用于由風力渦輪機驅動的超導直流發電機的方法和設備技術

本發明專利技術公開用于由風力渦輪機驅動的超導直流發電機的方法和設備，其包括：環形電樞，其可連接為與風力渦輪機的旋轉部件一起旋轉；靜止的環形勵磁繞組，其與電樞同軸并通過間隙與電樞隔開。勵磁繞組被配置成包括超導線圈磁體和可連接到風力渦輪機塔架的上部區域的支撐結構。該直流發電機進一步包括換向器組件，其被配置成將由旋轉電樞產生的DC電流傳遞到功率轉換系統。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及發電機，并且更具體地涉及風力渦輪機和超導直流(DC)發電機。
技術介紹
由風力渦輪機的葉片驅動的直接驅動型發電機是高效的，并且由于從渦輪機葉片將轉矩傳送到DC發電機，所以有最小損耗。風力渦輪機塔架上的直接驅動型傳統發電機通常具有6兆瓦(MW)或更小的額定功率。傳統的直接驅動型發電機典型地具有低轉矩密度，對于額定功率超過大約6MW的風力渦輪機塔架則太重。齒輪箱不可靠，不適合風力渦輪機塔架的長壽命工作。 此外，交流(AC)風力發電機必須經過總功率轉換以將所產生的功率轉換成電網連接需要的特定電壓的50-60周波的AC。此轉換典型地是由電力電子(PE)轉換器完成的，其由整流器組成，以在第一級中將AC轉換成直流(DC)，然后在逆變級產生期望AC。長期以來一直有對能夠產生更高電功率，例如1(MW的風力渦輪機的直接驅動型發電機的需求。此外，還有對允許去掉或簡化第一級轉換器的DC發電機的需求，從而使成本、大小和重量降低，可以允許經濟運輸、安裝在風力渦輪機塔架上，并伴隨可靠性的提高。
技術實現思路
本申請涉及由風力渦輪機驅動的超導直流(DC)發電機的實施例。直流(DC)發電機包括環形電樞，與電樞同軸并通過間隙與電樞隔開的靜止的環形勵磁繞組，用于勵磁繞組的非旋轉支撐件，固定支撐件和換向器組件。環形電樞可連接為與風力渦輪機的旋轉部件一起旋轉。靜止的環形勵磁繞組與電樞同軸并通過間隙與電樞隔開。勵磁繞組包括超導線圈磁體。固定支撐件將所述用于勵磁繞組的非旋轉支撐件耦連到底座，底座固定到所述風力渦輪機的上部區域。所述固定支撐件在一個端部區域連接到所述非旋轉支撐件，并在相對端部區域連接到所述底座。所述固定支撐件將所述勵磁繞組懸掛在所述底座上。換向器組件被配置成將由旋轉電樞產生的DC電流傳遞到功率轉換系統。進一步的，所述換向器組件包括第一旋轉部分和第二靜止部分，第一旋轉部分緊鄰所述環形電樞設置并被配置成隨其旋轉，第二靜止部分耦連到靜止平臺并被配置成接收由旋轉電樞產生的、經過所述第一旋轉部分的、作為輸出直流電的能量。進一步的，所述靜止平臺被配置成與所述功率轉換系統電聯通。進一步的，所述第一旋轉部分包括緊鄰所述環形電樞設置并被配置成隨其旋轉的至少兩個換向器區段，所述至少兩個換向器區段被配置成與所述旋轉電樞電接觸。進一步的，所述至少兩個換向器區段電連接到所述環形電樞的多個電線端。進一步的，所述第二靜止部分包括至少兩個靜止的換向器電刷，所述換向器電刷耦連到所述靜止平臺并被配置成接收由所述旋轉電樞產生的、經過至少兩個旋轉的換向器區段的、作為輸出直流電的能量。進一步的，所述第一旋轉部分包括鄰近所述環形電樞設置并被配置成隨其旋轉的至少兩個旋轉的換向器電刷，所述至少兩個旋轉的換向器電刷被配置成與所述旋轉電樞電接觸。進一步的，至少兩個換向器電刷電連接到所述環形電樞的多個電線端。進一步的，所述第二靜止部分包括至少兩個換向器區段，所述換向器區段耦連到所述靜止平臺并被配置成接收由所述旋轉電樞產生的、經過至少兩個旋轉的換向器區段的、作為輸出直流電的能量。進一步的，所述發電機安裝在塔架的頂部上。進一步的，進一步包括至少一個再冷凝器，所述至少一個再冷凝器安裝在比所述勵磁繞組更高的高度。本申請的另一實施例涉及一種直流(DC)發電機，包括環形電樞，其由風力渦輪 機直接驅動并與所述風力渦輪機的旋轉部件一起旋轉；非旋轉環形勵磁繞組，其與所述電樞同軸并通過環形間隙與所述電樞隔開，其中所述勵磁繞組包括超導線圈磁體；用于所述勵磁繞組的非旋轉支撐件；固定支撐件，其將用于所述勵磁繞組的非旋轉支撐件耦連到底座，底座固定到所述風力渦輪機的上部區域，其中所述固定支撐件在一個端部區域連接到所述非旋轉支撐件，并在相對端部區域連接到所述底座，并且其中所述固定支撐件將所述勵磁繞組懸掛在所述底座上；和換向器組件，其被配置成將由所述旋轉電樞產生的DC電流傳遞到功率轉換系統，所述換向器組件包括第一旋轉部分和第二靜止部分，第一旋轉部分緊鄰所述環形電樞設置并被配置成隨其旋轉，第二靜止部分耦連到靜止平臺并被配置成接收由所述旋轉電樞產生的通過至少兩個換向器區段的直流電。進一步的，所述第一旋轉部分包括緊鄰所述環形電樞設置并被配置成隨其旋轉的至少兩個換向器區段，所述至少兩個換向器區段被配置成與所述旋轉電樞電接觸。進一步的，所述第二靜止部分包括至少兩個靜止的換向器電刷，所述換向器電刷耦連到所述靜止平臺并被配置成接收由所述旋轉電樞產生的、經過至少兩個旋轉的換向器區段的、作為輸出直流電的能量。進一步的，所述第一旋轉部分包括至少兩個旋轉的換向器電刷，所述至少兩個旋轉的換向器電刷緊鄰所述環形電樞設置并被配置成隨其旋轉，所述至少兩個旋轉的換向器電刷被配置成與所述旋轉電樞電接觸。進一步的，所述第二靜止部分包括至少兩個換向器區段，所述換向器區段耦連到所述靜止平臺并被配置成接收由所述旋轉電樞產生的、經過至少兩個旋轉的換向器區段的、作為輸出直流電的能量。本申請進一步提供一種用于安裝在塔架上的風力渦輪機上以產生直流電(DC)的方法，包括在DC發電機的非旋轉環形勵磁繞組中產生磁場，其中所述勵磁繞組包括超導線圈磁體，且所述DC發電機安裝在風力渦輪機的塔架的上部部分；施加來自風力渦輪機的轉矩以使所述DC發電機的電樞旋轉，其中所述電樞與所述超導勵磁繞組同軸，并電磁耦連到所述超導勵磁繞組；通過所述電樞繞靜止勵磁繞組的旋轉在所述電樞中產生電流；將來自旋轉電樞的直流電通過換向組件傳遞到功率轉換系統；使用冷卻液體將所述超導線圈磁體冷卻到超導狀態，冷卻液體冷卻線圈時至少部分蒸發；和在高度高于所述DC發電機的再冷凝器中使蒸發的冷卻液體冷凝，其中冷凝的冷卻液體通過重力流至所述超導線圈磁體。進一步的，所述方法進一步包括通過所述換向器組件傳遞直流電，其中第一旋轉部分緊鄰環形電樞設置并被配置成隨其旋轉，所述第一旋轉部分被配置成與所述旋轉電樞電接觸，第二靜止部分耦連到靜止平臺并被配置成接收由所述第一旋轉部分產生的能量。進一步的，所述方法進一步包括通過所述換向器組件傳遞直流電，其中所述第一旋轉部分包括緊鄰所述環形電樞設置并被配置成隨其旋轉的至少兩個換向器區段，所述至少兩個換向器區段被配置成與所述旋轉電樞電接觸，并且其中所述第二靜止部分包括至少兩個靜止的換向器電刷，所述至少兩個靜止的換向器電刷耦連到所述靜止平臺并被配置成接收由所述旋轉電樞產生的、經過至少兩個旋轉的換向器區段的、作為輸出直流電的能量。進一步的，所述方法進一步包括通過所述換向器組件傳遞直流電，其中所述第一旋轉部分包括緊鄰所述環形電樞設置并被配置成隨其旋轉的至少兩個旋轉的換向器電刷，所述至少兩個旋轉的換向器電刷被配置成與所述旋轉電樞電接觸，并且其中所述第二靜止部分包括至少兩個換向器區段，所述至少兩個換向器區段耦連到所述靜止平臺并被配置成接收由所述旋轉電樞產生的、經過至少兩個旋轉的換向器區段的作為輸出直流電的能量。結合幾幅附圖和所附權利要求閱讀以下的具體實施方式時，本申請的這些和其它 特征以及改進對本領域技術人員是顯然的。附圖說明結合附圖并參照如下具體實施方式，本公開的上述和其它方面、特征和優點將變得顯然，其中圖I是具有帶超導電磁部件的直接驅動型直流(DC)發電機的風力渦輪機；圖2是以截本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種直流DC發電機(22)，包括：環形電樞(24)，其可連接為與風力渦輪機(10)的旋轉部件(18)一起旋轉；靜止的環形勵磁繞組(26)，其與所述電樞(24)同軸并通過間隙與所述電樞(24)隔開，其中所述勵磁繞組(26)包括超導線圈磁體(68)；用于所述勵磁繞組(26)的非旋轉支撐件(44，54)；固定支撐件(40)，其將所述用于勵磁繞組(26)的非旋轉支撐件(44，54)耦連到底座(38)，所述底座(38)固定到所述風力渦輪機(10)的上部區域，其中所述固定支撐件(40)在一個端部區域連接到所述非旋轉支撐件(44，54)，并在相對端部區域連接到所述底座(38)，并且其中所述固定支撐件(40)將所述勵磁繞組(26)懸掛在所述底座(38)上；和換向器組件(90)，其被配置成將由旋轉電樞(24)產生的DC電流傳遞到功率轉換系統(100)。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：JW布雷，
申請(專利權)人：通用電氣公司，
類型：發明
國別省市：