用于产生三相AC电压的系统和设备的制作方法

本发明涉及一种用于产生三相ac电压的系统和设备。

背景技术：

用于产生三相ac电压并且用于将三相ac电压供应到电网的设备是众所周知的，并且该设备被用于发电厂中。这种类型的设备可以具有至少一个涡轮和至少一个三相发电机，特别是涡轮发电机，该涡轮发电机通过涡轮来驱动。这样的涡轮例如可以是联合循环燃气涡轮(ccgt)设备的燃气涡轮、或燃气涡轮设备的燃气涡轮、或蒸汽涡轮发电设备的蒸汽涡轮。

涡轮的涡轮转子通常以刚性方式或旋转固定方式而被连接到三相发电机的转子。为了能够通过涡轮转子的旋转在50hz或60hz的常规电网频率下使用三相发电机来产生三相ac电压，并且为了能够将所述三相ac电压馈送到电网中，涡轮转子通常必须在50hz或60hz的工作频率下旋转。

由于燃气涡轮在50hz的工作频率下(50hz燃气涡轮)的功率和效率大于在对应的60hz燃气涡轮情况下的功率和效率，所以以下也得到关注，即，使用50hz燃气涡轮来在60hz的电网频率(60hz电网)下为电网供电。

出版物“coggingtorqueincost-effectivesurface-mountedpermanent-magnetmachines”，youngpang等人，ieeetransactionsonmagnetics，ieeeservicecenter，newyork，ny，us，第47卷，第9期，2011年9月1日，第2269-2276页公开了具有两极转子的旋转电机的配置，通过该配置，齿槽效应转矩可以被减小。

出版物“designtechniquesforreducingthecoggingtorqueinsurface-mountedpmmotors”，nicolabianchi等人，ieeetransactionsonindustryapplications，ieeeservicecenter，piscataway，nj，us，第38卷，第5期，2002年9月1日，公开了一种旋转电机的配置，通过该配置，齿槽效应转矩可以被减小。为此目的，电机的转子的永磁体可以以相对于彼此偏移的方式而被布置。

技术实现要素：

本发明的目的是实现涡轮的可用性，以便为电网供应电能，该涡轮的工作频率低于电网的电网频率。

根据本发明的用于产生三相ac电压的系统包括至少一个三相发电机，该三相发电机具有两极转子，该两极转子具有两个磁极，这两个磁极相对于转子的转子旋转轴线以相对于彼此不均匀地沿周向偏移的方式而被布置；以及至少一个滤波器单元，能够被用来对通过三相发电机产生的三相ac电压的相电压滤波。

由于根据本发明的三相发电机的转子的两个磁极的不均匀的沿周向偏移，转子的磁极不在垂直于转子的转子旋转轴线走向的公共轴线上，换句话说，转子的磁极相对于彼此并非处于通常的极间距180°。相反地，将一个磁极与转子旋转轴线相连接的轴线和将另一磁极与转子旋转轴线相连接的轴线被布置为呈钝角或锐角。这导致在转子的旋转方向在一个磁极之后的另一磁极位于比180°增加或减小的极间距。与通常的近似正弦的振荡相比较，这在三相发电机的定子的定子绕组中感应出相对大的失真振荡。所述振荡的特征在于，第一半波比第二半波进行得更快或更慢。所述感应电压的傅立叶分解包含各种频率范围内的各种振荡分量。取决于三相ac电压将要被馈送进入的相应电网的电网频率，这样的馈送进入不需要的那些振荡分量，特别是在其频率与电网频率相对应的振荡之外的所有振荡分量，可以通过合适的滤波器电路而从感应电压中被滤除。滤波器单元可以具有滤波器电路，该滤波器电路适于通过三相发电机产生的三相ac电压，并且适于要为其供电的电网的电网频率。

为了形成这样的转子，可以制造一种特定的转子。作为备选方案，可以借助于传统转子，但是该传统转子的转子绕组被改变，以便实现转子的磁极的不均匀的沿周向偏移。这种类型的传统转子可以通过适当措施(例如，借助于可能存在的转子的非缠绕沟槽)来进行机械平衡，这些非缠绕沟槽填充有置换体。

根据本发明的三相发电机可以被使用在用于产生三相ac电压的设备中，其中涡轮转子的工作频率或通过涡轮产生的驱动转速可以任意地低于如下电网的电网频率，该电网是三相ac电压将要被馈送进入的电网。在这种情况下，仅需转子的磁极之间的极间距适应涡轮转子的工作频率和电网的电网频率之间的相应差异即可。

例如，当使用根据本发明的三相发电机时，可以使用驱动三相发电机转子的50hz燃气涡轮产生60hz的三相ac电压。于是，50hz燃气涡轮由此可以被用来向60hz电网供电。作为备选方案，还可以相应地使用50hz蒸汽涡轮来为60hz电网供电。

与传统的60hz燃气涡轮单元相比较，设置有根据本发明的三相发电机的设备的功率和效率更高。例如，由于50hz燃气涡轮的最大功率比对应的60hz燃气涡轮的最大功率高44％，所以大型60hz发电设备可以被设计成具有更少的块。例如，对于目前已经利用四个60hz燃气涡轮ccgt部分来实现的发电设备，现在在使用根据本发明的三相发电机的情况下，则可以用三个50hz燃气涡轮ccgt部分来实现。结果是，省略了由燃气涡轮、发电机、开关联接器、罐、蒸汽涡轮和过程控制技术组成的整个部分，这导致成本大大节省。

转子的旋转方向上的两个磁极之间的极角间距优选为210°。结果是，在定子绕组中感应出的电压振荡的第一半波比电压振荡的第二半波进行得更快。在这种情况下，转子的磁南极可以例如相对于如下轴线成30°角布置，该轴线垂直于转子旋转轴线走向，并且转子的磁北极在该轴线上。这导致磁南极在转子旋转的相反方向上，以150°的极间距在磁北极之后。然后，在定子绕组中感应出的电压振荡的第一半波可以近似对应于，例如60hz的半波，而电压振荡的第二半波可以对应于例如40hz的半波。除了其他振荡分量之外，所述感应电压的傅里叶分解还包含40hz、50hz和60hz的振荡。与通常的近似正弦50hz的振荡相比较，转子的这种配置在定子绕组中感应出相对大的失真振荡。所述振荡的特征在于，振荡的第一半波比第二半波进行得更快。为了能够向60hz电网供应三相ac电压，所有不需要的振荡分量(换句话说，60hz振荡之外的所有振荡分量)都可以通过合适的滤波器电路而从感应电压中被滤除。

优选地，三相发电机包括定子，该定子具有至少一个分数节距定子绕组。通过定子绕组的分数节距的合适配置，可以对在三相发电机的转子和定子之间的气隙中旋转的旋转磁场滤波。作为备选方案或另外地，所述滤波也可以通过定子绕组的合适的其他配置(特别是几何配置)来实现。所述滤波可以减少通过三相发电机产生的三相ac电压中的不期望的振荡分量。

定子优选为60hz定子，转子优选为50hz转子。这意味着定子是三相发电机的定子，工作频率为60hz，转子是三相发电机的转子，工作频率为50hz。50hz转子通过50hz涡轮来驱动。

优选地，滤波器单元在通过三相发电机产生的三相ac电压的每相上包括一个串联谐振电路。每个串联谐振电路包括电容和电感，电容和电感与相应的滤波进行协调，以便能够向相应的电网馈送三相ac电压，该电压的频率与电网的电网频率相对应。

根据本发明的用于产生三相ac电压的设备包括至少一个涡轮以及根据上文所提及的配置中的一个配置或其任意组合的至少一个系统，其中燃气涡轮的涡轮转子以旋转固定方式被连接到三相发电机的转子，并且其中涡轮转子的工作频率低于通过滤波器单元所滤波的三相ac电压的频率。

因而，上文关于系统所提及的优点与设备相关联。涡轮可以是燃气涡轮或蒸汽涡轮。特别地，涡轮可以是50hz涡轮。三相发电机和滤波器单元可以以这样的方式配置，使得60hz的三相ac电压可以通过在50hz下旋转的三相发电机的转子来产生。

附图说明

基于优选实施例，参考附图通过示例的方式对本发明进行解释，其中下文所描述的特征可以构成本发明的一方面，它们既可以单独使用，也可以彼此进行不同组合。在图中：

图1示出了根据本发明的三相发电机的示例性实施例的示意图；以及

图2示出了根据本发明的设备的示例性实施例的示意图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的用于产生三相ac电压的设备(未示出)的三相发电机1的示例性实施例的示意性横截面。

三相发电机1包括两极转子2，两极转子2具有两个磁极3和4，其中磁极3是磁北极，并且磁极4是磁南极。三相发电机1还包括定子5，定子5具有定子绕组6，尤其是分数节距定子绕组，其中由于转子2围绕其转子旋转轴线7的旋转而感应出电压。定子5是60hz定子，并且转子2是50hz转子。

磁极3和4相对于转子2的转子旋转轴线7以相对于彼此不均匀地沿周向偏移的方式而被布置。特别地，磁极3和4相对于转子2的转子旋转轴线7以相对于彼此不均匀地沿周向偏移的方式而被布置，以使得在转子2的旋转方向(由箭头9指示)上的磁极3和4之间的极角间距大于180°。特别地，在所示的示例性实施例中，在转子2的旋转方向上的极角间距8是210°。因此，转子2的磁极4相对于轴线10成30°角布置，该轴线10垂直于转子旋转轴线7走向，并且转子2的磁极3位于该轴线10上。因此，磁极4在转子旋转的相反方向上，以150°的极间距在磁极3之后。在定子绕组6中感应出的电压振荡的第一半波近似对应于60hz的半波，而电压振荡的第二半波近似对应于40hz的半波。振荡的第一半波比第二半波进行得更快。除了其他振荡分量之外，所述感应电压的傅里叶分解还包含40hz、50hz和60hz的振荡。与通常的近似正弦50hz的振荡相比较，转子2的这一配置在定子绕组6中感应出相对大的失真振荡。为了能够向60hz电网供应60hz的三相ac电压，所有不需要的振荡分量(换句话说，60hz振荡之外的所有振荡分量)都通过滤波器电路(未示出)而从感应电压中被滤除。

图2示出了根据本发明的用于产生三相ac电压的设备11的示例性实施例的示意图。

设备11包括50hz燃气涡轮形式的涡轮12。设备11还包括用于产生三相ac电压的系统13。系统13被连接到60hz的三相ac电压将要被馈送进入的60hz电网14。

系统13包括三相发电机1，三相发电机1可以按照图1进行配置。从三相发电机1中，图2中仅示出了具有三个绕组电阻器15的定子电路图，该三个绕组电阻器15表示定子绕组。涡轮12的涡轮转子(未示出)以旋转固定方式被连接到三相发电机1的转子(未示出)。

该设备还包括滤波器单元16，滤波器单元16可以被用来对通过三相发电机1产生的相电压滤波。滤波器单元16在通过三相发电机1产生的三相ac电压的每相上包括一个串联谐振电路17。每个串联谐振电路17包括电感18和电容19。涡轮转子的工作频率低于通过滤波器单元16滤波的三相ac电压的频率。

尽管已经通过优选的示例性实施例对本发明进行了更详细地描述和说明，但是本发明不受所公开的示例的限制，并且本领域技术人员可以在不脱离保护范围的情况下从中导出其他变型。