Generador síncrono y sistema de generador síncrono.

Un generador síncrono, que comprende

un rotor (20) que tiene un devanado (23) de campo colocado en las ranuras (22) del mismo y un estator (10) que tiene un devanado (13) de la armadura colocado en las ranuras (12) del mismo,

donde el generador es un generador síncrono excitado por corriente alterna en el cual el devanado (23) de campo está excitado por una corriente alterna, y en el cual se genera la potencia eléctrica en el devanado (13) de la armadura,

caracterizado por que

el valor del número de ranuras (12) por cada dos polos del estator (10) menos el número de ranuras (22) por cada dos polos en el rotor (20) |N1 - N2| es igual a 9, 12, 15, 18, 21 o 24.

Generador síncrono y sistema de generador síncrono

La presente invención está relacionada con un generador síncrono y un sistema de generador síncrono accionado por un molino de viento.

Con el fin utilizar un generador síncrono excitado por corriente alterna en un sistema de generación de potencia eólica, es esencial reducir el peso del generador síncrono excitado por corriente alterna, en comparación con los antagonistas convencionales. El requisito de la reducción de peso procede de la razón siguiente. Cuando se construye un sistema de generación de potencia eólica, el generador debe ser elevado hasta la barquilla por medio de una grúa. En un sistema de generación de potencia eólica que utilice un molino de viento de gran tamaño, la barquilla está situada a más de 100 metros por encima del nivel del suelo. Como la resistencia y por tanto el diámetro de la columna que soporta el molino de viento se determina por el peso del generador, la reducción de peso del generador se toma en mucha más consideración para el sistema de generación de potencia eólica que para los demás tipos de sistemas generadores de potencia.

Una manera de reducir el peso de un generador síncrono excitado por corriente alterna es reducir la longitud de la separación aérea entre el estator y el rotor. La reducción de la separación aérea conduce a reducir la resistencia magnética de la separación aérea, de manera que se puede disminuir la corriente de excitación que fluye a través del devanado de campo. Consecuentemente, puede disminuirse el área de la sección transversal del conductor del devanado de campo, de manera que el generador resultante puede disminuirse en tamaño y peso.

Sin embargo, si se reduce la separación aérea, el cambio espacial de la resistencia magnética de la separación aérea se hace grande debido a la existencia de ranuras en el estator y el rotor, de manera que se refuerza la distorsión de la forma de onda de la corriente de la armadura.

El documento JP-A-3-270664 divulga una técnica que está diseñada para mejorar la forma de onda de la corriente de la armadura, donde los números de las ranuras en el estator y el rotor y los pasos del devanado del estator y el rotor están optimizados para mejorar la forma de onda.

El documento JP-A-7-15901 divulga una técnica diseñada para mejorar la forma de onda de la corriente de la armadura, donde los pasos del devanado se eligen de manera que se pueden minimizar los factores del devanado relativos a los armónicos más altos asociados con las ranuras.

El documento JP-A-2005-304271 divulga una técnica para suprimir la distorsión de la forma de onda de la corriente de la armadura, haciendo el número de ranuras igual a +6 por cada dos polos del estator menos el número de ranuras por cada dos polos del rotor.

De acuerdo con la técnica divulgada en el documento JP-A-03-270664, el devanado del estator tiene forma de devanado de ranuras fraccionadas, para suavizar la forma de onda de las tensiones de salida. Sin embargo, el efecto de reducir la distorsión de la forma de onda de la corriente de la armadura es a veces pequeño en una máquina eléctrica rotativa con devanado del estator con ranuras fraccionadas.

Un generador síncrono excitado por corriente alterna tiene generalmente la misma estructura que las máquinas de inducción del tipo de rotor devanado convencional. Y las técnicas divulgadas en los documentos JP-A-7-15901 y JP- A-2005-304271 emplean ambas los valores recomendados en el diseño de máquinas de inducción convencionales que se divulgan en el artículo "Transformers, Induction machines and AC commutator machines", ("Transformadores, máquinas de inducción y máquinas de conmutación de corriente alterna") del Grupo de Educación de Comunicaciones del IEEJ, página 112, 1967. Consecuentemente, el valor que indica el número de ranuras por cada dos polos en el estator menos el número de ranuras por cada dos polos del rotor se fija entre +6 y -6. Por otra parte, los inventores de la presente invención han revelado el hecho de que la influencia de los armónicos más altos en la forma de onda de la corriente de la armadura parece disminuir a medida que la cantidad absoluta de este valor se hace más grande. Por tanto, parece que debe considerarse que la influencia de los armónicos más altos en la forma de onda de la corriente de la armadura no puede ser suprimida de manera suficiente, es decir, la forma de onda de la corriente de la armadura no puede ser suavizada suficientemente, si este valor se mantiene entre +6 y -6.

El objeto de la presente invención es proporcionar un generador síncrono excitado por corriente alterna que pueda reducir la distorsión de la forma de onda de la corriente de la armadura, y tal generador síncrono excitado por corriente alterna para uso en un sistema de generación de potencia eólica.

De acuerdo con la presente Invención, se proporciona un generador síncrono como se define en la reivindicación 1. Se describirán a continuación modos de realización de la presente invención con referencia a los dibujos anexos.

La figura 1 muestra en sección transversal las partes principales de un generador síncrono excitado por corriente alterna, de acuerdo con la presente invención;

la figura 2 es una tabla que lista los diversos valores del número de ranuras por cada dos polos en el estator, menos el número de ranuras por cada dos polos en el rotor, calculados cuando el número Npp de ranuras por cada polo y por cada fase ya sea del estator o bien del rotor, cae dentro de una gama de 3 ~ 7; la figura 3 muestra la relación entre el cociente (factor fpKB del devanado de paso corto del estator) / (orden kB del armónico más alto), y el orden kB del armónico más alto;

las figuras 4A y 4B muestran la relación entre el valor del número Ni de ranuras por cada dos polos en el estator, menos el número N2 de ranuras por cada dos polos en el rotor, y las magnitudes de los componentes de armónicos más altos;

la figura 5 muestra gráficamente la relación entre la relación del paso del devanado de la armadura con respecto al paso de los polos del rotor en un generador síncrono excitado por corriente alterna, con el valor Ni - N2 igual a +12 y el factor de Inclusión de corrientes de armónicos más altos, habiéndose observado la relación como el resultado de la medición real;

la figura 6 muestra una tabla que lista los valores del paso del devanado de la armadura y los correspondientes valores de la relación del paso del devanado de la armadura con respecto al paso de polos del estator en un generador síncrono excitado por corriente alterna, donde el número Nspp de ranuras por polo y por fase del estator es tal que 3áNsppá7, el número de polos es Igual o inferior a 12, y el número de ranuras en el estator es igual o inferior a 144;

la figura 7 muestra gráficamente la relación entre el factor de pulsación del flujo magnético y la relación de la anchura s de la abertura de la ranura en el rotor, con respecto a la longitud g de la separación; la figura 8 muestra la forma de la ranura del rotor en un generador síncrono excitado por corriente alterna, como un modo de realización de este modo de realización;

la figura 9 muestra la forma de una ranura de rotor seml-cerrada clrcunferencialmente simétrica;

la figura 10 muestra la forma de una ranura de rotor abierta clrcunferencialmente simétrica;

la figura 11 muestra las formas de la ranura del estator y las ranuras del rotor teniendo dispuestas unas cuñas

magnéticas en sus aberturas, de acuerdo con un modo de realización de la presente invención;

la figura 12 muestra esquemáticamente toda la estructura de un sistema de generador síncrono excitado por

corriente alterna, de acuerdo con el quinto modo de realización;

la figura 13 muestra esquemáticamente toda la estructura de un sistema de generador síncrono excitado por corriente alterna, de acuerdo con el sexto modo de realización; y

la figura 14 muestra gráficamente la relación entre el tamaño y el número de polos de un generador síncrono excitado por corriente alterna.

Primer modo de realización

Se describirá a continuación el primer modo de realización de la presente invención. En el primer modo de realización de la presente Invención, la forma de onda de la corriente de la armadura se suaviza controlando el valor que Indica el número de ranuras por cada dos polos en el estator, menos el número de ranuras por cada dos polos en el rotor.

La figura 1 muestra en sección transversal las partes principales de un generador síncrono excitado por corriente alterna, de acuerdo con la presente Invención. En la figura 1, un generador síncrono... [Seguir leyendo]

1. Un generador síncrono, que comprende

un rotor (20) que tiene un devanado (23) de campo colocado en las ranuras (22) del mismo y

un estator (10) que tiene un devanado (13) de la armadura colocado en las ranuras (12) del mismo,

donde el generador es un generador síncrono excitado por corriente alterna en el cual el devanado (23) de

campo está excitado por una corriente alterna, y en el cual se genera la potencia eléctrica en el devanado

(13) de la armadura,

caracterizado por que

el valor del número de ranuras (12) por cada dos polos del estator (10) menos el número de ranuras (22) por cada dos polos en el rotor (20) |Ni - N2I es igual a 9, 12, 15, 18, 21 o 24.

2. El generador síncrono como se reivindica en la reivindicación 1, en el que el número de ranuras (12) por polo y por fase en el estator (10) y el número de ranuras (22) por polo y por fase en el rotor (20) son ambos números enteros.

3. El generador síncrono como se reivindica en la reivindicación 2, en el que la relación del paso del devanado de la armadura con respecto al paso de polos del estator cae dentro de un intervalo de 77,8 ~ 88,9%.

4. El generador síncrono como se reivindica en la reivindicación 2, en el que la relación del paso del devanado de campo con respecto al paso de polos del rotor cae dentro de un Intervalo de 77,8 ~ 88,9%.

5. El generador síncrono como se reivindica en la reivindicación 1, en el que el número de ranuras (12) por polo y por fase en el estator (10) es un entero y el número de ranuras (22) por polo y por fase en el rotor (20) es una fracción.

6. El generador síncrono como se reivindica en la reivindicación 1, en el que el número de ranuras (12) por polo y por fase en el estator (10) es una fracción y el número de ranuras (22) por polo y por fase en el rotor (20) es un entero.

7. El generador síncrono como se reivindica en la reivindicación 2, en el que el número de ranuras (12) por cada dos polos en el estator (10) es 30 y el número de ranuras (22) por cada dos polos en el rotor (20) es 18.

8. El generador síncrono como se reivindica en la reivindicación 5, en el que el número de ranuras (12) por cada dos polos en el estator (10) es 36 y el número de ranuras (22) por cada dos polos en el rotor (20) es 27.

9. El generador síncrono como se reivindica en la reivindicación 7 o la reivindicación 8, en el que el número de polos se selecciona entre 4 o 6.

10. El generador síncrono como se reivindica en la reivindicación 1, en el que cada ranura del rotor tiene una forma circunferencialmente asimétrica.

11. El generador síncrono como se reivindica en la reivindicación 1, en el que se disponen unas cuñas magnéticas (14, 24) en las aberturas de las ranuras (12) del estator y las ranuras (22) del rotor.

12. El sistema de generación de potencia que comprende el generador síncrono (1) reivindicado en la reivindicación 1 y una fuente de alimentación (40) de activación para hacer girar al rotor (20), en el que la fuente (40) de potencia de activación incluye un molino de viento (41) y una unidad (42) de aumento de la velocidad que está dispuesta entre el generador síncrono (1) y el molino de viento (41).

13. El sistema de generación de potencia como se reivindica en la reivindicación 12, que comprende además un dispositivo excitador (30) para excitar el devanado (23) de campo, donde el dispositivo excitador (30) puede hacer que la tensión y frecuencia de salida del mismo tomen valores predeterminados.