一種中小型風力發電機的製作方法
2023-05-05 16:25:56 2
專利名稱：一種中小型風力發電機的製作方法
技術領域：
本發明屬於風力發電機，主要是對風力發電機作了改進，具有單一風力發電、離網 發電、併網發電功能。
背景技術：
目前中小型風力發電機有二種形式一種是離網式，一種是併網式。離網式風力發 電機組是由風葉輪、發電機、尾翼、支柱、整流控制器、蓄電池和逆變器組成。離網風力發電 機發出的電必須全部轉化為直流電，全部充入電瓶經逆變器轉變成交流電才能使用。這樣 即成本高、效率低、壽命短。併網式風力發電機組，一種是在離網式風力發電機組的基礎上 配置一個併網式逆變器。另一種是通過交-直-交式變流器，即把發電機發出的不穩定電 壓、頻率，整流成恆壓的直流電。再逆變成恆壓、恆頻的交流電併入電網中。此二種併網方 式除成本高，壽命短外，逆變器輸出的交流電多為方波。即便是調製成近似正弦波，也很容 易造成諧波汙染影響推廣。
發明內容
鑑於中小型風力發電機存在著上述問題，本發明研製了一種中小型風力發電機。 它可以利用在風速變化的狀態下能發出恆定電壓、恆定頻率的三相或單相交流電，並可用 於離網時能直接接入交流負載，減少了蓄電池的數量而降低成本；當它用於併網時，不需要 蓄電池、逆變器或變流器而直接併入電網，即降低了成本、提高了使用壽命和改善了併網電 源的質量。本發明的技術解決方案是中小型風力發電機，包括風力機，其風力機的輸出軸設 置增速器，通過增速器輸出端與發電機連接；其中在所述增速器與發電機之間的輸出軸上 依次安裝有轉速傳感器、恆速器、第一轉速傳感器；具有一個繼電器，該繼電器與發電機連 接，所述轉速傳感器、第一轉速傳感器、恆速器、繼電器分別與控制器連接。當風力過大或降 低時，均通過兩個控制器利用恆速器控制發電機維持在額定轉速，或下降到額定轉速，繼電 器斷開，轉入待機狀態。在本發明中，所涉及的轉速傳感器、第一轉速傳感器，包括永久磁鐵轉子，具有一 個與永久磁鐵轉子相對應的定子鐵芯，和設置在定子鐵芯上的感應線圈組成。在本發明中，所涉及的恆速器包括帶有勵磁線圈的鐵芯轉子，和安裝在鐵芯轉子 一端的輸入軸，對應於鐵芯轉子另一端具有一個電樞，該電樞上安裝有輸出軸組成。利用恆 速器中的轉子與電樞為分離或結合狀態，維持發電機的轉速在額定轉速下工作。在本發明中，所涉及的控制器，包括併網風速控制電路a、額定轉速控制電路b、 併網脫網控制電路c組成。第一轉速傳感器Fl並聯在橋式整流電路的輸入端，橋式整流 Dl——D4輸出兩端並聯電容Cl、串接的電阻R1、分壓電阻W1，三極體BGl基極接分壓電阻 W1，三極體BGl集電極與並聯的二極體D5正極、繼電器Jl的一端連接，二極體D5負極、繼 電器Jl的另一端、三極體BGl發射極與橋式整流Dl——D4兩輸出端連接組成併網風速控制電路；火線L與零線N接通220V交流電源，火線L交流電源接繼電器Jl的常開觸點Jl-I 後，一路接於變壓器B的初極與零線N 220V交流電源連接，另一路分別接於光電耦合器BR 中的發光管負極、晶閘管T正極，由變壓器B的次極1端接於電容C3接於光電耦合器BR中 的電阻串聯後接於變壓器B的3端，電阻R2的一端接於電容C3，另一端接光電耦合器BR中 點後連接晶閘管T負極，第一轉速傳感器F2與二極體D6串聯接於分壓電阻W2，通過分壓電 阻W2 —路接三極體BG2的基極，由三極體BG2集電極、三極體BG2發射極並聯在BR中的發 光管兩端，則三極體BG2集電極通過連接分壓電阻W3後接於二極體D7，分壓電阻W2另一 路連接電容C2接至第一轉速傳感器F2、三極體BG2的基極、光電耦合器BR的電路上，火線 L與零線N上連接二極體D引出直流電源組成的額定轉速控制電路；繼電器J2的一端接三 相電源A相端，繼電器J2的另一端連接繼電器J2的常開觸點J1-2接B相端，三相電源A、 B、C通過繼電器J2接於發電機F3組成併網、脫網控制電路。根據上述應用特點，所涉及的風力發電機包括風力機，其風力機的輸出軸設置增 速器，通過增速器輸出端與發電機連接；其中在所述增速器與發電機之間的輸出軸上依次 安裝有第一轉速傳感器、恆速器、第一轉速傳感器；具有一個輸出繼電器，該輸出繼電器與 發電機連接，所述轉速傳感器、第一轉速傳感器、恆速器、繼電器分別與控制器連接，所述輸 出繼電器一路連接橋式整流器後接於蓄電池組；繼電器另一路中的第一支路接交流負載， 第二支路通過連接逆變器後接於蓄電池組。該結構的風力發電機輸出的交流電是正弦波交 流電，並且是恆電壓、恆頻率的。所以它可以直接由輸出端接入交流負載，同時可用於整流 存入蓄電池，經逆變器接入交流負載。優先使用風力發電機發出的電，若無風時使用蓄電池 逆變電源。在本發明中，所涉及的風力發電機，包括風力機，其風力機的輸出軸設置增速器， 通過增速器輸出端與發電機連接；其中在所述增速器與發電機之間的輸出軸上依次安裝有 轉速傳感器、恆速器、第一轉速傳感器；具有一個繼電器，該繼電器分別與發電機、電網連 接，所述轉速傳感器、第一轉速傳感器、恆速器、繼電器分別與控制器連接，所述繼電器與電 網連接。當風力發電機發電達到併網設定值時，控制器發出信號使併網繼電器閉合。實現 併網發電。當風速減小，使風力發電機所發出的電壓、頻率低於電網的電壓和頻率時，控制 器發出一個信號使併網繼電器斷開，風力發電機脫網，進入待機狀態。總之，本發明的中下型風力發電機，具有在變化的風速狀態下發電機能發出恆定 頻率、恆定電壓的交流電。用於離網時可直接接入交流負載，減少蓄電池的用量；用於併網 時，不經過蓄電池、逆變器或變流器而直接併入電網。本發明的關鍵是採用了恆速器、傳感 器和控制器組成的機電控制系統來實現的。
圖1是本發明的結構示意圖；圖2是圖1中的轉速傳感器結構示意圖；圖3是圖1中的恆速器結構示意圖；圖4圖1中控制器電路原理圖；圖5、圖6是圖1另一實施例。
具體實施例方式下面將結合附圖實施例對本發明作進一步的說明。見圖1、圖2、圖3所示的中心型風力發電機，包括風力機1，其風力機1的輸出軸 設置增速器2，通過增速器2輸出端與發電機6連接；其中在所述增速器2與發電機6之間 的輸出軸上依次安裝有轉速傳感器3、恆速器4、第一轉速傳感器5 ；具有一個用於輸出的繼 電器8，該繼電器8與發電機6連接，所述轉速傳感器3、第一轉速傳感器5、恆速器4、繼電 器8分別與控制器7連接。在本實施例中，所指的轉速傳感器3、第一轉速傳感器5為同一 結構體，該轉速傳感器3、第一轉速傳感器5包括永久磁鐵轉子9，具有一個與括永久磁鐵轉 子9相對應的定子鐵芯10，和設置在定子鐵芯10上的感應線圈11。當永久磁鐵轉子9轉 動時，定子鐵芯10中有變化的磁通量，感應線圈11中產生感生電動勢，轉速越快電動勢越 高。在本實施例中，所指的恆速器4包括帶有勵磁線圈13的鐵芯轉子16，和安裝在鐵芯轉 子16 —端的輸入軸12，對應於鐵芯轉子16另一端具有一個電樞15，該電樞15上安裝有輸 出軸14。當勵磁線圈13沒有勵磁電流時，輸入軸12與輸出軸14之間沒有任何聯繫。當勵 磁線圈13通入直流電流以後，在恆速器的鐵芯轉子16與電樞15的磁路中建立起磁通，這 樣就使電樞15與鐵芯轉子16產生了電磁聯繫。當風力機拖動輸入軸12旋轉時，電樞15 切割磁力線產生感應電流，同時產生與鐵芯轉子16旋轉方向相同的電磁轉距，帶動發電機 轉動。改變勵磁線圈13的勵磁電流的大小，能改變輸入軸12與輸出軸14的轉速比，也能 改變傳動扭距。本發明的工作原理是當風力達到啟動風速時，風力機1開始轉動，風力機1拖動 增速器2、轉速傳感器3和恆速器4中的鐵芯轉子16轉動。此時恆速器4中的鐵芯轉子16 與電樞15為分離狀態，所以電樞15、第一轉速傳感器5、發電機6都不轉動。當風速逐漸升 到工作風速時，風力機1的轉速達到設定值，此時由轉速傳感器3測得轉速、傳遞給控制器 7，控制器7給恆速器4中的鐵芯轉子16勵磁，使鐵芯轉子16拖動電樞15轉動，同時第一 轉速傳感器5、發電機6轉動，發電機6開始發電。隨著風速的增大，風力機1轉速的提高， 使發電機6的轉速達到額定轉速時，即頻率達到50HZ時，繼電器8閉合，適時自動輸出交流 電。當風速繼續增大時，風力機1的轉速增加，超過額定轉速，通過恆速器4使發電機6有轉 速增加趨勢，此時第一轉速傳感器5立即將增速信號傳給控制器7，控制器7會立刻減小恆 速器4中的鐵芯轉子16的勵磁電流，使恆速器4中電樞15與鐵芯轉子16的轉速差加大，而 使發電機6的轉速不升，而保持發電機6的額定轉速不變。若風速減小時，風力機1轉速下 降，使得發電機6有轉速下降趨勢，第一轉速傳感器5把減速信號傳遞給控制器7，控制器7 會立刻增加恆速器4中的鐵芯轉子16的勵磁電流，使恆速器4中的鐵芯轉子16與電樞15 的轉速差減小而使發電機6的實際轉速維持在額定轉速。若風速繼續下降，使風力機1的 轉速低於額定轉速，這時發電機6的轉速也會下降到額定轉速之下。這時發電機6的實際 發電電壓會低於額定電壓，繼電器8斷開，轉入待機狀態。見圖4給出了控制器電路原理圖。本實施例的控制器7包括併網風速控制電路a、 額定轉速控制電路b、併網脫網控制電路c組成。轉速傳感器Fl並聯在橋式整流電路的輸 入端，橋式整流Dl——D4輸出兩端並聯電容Cl、串接的電阻R1、分壓電阻W1，三極體BGl 基極接分壓電阻W1，三極體BGl集電極與並聯的二極體D5正極、繼電器Jl的一端連接，二 極管D5負極、繼電器Jl的另一端、三極體BGl發射極與橋式整流Dl——D4兩輸出端連接組成併網風速控制電路；火線L與零線N接通220V交流電源，火線L交流電源接繼電器Jl 的常開觸點Jl-I後，一路接於變壓器B的初極與零線N 220V交流電源連接，另一路分別接 於光電耦合器BR中的發光管負極、晶閘管T正極，由變壓器B的次極1端接於電容C3接於 光電耦合器BR中的電阻串聯後接於變壓器B的3端，電阻R2的一端接於電容C3，另一端接 光電耦合器BR中點後連接晶閘管T負極，第一轉速傳感器F2與二極體D6串聯接於分壓電 阻W2，通過分壓電阻W2 —路接三極體BG2的基極，由三極體BG2集電極、三極體BG2發射極 並聯在光電耦合器BR中的發光管兩端，則三極體BG2集電極通過連接分壓電阻W3後接於 二極體D7，分壓電阻W2另一路連接電容C2接至第一轉速傳感器F2、BG2的基極、光電耦合 器BR的電路上，火線L與零線N上連接二極體D引出直流電源組成的額定轉速控制電路； 繼電器J2的一端接三相電源A相，繼電器J2的另一端連接繼電器J2的常開觸點J1-2接 B相端，三相電源A、B、C通過繼電器J2接於發電機F3組成併網、脫網控制電路。控制器的工作原理是當風速達到併網發電的設定值時，轉速傳感器Fl輸出一個 交流電壓，經Dl——D4全波橋式整流，再經電容Cl濾波供給電阻R1、分壓電阻W1、繼電器 J1，使三極體BGl導通，繼電器Jl通電後，繼電器的常開觸點Jl-1、J1-2同時閉合，常開觸 點Jl-I閉合後，額定轉速控制電路b得電。脈衝觸發變壓器B輸出一個脈衝供給晶閘管T， 使T導通。晶閘管T導通後即在輸出端輸出一個可調的直流電壓去控制恆速器的轉速而實 現控制發電機的轉速。與此同時繼電器Jl的常開觸點J1-2也吸合，使繼電器J2得電。繼 電器J2閉合使發電機完成併網。當風力機轉速超過額定轉速時，第一轉速傳感器F2發出 的電壓升高，升高後的電壓經D6整流後供給三極體BG2。三極體BG2導通後內阻變小，光 電耦合器BR內阻變大，即晶閘管觸發脈衝變窄，輸出的直流電流下降，使發電機F3的轉速 仍保持額定轉速不變。當風速不斷下降到小於併網發電所設定的風速時，轉速傳感器Fl的 輸出電壓降低，使繼電器Jl失電、繼電器Jl的常開觸點J1-2斷開、繼電器J2失電、繼電器 J2繼開，發電機脫離電網。此時風力發電機進入待機狀態。圖5給出了風力發電機離網發電的實施例。所涉及的風力發電機包括風力機1， 其風力機1的輸出軸設置增速器2，通過增速器2輸出端與發電機6連接；其中在所述增速 器2與發電機6之間的輸出軸上依次安裝有轉速傳感器3、恆速器4、第一轉速傳感器5 ；具 有一個繼電器8，該繼電器8與發電機6連接，所述轉速傳感器3、第一轉速傳感器5、恆速 器4、繼電器8分別與控制器7連接，所述繼電器8 一路連接橋式整流器17後接於蓄電池組 18 ；繼電器8另一路中的第一支路接交流負載，第二支路通過連接逆變器19後接於蓄電池 組18。當所述的風力發電機用於離網發電時，由於所述風力發電機輸出的交流電是正弦波 交流電，並且是恆壓、恆頻的。所以它可以直接由輸出端接入交流負載，同時可用於整流存 入蓄電池，經逆變器接入交流負載。它屬於發電優先型，即優先使用風力發電機發出的電， 若無風時使用蓄電池逆變電源。圖6給出了風力發電機併網發電的實施例。所涉及的風力發電機，包括風力機1， 其風力機1的輸出軸設置增速器2，通過增速器2輸出端與發電機6連接；其中在所述增速 器2與發電機6之間的輸出軸上依次安裝有轉速傳感器3、恆速器4、第一轉速傳感器5 ；具 有一個繼電器8，該繼電器8分別與發電機6、電網連接，所述轉速傳感器3、第一轉速傳感器 5、恆速器4、繼電器8分別與控制器7連接，所述繼電器⑶與電網連接。當所述的風力發 電機用於併網發電時，風力發電機發電達到併網設定值時，控制器7發出信號使併網繼電器8閉合。實現併網發電。當風速減小，使風力發電機所發出的電壓、頻率低於電網的電壓 和頻率時，控制器7發出一個信號使併網繼電器8斷開，風力發電機脫網，進入待機狀態。
權利要求
一種中小型風力發電機，包括風力機，其風力機的輸出軸設置增速器，通過增速器輸出端與發電機連接；其特徵是，在所述增速器(2)與發電機(6)之間的輸出軸上依次安裝有轉速傳感器(3)、恆速器(4)、第一轉速傳感器(5)；具有一個輸出繼電器(8)，該輸出繼電器(8)與發電機(6)連接，所述轉速傳感器(3)、第一轉速傳感器(5)、恆速器(4)、輸出繼電器(8)分別與控制器(7)連接。
2.根據權利要求1所述的中小型風力發電機，其特徵是，所述轉速傳感器(3)、第一 轉速傳感器(5)，包括永久磁鐵轉子(9)，具有一個與永久磁鐵轉子(9)相對應的定子鐵芯 (10)，和設置在定子鐵芯(10)上的感應線圈(11)組成。
3.根據權利要求1所述的中小型風力發電機，其特徵是，所述恆速器包括帶有勵磁線 圈(13)的鐵芯轉子(16)，和安裝在鐵芯轉子(16) —端的輸入軸(12)，對應於鐵芯轉子 (16)另一端具有一個電樞(15)，該電樞(15)上安裝有輸出軸(14)組成。
4.根據權利要求1所述的中小型風力發電機，其特徵是，所述控制器由轉速傳感器Fl 並聯在橋式整流電路的輸入端，橋式整流Dl——D4輸出兩端並聯電容Cl、串接的電阻R1、 分壓電阻W1，電晶體BG基極接分壓電阻Wl，BG集電極與並聯的二極體D5正極、繼電器Jl 的一端連接，二極體D5負極、繼電器Jl的另一端、BG發射極與橋式整流Dl——D4兩輸出 端連接組成併網風速控制電路a ；火線L與零線N接通220V交流電源，火線L交流電源接 繼電器Jl的常開觸點Jl-I後，一路接於變壓器B的初極與零線N 220V交流電源連接，另 一路分別接於光電耦合器BR中的發光管負極、晶閘管T正極，由變壓器B的次極1端接於 電容C3接於光電耦合器BR中的電阻串聯後接於變壓器B的3端，電阻R2的一端接於電容 C3，另一端接光電耦合器BR中點後連接晶閘管T負極，第一轉速傳感器F2與二極體D6串 聯接於分壓電阻W2，通過分壓電阻W2 —路接三極體BG2的基極，由三極體BG2集電極、三 極管BG2發射極並聯在光電耦合器BR中的發光管兩端，則三極體BG2集電極通過連接分壓 電阻W3後接於二極體D7，分壓電阻W2另一路連接電容C2接至第一轉速傳感器F2、三極體 BG2的基極、光電耦合器BR的電路上，火線L與零線N上連接二極體D弓丨出直流電源組成的 額定轉速控制電路b ；繼電器J2的一端接三相電源A相，繼電器J2的另一端連接繼電器Jl 的常開觸點J1-2接B相端，三相電源A、B、C通過繼電器J2接於發電機F3組成併網、脫網 控制電路C。
5.根據權利要求1所述的中小型風力發電機，其特徵是，風力發電機包括風力機(1)， 其風力機⑴的輸出軸設置增速器⑵，通過增速器⑵輸出端與發電機(6)連接；其中在 所述增速器⑵與發電機(6)之間的輸出軸上依次安裝有轉速傳感器(3)、恆速器(4)、第 一轉速傳感器(5)；具有一個繼電器(8)，該繼電器(8)與發電機(6)連接，所述轉速傳感器 (3)、第一轉速傳感器(5)、恆速器(4)、繼電器(8)分別與控制器(7)連接，所述輸出繼電器 (8) 一路連接橋式整流器(17)後接於蓄電池組(18)；繼電器(8)另一路中的第一支路接交 流負載，第二支路通過連接逆變器(19)後接於蓄電池組(18)。
6.根據權利要求1所述的中小型風力發電機，其特徵是，風力發電機，包括風力機(1)， 其風力機⑴的輸出軸設置增速器⑵，通過增速器⑵輸出端與發電機(6)連接；其中在 所述增速器(2)與發電機(6)之間的輸出軸上依次安裝有轉速傳感器(3)、恆速器(4)、第 一轉速傳感器(5)；具有一個繼電器(8)，該繼電器(18)分別與發電機(6)、電網連接，所述 轉速傳感器(3)、第一轉速傳感器(5)、恆速器(4)、繼電器(8)分別與控制器(7)連接，所述繼電器(8)與電網連接。
全文摘要
本發明公開了一種中小型風力發電機，包括風力機，其風力機的輸出軸設置增速器，通過增速器輸出端與發電機連接；其中在所述增速器與發電機之間的輸出軸上依次安裝有轉速傳感器、恆速器、第一轉速傳感器；具有一個繼電器，該輸出繼電器與發電機連接，所述轉速傳感器、第一轉速傳感器、恆速器、輸出繼電器分別與控制器連接。本發明具有在變化的風速狀態下發電機能發出恆定頻率、恆定電壓的交流電；用於離網時可直接接入交流負載，減少蓄電池的用量；用於併網時，不經過蓄電池、逆變器或變流器而直接併入電網。
文檔編號H02J3/38GK101951073SQ20101025348
公開日2011年1月19日 申請日期2010年8月11日 優先權日2010年8月11日
發明者康繼明, 陳慶東 申請人:秦皇島市波達實業開發有限公司