數控小型風力發電裝置的製作方法
2023-09-21 19:36:25 1
專利名稱：數控小型風力發電裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種可再生能源的產生和利用裝置，確切地說，涉及一種利用風能發電的數控電力發電設備。
隨著人類社會的發展，能源消耗日趨劇烈，能源資源日趨緊張。早年，在沒有發明熱動力機械時，風力資源曾經一度在民間廣為應用。在工業革命之後，以煤炭、石油、天然氣等一次能源作燃料的熱動力設備大量投入應用於各個產業和生活領域，在其為人類作功發揮效能的同時，也把大量廢熱及有毒有害氣體、物質向自然環境中排洩，造成人類生態環境的日益惡化。為此聯合國還在今年6月召集世界各國首腦召開「環境發展大會」，呼籲儘快改善人類賴以生存的地球環境。而且，這些礦物燃料資源也日趨枯竭，迫使人們孜孜不倦地努力尋找新的動力能源。太陽能、風力、地熱、水力、潮汐等可以在地球環境中周而復始的、從自然現象中獲得的可再生能源日益引起人們的重視和開發利用。以往，由於技術措施的局限，這些可再生能源(包括風力資源)輸出功率較小，未能被廣泛應用。但是，這種能源由於它不會象一次能源那樣會逐漸消耗枯竭，又是一種非常「潔淨」、不會汙染環境的能源，隨著當代科學技術水平的提高，科技人員開發利用可再生能源，把它作為一種很可靠的補充能源應用於人類生活的迫切性和成功率也有了飛躍提高。
本發明的目的就是提供一種利用稀土全速同步電機作為發電機的數控小型風力發電裝置，作為開發利用風能的新裝備。
本發明的機械結構示意圖如
圖1所示。本發明的關鍵是所用的發電機3為採用稀土永磁材料製作轉子3A的稀土全速同步電機，其磁極可為6～12極;風翼1的轉軸經傳動機構2驅動稀土發電機3的轉子3A旋轉，使發電機的定子線圈3B產生的電流輸出經自偶調壓器4、逆變電源5和不間斷電源6供給負載，並由微型計算機7通過其接口對發電機3、逆變電源5和不間斷電源6進行數字控制和調整。圖中3C為定子。
本發明中使用的稀土全速同步電機(專利申請號CN91101413.6)，其定子結構與普通鼠籠式異步交流電動機相同，由定子3C和定子線圈3B構成，而轉子3A是用具有良好導磁性能和剛性很高的鋼材製作的實心園柱體，在園柱體內封閉裝有多個填滿稀土永磁體的槽孔-其磁極可為6～12極。因為在本發明中作為風力發電機使用的條件下，電機經常在低速運行，可根據實際工作環境在上述極數範圍內選擇之。這種電機結構簡單，但具有同步電機的許多優良性能，可以在從低速到超高速範圍(10000～24000轉/分)的任何一個狀態下平穩轉動，達到全速動平衡，所以，可在各種轉速下正常運轉，這一點尤其適合作風能發電機配套使用;機械效率和電能轉化率高，轉子中沒有電力消耗，不會因此發熱;啟動平滑無衝擊，其工作狀況可由計算機通過數字控制進行實時調整;既可作電動機使用驅動工作機械，也可作為發電機與動力機直接配套使用。本發明就是充分考慮了稀土全速同步電機的特性後，選擇該機型作為發電機，才能使整個裝置的機電結構達到最簡化程度;再輔以計算機的數字控制技術，對發電機及其電能儲存、轉換、輸出設備進行調節實現工況優化的。
由風翼1的旋轉，經傳動機構2的傳動使得稀土全速同步電機3的轉子3A隨之同速旋轉，而轉子3A的外緣固裝有稀土永磁體做的多個磁極，這些磁極的旋轉就在電機3的定子3C裡產生多個旋轉磁場，這些旋轉磁場與定子線圈3B發生切割磁力線作用，使得定子線圈3B獲得電動勢，這些電動勢被引出成為電流饋入調壓器4。由於自然界的風力不會穩定不變，本發明中發電機3的轉速也會隨著風力的強弱變化而產生相應的變化，而電機的輸出電壓基本上是與其轉速呈正比的線性關係，這樣，其輸出電壓也將隨風力的強弱而發生改變。為了獲得均衡的電壓輸出，本發明將發電機3的饋電輸出經自偶調壓器4，將其電壓升到220伏或380伏，再經由微機7控制的脈寬調製(PWM)控制的逆變電源5和不間斷電源6才供給負載。這樣，可以在無風的情況下，也能保持一段時間的正常穩定供電。本發明中的自偶調壓器，逆變電源和不間斷電源都是市場通用產品，可以根據發電裝置使用的場合、用途，選擇價格合適的不同檔次產品與發電機配套，因為上述輔助設備的產品價格差異很大，性能也有所區別。
本發明裝置可以構成從200瓦至3千瓦的完整系列風力發電機組，個別風力資源比較豐富的地區(如海邊、風口等處)也可做到20千瓦或更大功率。我國新疆達板城附近安裝有芬蘭贈送的一個風力電站群，其總功率達到兆瓦級，但結構非常複雜，每千瓦投資遠高於火力電站，故難於推廣普及。而與之比較，本發明利用風力發電的裝置，機電結構簡單，控制簡便，成本可以大大壓縮。一套功率為400瓦的民用裝置，製造成本可控制在1.5千元以內。這樣，普通中等收入的農、牧民的購買能力就可以接受了。如果配套以高級不間斷電源，可以獲得很高的供電質量，但裝置的成本自然要高出許多。
本發明機電結構簡單，維護要求低，可就地分布供電，不需要建立輸變電裝置，不需要消耗一次能源，不會造成環境汙染。其缺陷是裝置的輸出功率受自然條件限制，調節範圍有限，所以，它只能作為一種補充能源使用。它遠不如城市供電網用電方便，不會在城市中得到應用，而只能在遠離城市的邊遠地區、牧場、山區、海島的野外勘測隊、邊防哨所、漁船、氣象站等不可能從城市電網中獲取動力源的用戶，作為一種切實可行的生活用電或小功率生產電力來源。
權利要求
1.一種數控小型風力發電裝置，包括有風翼、發電機，其特徵在於所用的發電機為採用稀土永磁材料製作轉子的稀土全速同步電機，其磁極可為6～12極，風翼的轉軸經傳動機構驅動稀土發電機的轉子旋轉，發電機的饋電輸出經自偶調壓器、逆變電源和不間斷電源供給負載，並由微型計算機通過其接口對發電機、逆變電源和不間斷電源進行數字控制。
全文摘要
一種數控小型風力發電裝置，是用風翼帶動稀土同步電機的轉子旋轉發電，再經自耦調壓器、逆變電源和不間斷電源把電能供給負載，並由微機通過其接口對發電機、逆變電源和不間斷電源實現數字控制。裝置機電結構簡單、控制簡便，為遠離城市電網的邊遠地區用戶提供生活用電或小功率動力來源。
文檔編號H02K21/00GK1081290SQ9210560
公開日1994年1月26日 申請日期1992年7月13日 優先權日1992年7月13日
發明者石行 申請人:北京市西城區新開通用試驗廠