6mw水平旋轉隨動變角槳葉直驅永磁同步風力發電機組的製作方法
2023-06-22 20:33:41 4
專利名稱：6mw水平旋轉隨動變角槳葉直驅永磁同步風力發電機組的製作方法
技術領域：
先進、新型、綠色、可再生能源，風力發電技術。
背景技術：
在現有風電技術的基礎上獨闢蹊徑，fi主開發。
發明內容
與現廣泛應用的風力發電機不同，此系自主智慧財產權、本人獨立開發的新型機組，其主要特 點為，構思新穎且經實驗反覆考證，技術創新、實用。其特點是輸出功率大、效率高、結構 簡單牢固、重量輕、造價低、易維護、運行可靠。
一、 風機
1、 風機為立軸、水平旋轉的槳葉結構。但是> 在水平狀態，固定直槳葉的風車是不會旋轉的，因 為垂直主軸兩側的槳葉同時迎風受力，力量相同，方向相反，相互抵消。在這裡，水平分布的六片槳葉 由自主開發的工業控制計算機控制，經由直流電機、減速機等組成的執行機構調整，在任意風向時均有 一片槳葉平面迎風，推動主軸旋轉，而繞主軸180°方向上的另一片槳葉則調整為順風狀態，立面迎風， 對風的阻力很小。隨著主軸的轉動，六片槳葉的角度被不斷地隨機調整，始終保持上述狀態，最大限度 地把風能轉化為風機主軸旋轉的機械能。
2、 要獲得更多的能量，就要加大槳葉的直徑和寬度，此風機槳葉直徑達9QM，寬2.6M,單片槳葉 迎風面積達100nf由於用了大量的無縫鋼管和鋼絞線，平視象鋼索斜拉橋，鳥瞰則如蜘蛛網，使風機整 體結構即龐大又輕巧，因為是柔性連接，故結構牢，重量輕，耐疲勞，有效迎風面積大。經多年摸索， 在機械加工的精度和難度方面解決了很多困難，使其結構適合在風電場現場組合安裝，為工廠的模塊化 生產創造了有利的條件。
3、 為了防止雷電破壞，立軸的頂端和六片槳葉的支撐軸外端都設有放電尖端，既避雷針，經支撐 軸、鋼絞線、主軸外套聯為一體，為避免雷電電流燒傷軸承，通過大面積的滑環和含銅炭刷與防雷接地 網相連。
二、 發電機
1、發電機外轉子與風機同軸，形成直接驅動系統，其上鑲嵌著由釹鐵硼永磁體構成的多極發電機 磁場，以適應風機主軸每分鐘十幾轉的低轉速需要。當這個磁場隨風機旋轉時，就切割定子線圈，產生 電能。
2、 發電機的定子線圈採用高壓連接，輸出10KV50Hz的三相電能。由於轉子上的釹鐵硼永磁體磁極 磁場極強，磁通密度很大，所以定子線圈每伏甌數較少。這樣，定子線圈結構緊湊，效率高。並為連接 成J0KV高電壓輸出創造了有利條件。
3、 為了調整上網電壓和無功功率，與現有的各種永磁電機不同，特殊結構的釹鐵硼永磁體多極數 磁極與定子鐵心之間，磁力間隙可調整。三、 自動控制系統
1、 本風力發電機組的自動控制系統由工業控制計算機和若干可編程控制器及風向、風速傳感器、 定子線圈溫度傳感器、主軸轉速傳感器、輸出電壓變送器、電流變送器、有功功率變送器、無功功率變 送器等諸多傳感器、變送器和若干電動執行機構組成，保證水平旋轉隨動變角槳葉邊推動主軸旋轉邊自 行調整迎風、順風角度9
2、 考慮到電網事故、故障、本機檢修、自然災害和在各種極端情況下都能泰然處置，保證以工控 機為核心的控制系統不間斷地正常工作，確保電動執行機構能準確無誤地把槳葉調整到需要的位置，控 制電源採用配置了浮充電源的蓄電池直流供電系統。
3、 當遇到風力達到10級以上等極端情況時，六片槳葉自動調整迎風角度，直至調至0度(既與
水平面平行)，同時，剎車系統啟動，保證風機不受損壞。
4、 通過自動控制系統調整磁場間隙和調整迎風面槳葉角度，使周波、電壓、無功功率與系統平衡， 並獲得最大輸出的有功功率。
5、 併網控制系統用作風力發電機組安全併入和退出電網系統。因採用特殊結構，可調磁隙的永 磁同步發電機，所以此風力發電機組併入和退出電網與傳統的水電、火電同步發電機組並無兩樣，只是 將其與水平旋轉隨動變角槳葉控制系統整合在一起作為整機的控制系統。
四、 比較優勢
與現有多數在網運行或正在安裝的風力發電機組比較，此6MW水平旋轉隨動變角槳葉立軸直驅式永
磁同步風力發電機組有以下優勢
1、 因為大半徑、大面積的槳葉是直接被風推動而不是切風，所以可捕捉到更大量的風能，因而可
以做到6MW這樣大的單機容量。
2、 因直接驅動，省去了機械損耗很大且故障率高的加速齒輪箱，因此降低了造價，同時提高了效 率並具有高可靠性，可徹底改變目前已投運的風力發電機組因齒輪箱故障頻頻停機的現狀。
3、 風機整體結構為柔性連接，從根本上解決了風機槳葉常年運行材料疲勞損壞的問題，槳葉材料 選擇範圍寬，造價低。因風機的槳葉繞立軸水平旋轉，塔架只承受很小的側向風力，且受力均勻，主 要承擔風力發電機組的自重力，所以對塔架的要求不高，甚至可在高層建築物的頂層安裝。這樣就大大 降低了風電場的造價。
4、 整體風力發電機組的價格優勢非常明顯
(1) 、目前，風力發電機組的單位造價在8000元/KW左右，但建設風電場的費用仍在10000元/ KW以上。
(2) 、以模型機為參考，經反覆測算、推算，我的風力發電機組在形成量產以後，單位造價可降低20%，在6400元/KW左右，因單機容量大，節省了大量的基礎和配套費用，用其建造風電場的總費用 降低30%以上，可控制在7000元/KW左右。 五、主要參數
1、 塔架高度20m+8m
2、 主軸高度8.6m
3、 槳葉直徑90m
4、 槳葉長度40m
5、 槳葉寬度2.6m
6、 發電機特殊結構釹鐵硼永磁體多極外轉子，磁力間隙可調永磁同步型
功 率6.0MW 功率因數0. 85
電 壓10kV 電 流410A
具體實施例方式
一、 本人自1994年起，利用業餘時間研製此風力發電機，經過近十年的努力，在2003年製作出 第一臺模型機，按三相四線接線方式，用電爐做負載，每相接三個3000W電爐，三相共接九個做試驗， 可在四級風條件下讓九個電爐燒紅，帶足27KW的負荷。在模型機試驗成功之後的幾年裡，先後完成了 風機大型化、實用化設計，實驗。和對2MW、 4MW、 6MW特殊結構，可調磁隙的，多磁極永磁同步發電機 的實驗室分解試驗。
二、 6Mff機組的塔架己用四根22M水泥杆結合鋼結構已完成，主軸製作調試己完成，整機製造、 安裝工程資金缺口太大，尚需資金支持。
三、 又一臺120CT模型機正在製作中。
權利要求
本發明的技術特徵主要有立軸、隨動變角水平旋轉槳葉、整體柔性連接的風機。水平分布的六片槳葉由自主開發的工業控制計算機控制，經由直流電機、減速機等組成的執行機構調整，在任意風向時均有一片槳葉平面迎風，推動主軸旋轉，而繞主軸180°方向上的另一片槳葉則調整為順風狀態，立面迎風，對風的阻力很小。隨著主軸的轉動，六片槳葉的角度被不斷隨機調整，始終保持上述狀態，最大限度地把風能轉化為風機主軸旋轉的機械能，直接驅動永磁、可調間隙、特殊結構的多極同步發電機。1、6MW水平旋轉隨動變角槳葉直驅永磁同步風力發電機組
1、 6MW水平旋轉隨動變角槳葉直驅永磁同步風力發電機組
2、 立軸、隨動變角水平旋轉槳葉、整體柔性連接的風機。
3、 釹鐵硼永磁外轉子、可調間隙、特殊結構的多極同步發電機
4、 隨動變角槳葉計算機控制系統與併網運行計算機控制系統。
全文摘要
本發明「6MW水平旋轉隨動變角槳葉直驅永磁同步風力發電機組」屬先進、新型能源、綠色、可再生能源技術領域，風力發電技術。主要解決了如下技術問題一、採用隨動變角水平旋轉的大直徑，大面積，主要靠鋼絞線柔性連接的槳葉構成的立軸風機。抗疲勞、重量輕、造價低。二、直接驅動發電機，不用加速齒輪箱，沒有機械損耗，效率高，故障少，運行可靠性高。三、特殊結構的釹鐵硼永磁體多極磁極，磁力間隙可調整的永磁同步發電機，適合低轉速直接驅動。四、獨特的控制系統保證水平槳葉邊推動主軸旋轉邊自行調整迎風、順風角度。五、因單機容量高達6MW，節省了大量的基礎和配套費用，用其建造風電場的總費用可降低30％以上。
文檔編號F03D9/00GK101545454SQ200810187858
公開日2009年9月30日 申請日期2008年12月24日 優先權日2008年12月24日
發明者徐錦鏞 申請人:徐錦鏞