一種能夠獲得風輪最大輸出功率的永磁風力發電機系統的製作方法

2023-07-16 05:23:46 2

專利名稱：一種能夠獲得風輪最大輸出功率的永磁風力發電機系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種永磁發電機，特別涉及一種能與風輪最佳匹配、輸出功率最大的永磁風力發電機系統。
背景技術：
由於天然資源的枯竭和地球逐漸變熱的溫升效應，作為清潔的可再生能源一一風力發電，獲得了廣泛而又飛速的發展。但是，原來的發電裝置接入現在的風電系統中，會出現以下問題(1)在變動風速下，經常不一定能取得風輪的最大功率；(2)初期成本和運行成本高；(3)每年的淨髮電量少，特別在必設控制電路又未颳風或未吹動風葉情況下，不僅無輸出功率，相反還要消耗「待機功率」。原來發電裝置通常有變頻方式和整流方式兩種。變頻方式中，為在變動的風速下得到風輪的最大功率，利用變頻器進行可變速的運轉，但是，因變頻器控制電路的操作電源，需消耗「待機功率」，以及因PWM變換器的開關損耗，所需的損耗功率比低風速時從風輪取得的功率還大，有效的淨髮電量成為「負數」，尤其在小型發電系統中較為明顯。在整流方式中，將永磁發電機的輸出經過整流後，輸出直流功率。例如，若按IOm/ s風速取得額定功率設計，在風速出現頻度高的5m/s以下時，風輪則處於空轉狀態，因發電機輸出電壓比作為負載的直流電源的電壓還低，故不能輸出功率。

發明內容
本發明旨在提供一種無控制電路的發電裝置，沒有待機功率，沒有常規所需的控制電路和由開關元件組成的PWM變換器，但是卻能使風輪輸出最佳化的新型發電裝置。為實現上述目的，本發明採用以下技術方案
本發明包括風輪以及與風輪相連接的風力發電機，在所述的風力發電機中設置有永磁發電機，永磁發電機的定子繞組中嵌有兩個具有不同匝數的線圈，兩個線圈分別與帶有分接抽頭的電抗器串聯連接，兩個電抗器輸出的交流電又分別送到整流器中，經過整流後的直流電輸入至負載或給蓄電池充電；在永磁發電機的轉子中設置上壓板和下壓板，在上壓板和下壓板之間設置鐵芯，鐵芯外圍設置磁極；在所述的磁極中，N極和S極交錯設置。在永磁發電機的轉子中，鐵芯為內部空心的燕尾結構。在永磁發電機的轉子中，所述磁極的磁鋼為稀土永磁。在所述上壓板和下壓板之間設置拉緊螺杆。採用上述技術方案的本發明，屬於無控制電路或者無變換器電路。它是由內裝多個線圈並產生不同感應電壓的永磁發電機，帶分接抽頭的電抗器以及僅由無源元件構成的整流器所組成。本發明是輸出直流電流的裝置，也就是一種可變的直流電流源，它最大特點是未使用開關器件等有源元件，藉助無控制電路方式與其他器件構成直流輸出，輸出到用作負載的直流電源上，而獲得風輪最大輸出功率。本發明的結構中，永磁發電機採用了徑向磁場高比功率的空心轉子結構，六對磁極的磁鋼為稀土永磁，重量輕，輸出功率和效率均高，用於無控制電路的發電裝置最理想。


圖1為本發明的整體結構示意圖。圖2為本發明中永磁風力發電機的轉子結構示意圖。圖3為圖2的俯視圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發明包括風輪7以及與風輪7相連接的風力發電機，在風力發電機中設置有永磁發電機1，永磁發電機1的定子繞組中嵌有兩個具有不同匝數的線圈2，兩個線圈2分別與帶有分接抽頭的電抗器3串聯連接，兩個電抗器3輸出的交流電又分別送到整流器4中，經過整流後的直流電輸入至負載6或給蓄電池5充電。不同匝數的定子線圈2，匝數少的線圈開始發電的轉速約為l/2Nn，其中Nn為額定轉速，風輪轉速提高以後開始直流輸出，匝數少的線圈電感值相對較小；而匝數較多的線圈開始發電的轉速約為l/4Nn，它可承擔具有風輪三次方功率特性的低速區輸出。其中，匝數少的線圈連接一個飽和電感器，匝數較多的線圈則接入另一個飽和電感器，從而實現了 發電機輸入功率近似於相應轉速下具有立方特性的風輪最大輸出特性這一理想結果。與以往風力發電機系統結構的最大不同特點是本發明無控制電路，未使用開關器件等有源元件。通過齒輪變速機構傳動比的改變，通過永磁發電機和電感器最佳組合的選擇，即按照無CC發電機的輸入決定兩個電抗器的電感值；電抗器飽和度的選擇分接頭位置的選擇等，使對應於風輪轉速的發電機輸入功率特性，能理想的跟蹤風輪最大功率的立方曲線特性，能獲得風輪的最大輸出功率。另外，如圖2、圖3所示，在永磁發電機1的轉子中設置上壓板8和下壓板11，在上壓板8和下壓板11之間設置鐵芯9，鐵芯9外圍均勻設置12個磁極10，且在磁極10中，N 極和S極交錯設置。需要說明的是，外周的鐵芯9設計成燕尾結構，以防止旋轉時的離心力而可靠固定磁極10於鐵芯9上。鐵芯9的厚度取確保導磁並形成迴路的最小厚度，中間為空心結構，以減輕重量、提高比功率(W/kg)。另外，在永磁發電機1的轉子中，磁極10的磁鋼為稀土永磁，它重量輕，輸出功率和效率均高，用於無控制電路的發電裝置最理想。最後，鐵芯9上下兩端，由上壓板8和下壓板11藉助四個拉緊螺杆12夾固，套軸後再點焊固定。
權利要求
1.一種能夠獲得風輪最大輸出功率的永磁風力發電機系統，它包括風輪(7)以及與風輪(7)相連接的風力發電機，其特徵在於在所述的風力發電機中設置有永磁發電機(1)， 永磁發電機(1)的定子繞組中嵌有兩個具有不同匝數的線圈(2)，兩個線圈(2)分別與帶有分接抽頭的電抗器(3)串聯連接，兩個電抗器(3)輸出的交流電又分別送到整流器(4)中， 經過整流後的直流電輸入至負載或給蓄電池充電；在永磁發電機(1)的轉子中設置上壓板 (8)和下壓板(11)，在上壓板(8)和下壓板(11)之間設置鐵芯(9)，鐵芯(9)外圍設置磁極 (10)；在所述的磁極(10)中，N極和S極交錯設置。
2.根據權利要求1所述的能夠獲得風輪最大輸出功率的永磁風力發電機系統，其特徵在於在永磁發電機(1)的轉子中，鐵芯(9)為內部空心的燕尾結構。
3.根據權利要求1所述的能夠獲得風輪最大輸出功率的永磁風力發電機系統，其特徵在於在永磁發電機(1)的轉子中，所述磁極(10)的磁鋼為稀土永磁。
4.根據權利要求1 3任一所述的能夠獲得風輪最大輸出功率的永磁風力發電機系統，其特徵在於在所述上壓板(8)和下壓板(11)之間設置拉緊螺杆(12)。
全文摘要
一種能夠獲得風輪最大輸出功率的永磁風力發電機系統，它包括風輪以及與風輪相連接的風力發電機，在風力發電機中設置有永磁發電機，永磁發電機的定子繞組中嵌有兩個具有不同匝數的線圈，兩個線圈分別與帶有分接抽頭的電抗器串聯連接，兩個電抗器輸出的交流電又分別送到整流器中，經過整流後的直流電輸入至負載或給蓄電池充電；在永磁發電機的轉子中設置上壓板和下壓板，在上壓板和下壓板之間設置鐵芯，鐵芯外圍設置磁極；在磁極中，N極和S極交錯設置。本發明最大特點是未使用開關器件等有源元件，藉助無控制電路方式與其他器件構成直流輸出，輸出到用作負載的直流電源上，而獲得風輪最大輸出功率。
文檔編號H02J7/14GK102447328SQ20101029795
公開日2012年5月9日 申請日期2010年9月30日 優先權日2010年9月30日
發明者孟雪玲, 尚俊梅, 鄧隱北, 魏國安 申請人:河南森源電氣股份有限公司