風輪額定轉速，采集計算得出該風速下主風輪額定轉速的槳距角的調節數值，再與主風輪槳距角測量裝置G38采集的槳距角值比對，由機組集控裝置5對主風輪變槳距調節機構38發出變槳指令；由此可以實現主風輪在恒定功率下運行，防止發電機過載；當套疊永磁變速恒頻勵磁雙轉子發電機并網運行、主風輪轉速在預設的額定轉速和最低轉速之間時，副風輪在機組集控裝置5調節下按預設條件相對主風輪反向旋轉、通過這種轉速變化使發電機定子電壓頻率始終為50Hz；副風輪轉速最低可到零，副風輪轉速為0速時制動器15工作，綜上，雙風輪機構的發電機，其中較大直徑的主風輪為發電用，較小直徑的副風輪為調節勵磁頻率兼發電用，二者在同一個軸線上、相互反方向旋轉，偏航控制器負責控制主風輪下風向對風旋轉，主力發電；副風輪上風向對風反向旋轉，輔助發電，大大提高效能。
所述發電機的電壓輸出端并網控制裝置等配置可對發電機輸出電壓加以限制、同期后軟并網、停機時軟解裂，可有效的減少并網無功電流的沖擊，確保機組安全運行；當發電機達到額定輸出功率時，機組功率因數控制在cosθ＝1左右運行；當發電機輸出有功功率較小時，機組輸出cosθ＜1的感性無功功率；當發電機轉速低于額定最低轉速或發電機輸出功率高于最大輸出功率時，從電網上解列發電機，通過并網控制裝置等配置完成軟解列。
一種套疊式雙轉子發電機勵磁方法在主傳動軸上配置在風力作用下相對具有Pg極對數的定子以Nzr速度旋轉的主風輪，且主風輪轉速滿足下述關系式Nzr=60×(fg-fe)Pg+Pe]]>其中Nzr表示主風輪轉速；Pg表示環形轉子外側繞組極對數；Pe表示永磁內轉子的極對數；fg表示定子頻率；fe表示永磁內轉子折算頻率；2.在副傳動軸12端部配置的副風輪帶動永磁內轉子以Ne速度相對主風輪反向旋轉，且永磁內轉子折算頻率滿足下述關系式fe=Ne×Pe60]]>其中Ne表示副風輪相對定子轉速3.在副傳動軸上配置以Nzre轉速相對旋轉的、具有Pe極對數的永磁內轉子，永磁內轉子相對勵磁內轉子旋轉的轉速滿足下述關系式Nzre＝Nzr+Ne其中Nzre表示永磁內轉子相對環形轉子旋轉的轉速；4.所述環形轉子內側繞組極對數與永磁內轉子極對數一致設置為Pe對極；所述環形轉子外側繞組極對數與定子繞組極對數一致設置為Pg對極；所述環形轉子外側繞組與內側繞組通過環形轉子繞組間連接線123反相序連接；5.經由風速檢測裝置聯結的端口D1測得的風速和通過轉速測量裝置G測得的主風輪轉速，傳輸給機組集控裝置5，當主風輪低于額定轉速時機組集控裝置進行主風輪葉尖速比數值比對，經與機組集控裝置預設的主風輪葉尖速比數值比對，計算出槳距角的調節數值，再與主風輪槳距角測量裝置G38采集的槳距角值比對，由機組集控裝置5對主風輪變槳距調節機構38發出變槳指令；由此可以實現主風輪在額定轉速以下以其最佳葉尖速比運行，達到充分利用風能的目的；當主風輪達到額定轉速時，經由輸出電流檢測裝置G3測得的發電機的輸出電流和經由輸出電壓測量裝置G4測得的發電機的輸出電壓傳輸給機組集控裝置5，經由該機組集控裝置運算出的發電機輸出功率值與預設的額定功率數值比對；符合預設值時，機組集控裝置5將采集到的由風速檢測裝置聯結的端口D1測得的風速和通過轉速測量裝置G測得的主風輪額定轉速，計算出該風速下主風輪額定轉速的槳距角的調節數值，再與主風輪槳距角測量裝置G38采集的槳距角值比對，由機組集控裝置5對主風輪變槳距調節機構38發出變槳指令；由此可以實現主風輪在恒定功率下運行，防止發電機過載；6.經由風速檢測裝置聯結的端口D1測得的風速，和通過副風輪轉速測量裝置G1測得的副風輪轉速，傳輸給機組集控裝置5；由機組集控裝置5按照Nzr=60×(fg-fe)Pg+Pe]]>關系式進行變速控制，使發電機在額定轉速及以下始終保持50Hz恒頻運行；當主風輪低于額定轉速時，機組集控裝置采集電網頻率檢測裝置G2的頻率數值與該主風輪轉速下副風輪轉速計算得到的發電機輸出電壓頻率數值比對，計算出副風輪該轉速下槳距角的調節數值，再與副風輪槳距角測量裝置G28采集的槳距角值比對，由機組集控裝置對副風輪變槳距調節機構28發出變槳指令，使發電機在額定轉速以下保持50Hz恒頻運行；當主風輪達到額定轉速時，經由風速檢測裝置聯結的端口D1自測得的風速和通過轉速測量裝置G測得的副風輪額定轉速，傳輸給機組集控裝置5，當主風輪達到額定轉速時，機組集控裝置5采集電網頻率檢測裝置G2頻率數值與副風輪額定轉速下計算得到的發電機輸出電壓頻率數值比對，計算出該風速下副風輪槳距角的調節數值，再與副風輪槳距角測量裝置G28采集的槳距角值比對，由機組集控裝置5對副風輪變槳距調節機構28發出變槳指令；使發電機在額定轉速時保持50Hz恒頻運行；以發電機輸出電壓頻率為調節目標，通過調節副風輪槳距角控制副風輪的轉速來限定定子頻率fg為50Hz，永磁內轉子靜止fe視為0；7.所述環形轉子外側繞組極對數Pg設置為大于環形轉子內側繞組極對數Pe，所述環形轉子外側繞組極對數可以是3倍的環形轉子內側繞組極對數；從而，工作時套疊的兩轉子繞組具有相同的電流頻率、相互反方向的旋轉磁場，發電機轉子繞組勵磁磁場相對套疊轉子的旋轉速度Nzre與主風輪軸機械旋轉的速度Nzr疊加、配合，始終形成同步勵磁磁場，該同步磁場在具有Pg對極的定子繞組中產生50Hz電勢，實現發電機組的變速恒頻勵磁運行。
8.裝配在傳動軸13上的主風輪與裝配在副傳動軸的副風輪2借由葉片槳距角的相對反方向調節呈相對反向旋轉配置。
9.當主風輪轉速在預設的額定轉速和最低轉速之間時，副風輪在機組集控裝置5調節下按預設規律反向旋轉、形成使發電機定子電壓頻率始終為50Hz的變化轉速；當主風輪轉速達到額定轉速的1.2-1.5倍時，同時副風輪轉速達到最低轉速0速時，制動器15啟動；既此，主風輪轉速達到額定最低轉速時，副風輪反向轉速達到最高，機組可實現變速恒頻運行。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制，凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發明技術方案的范圍內。
權利要求
1.一種套疊式雙轉子發電機勵磁方法，其特征在于，1).在發電機的副傳動軸(12)上配置由該副傳動軸傳動的相對定子(16)旋轉的永磁內轉子(17)；在發電機的主傳動軸(13)上配置由該主傳動軸傳動的相對定子旋轉的環形轉子(14)；該環形轉子又呈環抱永磁內轉子并可繞永磁內轉子旋轉的構造配置；所述環形轉子的環形轉子內側繞組(142)的極對數與永磁內轉子極對數一致設置為(Pe)對極；環形轉子外側繞組(143)的極對數與定子繞組極對數一致設置為(Pg)對極，所述環形轉子外側繞組與內側繞組通過環形轉子繞組間連接線(123)反相序連接；2).在發電機的主傳動軸上配置在風力作用下相對具有(Pg)極對數的定子以Nzr速度旋轉的主風輪，且主風輪轉速滿足下述關系式Nzr=60×(fg-fe)Pg+Pe]]>其中Nzr表示主風輪轉速；Pg表示環形轉子外側繞組極對數；Pe表永磁內轉子的極對數；fg表示定子頻率；fe表示永磁內轉子折算頻率；3).在發電機的副傳動軸12端部配置的副風輪帶動永磁內轉子以Ne速度相對主風輪反向旋轉，且永磁內轉子折算頻率滿足下述關系式fe=Ne×Pe60]]>其中Ne表示副風輪相對定子轉速；4).在副傳動軸上配置以Nzre轉速相對旋轉的、具有Pe極對數的永磁內轉子，該永磁內轉子相對環形轉子旋轉的轉速滿足下述關系式Nzre＝Nzr+Ne其中Nzre表示永磁內轉子相對環形轉子旋轉的轉速；5).當主風輪低于額定轉速時，機組集控裝置進行主風輪葉尖速比控制經由風速檢測裝置聯結的端口(D1)測得的風速和通過轉速測量裝置(G)測得的主風輪轉速傳輸給機組集控裝置(5)，經與機組集控裝置預設的主風輪葉尖速比數值比對，計算出槳距角的調節數值，再與主風輪槳距角測量裝置(G38)采集的槳距角值比對，由機組集控裝置對主風輪變槳距調節機構(38)發出變槳指令；由機組集控裝置按照Nzr=60×(fg-fe)Pg+Pe]]>關系式對主、副風輪變速控制；6).當主風輪達到額定轉速時，機組集控裝置對發電機進行功率控制經由輸出電流檢測裝置(G3)測得的發電機的輸出電流和經由輸出電壓測量裝置(G4)測得的發電機的輸出電壓傳輸給機組集控裝置(5)，經由該機組集控裝置運算出的發電機輸出功率值與預設的額定功率數值比對；符合預設值時，機組集控裝置將采集到的由風速檢測裝置聯結的端口(D1)測得的風速和通過轉速測量裝置(G)測得的主風輪額定轉速，計算出該風速下主風輪額定轉速的槳距角的調節數值，再與主風輪槳距角測量裝置(G38)采集的槳距角值比對，由機組集控裝置對主風輪變槳距調節機構(38)發出變槳指令；7).當主風輪以低于或符合額定轉速運行時，機組集控裝置通過副風輪對發電機進行頻率控制機組集控裝置(5)采集電網頻率檢測裝置(G2)頻率數值與主、副風輪設定轉速下計算得到的發電機輸出電壓頻率數值比對，計算出該風速下副風輪槳距角的調節數值，再與副風輪槳距角測量裝置(G28)采集的槳距角值比對，由機組集控裝置(5)對副風輪變槳距調節機構(28)發出變槳指令，使副風輪按機組集控裝置預設的規律相對主風輪反向旋轉，并形成使發電機定子電壓頻率始終為50Hz的變化轉速；8).當主風輪轉速達到額定轉速的1.2-1.5倍時，同時副風輪轉速達到最低轉速0速時，制動器(15)啟動。
2.如權利要求1所述的套疊式雙轉子發電機勵磁方法，其特征在于，所述環形轉子外側繞組極對數(Pg)設置為大于環形轉子內側繞組極對數(Pe)；
3.如權利要求1或2所述的套疊式雙轉子發電機勵磁方法，其特征在于，所述當發電機達到額定輸出功率時，機組功率因數控制在cosθ＝1左右運行；當發電機輸出有功功率較小時，機組輸出cosθ＜1的感性無功功率；當發電機轉速低于額定最低轉速或發電機輸出功率高于最大輸出功率時，從電網上解列發電機，通過并網控制裝置等配置完成軟解列。
4.如權利要求3所述的套疊式雙轉子發電機勵磁方法，其特征在于，所述環形轉子外側繞組極對數是環形轉子內側繞組極對數的3倍；裝配在主傳動軸上的主風輪與裝配在副傳動軸的副風輪借由葉片槳距角的相對反方向調節呈相對反向旋轉配置。
5.一種套疊式雙轉子變速恒頻發電機，包括發電機主體(1)，其特征在于，發電機的永磁內轉子(17)通過副傳動(12)軸傳動、呈相對定子(16)旋轉的構造裝置在發電機主體機殼內；發電機的環形轉子(14)通過主傳動軸(13)傳動，該環形轉子呈環抱并可繞永磁內轉子旋轉的構造裝置，且該環形轉子呈相對定子旋轉的構造配置；發電機定子與環形轉子匹配設置；所述的環形轉子(14)由環抱永磁內轉子的環形轉子鐵心(141)和與環形轉子鐵心匹配結合的環形轉子內側繞組(142)、環形轉子外側繞組(143)組成，將借由副風輪傳動的副傳動軸(12)與借由主風輪傳動的主傳動軸(13)成可相互轉動的聯結方式同軸安裝、由副傳動軸將副風輪的動力傳遞給永磁內轉子。
6.如權利要求5所述的套疊式雙轉子變速恒頻發電機，其特征在于，副風輪相對主風輪呈反向對風旋轉的傳動構造裝置在副傳動軸的軸身端部，該副風輪按F2方向呈上風向對風旋轉安裝；該主風輪(3)呈下風向旋轉的傳動構造裝配在主傳動軸(13)上，該主傳動軸的另一端伸入機殼通過環形轉子支撐單元(140)與環形轉子呈動力傳動構造配置；該主風輪呈下風向對風旋轉安裝。
7.如權利要求6所述的套疊式雙轉子變速恒頻發電機，其特征在于，所述的環形轉子(14)借由其兩端分別設置的環形轉子支撐單元(140)環抱前述永磁內轉子(17)裝置在主傳動軸(13)上；
8.如權利要求7所述的套疊式雙轉子變速恒頻發電機，其特征在于，所述的副傳動軸借由配置在發電機第一端蓋(111)部的第一軸承(115)支撐，伸出機殼(11)裝置副風輪；所述的主傳動軸的一端借由配置在發電機第二端蓋(112)部的第二軸承(116)支撐伸出機殼與主風輪裝配。
9.如權利要求8所述的套疊式雙轉子變速恒頻發電機，其特征在于，所述的環形轉子支撐單元與傳動軸結合的部位設置使環形轉子隨主傳動軸旋轉的軸承件(1401)。
10.如權利要求9所述的套疊式雙轉子變速恒頻發電機，其特征在于，所述的主、副傳動軸均具有預設直徑的中空通孔(120、130)；用于副風輪剎車的制動器(15)設置在發電機端蓋與副風輪輪轂之間。
全文摘要
一種套疊式雙轉子發電機勵磁方法及其發電機，其中，發電機的副傳動軸上配置由該副傳動軸傳動的相對定子旋轉的永磁內轉子；發電機的主傳動軸上配置由該主傳動軸傳動的相對定子旋轉的環形轉子；環形轉子又呈環抱永磁內轉子并可繞永磁內轉子旋轉的構造配置；主、副風輪上設置可將轉速的信號傳送到機組集控裝置的主風輪轉速測量裝置、副風輪轉速測量裝置；偏航控制器與機組集控裝置以控制主風輪下風向旋轉的方式聯結。本案雙風輪機構中較大直徑的主風輪為發電用，較小直徑的副風輪為調節勵磁頻率兼發電用，偏航控制器負責控制主風輪下風向對風旋轉，主力發電；副風輪上風向對風反向旋轉，輔助發電，大大提高效能。
文檔編號H02J3/38GK1976206SQ200610130170
公開日2007年6月6日 申請日期2006年12月14日 優先權日2006年12月14日
發明者王華君 申請人:天津市新源電氣科技有限公司