基于无刷双馈电机的变频装置及其使用方法

本发明涉及一种可变频变压器，尤其涉及基于无刷双馈电机的变频装置及其使用方法，属于电能变换装置，可用于风力发电低频输电系统和隔离型变频电源系统。

背景技术：

1、可变频变压器作为一种电能变换装置，在风力发电低频输电系统和隔离型变频电源系统中有着重要的应用。可变频变压器其本质由一台双馈电机和一台驱动电机组合构成。目前，可变频变压器中使用的双馈电机均为绕线转子异步双馈电机，由于存在电刷滑环结构，导致电机可靠性降低。

2、为了克服上述困难，本发明提出了一种基于无刷双馈电机的变频装置，具有转子结构简洁可靠性高的优点，非常适合应用于风力发电低频输电系统和隔离型变频电源系统。

技术实现思路

1、发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于无刷双馈电机的变频装置及其使用方法，采用无刷双馈电机、驱动电机、背靠背变流器等构成可变频变压器的基本结构，具有转子结构简洁可靠性高的优点。

2、技术方案：本发明提供了一种基于无刷双馈电机的变频装置，主要包括无刷双馈电机、驱动电机、背靠背变流器；

3、所述无刷双馈电机为绕线转子无刷双馈电机、凸极转子无刷双馈电机、永磁磁场调制无刷双馈电机中的任意一种；

4、所述驱动电机为永磁同步电机、定子永磁电机、感应子电机中的任意一种；

5、所述驱动电机转子与无刷双馈电机转子相连，所述无刷双馈电机的控制绕组通过背靠背变流器与50 hz电网相连，无刷双馈电机的功率绕组和驱动电机的绕组其中之一与50 hz电网相连，另一个与低频电网相连或者隔离型变频电源系统的输出侧负载相连。

6、优选的，当所述无刷双馈电机采用永磁磁场调制无刷双馈电机时，驱动电机转子与永磁磁场调制无刷双馈电机的调磁环转子相连。

7、将上述变频装置应用于风力发电低频输电系统，所述变频装置位于陆上，所述风力发电机位于海岛或者海面上，多台风力发电机发出的电汇流后经过升压变压器升压后，再经海底低频交流输电电缆连接到降压变压器降压，最后连接到变频装置上；多台风力发电机的转速保持一致，采用最大功率控制策略，风力发电机转速变化，通过背靠背变流器调节控制绕组电流的频率和大小，使得与50 hz电网连接的绕组的电压频率始终保持在50hz。

8、优选的，变频装置的驱动电机转子与无刷双馈电机转子之间采用径向同轴连接；当无刷双馈电机为永磁磁场调制无刷双馈电机时，无刷双馈电机的功率绕组与50 hz电网相连，驱动电机的绕组与低频电网相连；当无刷双馈电机为绕线转子无刷双馈电机或者凸极转子无刷双馈电机时，无刷双馈电机的功率绕组与低频电网相连，驱动电机的绕组与50hz电网相连。

9、将上述变频装置应用于隔离型变频电源系统，所述驱动电机转子与无刷双馈电机转子之间采用轴向串联连接，所述无刷双馈电机的功率绕组与50 hz电网相连，驱动电机的绕组与输出侧负载相连。

10、优选的，所述输出侧负载为风机调速电机或者阻感性负载。当所述输出侧负载为风机调速电机时，采用vf控制方法：通过背靠背变流器调节控制绕组电流频率，进而调节驱动电机绕组的频率，同时通过调节励磁电流对驱动电机绕组的输出电压进行调节，使得电压和频率的比值保持不变。

11、优选的，通过转子极对数的选取或者增速齿轮箱将驱动电机转子转速倍增，实现驱动电机的绕组输出电压频率倍增。

12、有益效果：本发明提供的基于无刷双馈电机的变频装置，可用于风力发电低频输电系统和隔离型变频电源系统，具有转子结构简洁可靠性高的优点。

技术特征：

1.基于无刷双馈电机的变频装置，其特征在于：包括无刷双馈电机、驱动电机、背靠背变流器；

2.如权利要求1所述的基于无刷双馈电机的变频装置，其特征在于：当所述无刷双馈电机采用永磁磁场调制无刷双馈电机时，驱动电机转子与永磁磁场调制无刷双馈电机的调磁环转子相连。

3.如权利要求1或2所述的变频装置的使用方法，其特征在于，将所述变频装置应用于风力发电低频输电系统，所述变频装置位于陆上，所述风力发电机位于海岛或者海面上，多台风力发电机发出的电汇流后经过升压变压器升压后，再经海底低频交流输电电缆连接到降压变压器降压，最后连接到变频装置上；多台风力发电机的转速保持一致，采用最大功率控制策略，风力发电机转速变化，通过背靠背变流器调节控制绕组电流的频率和大小，使得与50 hz电网连接的绕组的电压频率始终保持在50 hz。

4.如权利要求3所述的变频装置的使用方法，其特征在于，所述变频装置的驱动电机转子与无刷双馈电机转子之间采用径向同轴连接；当无刷双馈电机为永磁磁场调制无刷双馈电机时，无刷双馈电机的功率绕组与50 hz电网相连，驱动电机的绕组与低频电网相连；当无刷双馈电机为绕线转子无刷双馈电机或者凸极转子无刷双馈电机时，无刷双馈电机的功率绕组与低频电网相连，驱动电机的绕组与50 hz电网相连。

5.如权利要求3所述的变频装置的使用方法，其特征在于，将所述变频装置应用于隔离型变频电源系统，所述驱动电机转子与无刷双馈电机转子之间采用轴向串联连接，所述无刷双馈电机的功率绕组与50 hz电网相连，驱动电机的绕组与输出侧负载相连。

6.如权利要求5所述的变频装置的使用方法，其特征在于，所述输出侧负载为风机调速电机或者阻感性负载。

7.如权利要求6所述的变频装置的使用方法，其特征在于，当所述输出侧负载为风机调速电机时，采用vf控制方法：通过背靠背变流器调节控制绕组电流频率，进而调节驱动电机绕组的频率，同时通过调节励磁电流对驱动电机绕组的输出电压进行调节，使得电压和频率的比值保持不变。

8.如权利要求5所述的变频装置的使用方法，其特征在于，通过转子极对数的选取或者增速齿轮箱将驱动电机转子转速倍增，实现驱动电机的绕组输出电压频率倍增。

技术总结
本发明公开了基于无刷双馈电机的变频装置及其使用方法，属于电能变换装置技术领域。本发明包括无刷双馈电机、驱动电机、背靠背变流器，无刷双馈电机为绕线转子无刷双馈电机、凸极转子无刷双馈电机、永磁磁场调制无刷双馈电机中的一种，驱动电机为永磁同步电机、定子永磁电机、感应子电机中的一种。根据应用场景，驱动电机转子与无刷双馈电机转子之间，采用径向同轴连接或者轴向串联。无刷双馈电机的控制绕组通过背靠背变流器与50 Hz电网相连。功率绕组和驱动电机的绕组，根据应用场景和双馈电机的类型的不同，与50 Hz电网或者低频电网相连。本发明提出的变频装置，转子结构简洁可靠性高，适用于风力发电低频输电系统和隔离型变频电源系统。

技术研发人员：刘龙建,于克训,谢贤飞,张明,饶波,刘志坚,郭成,虞忠明,孙向飞
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7