CN101951073A

CN101951073A - 一种中小型风力发电机

Info

Publication number: CN101951073A
Application number: CN2010102534842A
Authority: CN
Inventors: 康继明; 陈庆东
Original assignee: QINHUANGDAO BODA INDUSTRIAL DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Yuyang Sunshine Technology Co., Ltd.
Priority date: 2010-08-11
Filing date: 2010-08-11
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2030-08-11
Also published as: CN101951073B

Abstract

本发明公开了一种中小型风力发电机，包括风力机，其风力机的输出轴设置增速器，通过增速器输出端与发电机连接；其中在所述增速器与发电机之间的输出轴上依次安装有转速传感器、恒速器、第一转速传感器；具有一个继电器，该输出继电器与发电机连接，所述转速传感器、第一转速传感器、恒速器、输出继电器分别与控制器连接。本发明具有在变化的风速状态下发电机能发出恒定频率、恒定电压的交流电；用于离网时可直接接入交流负载，减少蓄电池的用量；用于并网时，不经过蓄电池、逆变器或变流器而直接并入电网。

Description

一种中小型风力发电机

技术领域

本发明属于风力发电机，主要是对风力发电机作了改进，具有单一风力发电、离网发电、并网发电功能。

背景技术

目前中小型风力发电机有二种形式：一种是离网式，一种是并网式。离网式风力发电机组是由风叶轮、发电机、尾翼、支柱、整流控制器、蓄电池和逆变器组成。离网风力发电机发出的电必须全部转化为直流电，全部充入电瓶经逆变器转变成交流电才能使用。这样即成本高、效率低、寿命短。并网式风力发电机组，一种是在离网式风力发电机组的基础上配置一个并网式逆变器。另一种是通过交-直-交式变流器，即把发电机发出的不稳定电压、频率，整流成恒压的直流电。再逆变成恒压、恒频的交流电并入电网中。此二种并网方式除成本高，寿命短外，逆变器输出的交流电多为方波。即便是调制成近似正弦波，也很容易造成谐波污染影响推广。

发明内容

鉴于中小型风力发电机存在着上述问题，本发明研制了一种中小型风力发电机。它可以利用在风速变化的状态下能发出恒定电压、恒定频率的三相或单相交流电，并可用于离网时能直接接入交流负载，减少了蓄电池的数量而降低成本；当它用于并网时，不需要蓄电池、逆变器或变流器而直接并入电网，即降低了成本、提高了使用寿命和改善了并网电源的质量。

本发明的技术解决方案是：中小型风力发电机，包括风力机，其风力机的输出轴设置增速器，通过增速器输出端与发电机连接；其中在所述增速器与发电机之间的输出轴上依次安装有转速传感器、恒速器、第一转速传感器；具有一个继电器，该继电器与发电机连接，所述转速传感器、第一转速传感器、恒速器、继电器分别与控制器连接。当风力过大或降低时，均通过两个控制器利用恒速器控制发电机维持在额定转速，或下降到额定转速，继电器断开，转入待机状态。

在本发明中，所涉及的转速传感器、第一转速传感器，包括永久磁铁转子，具有一个与永久磁铁转子相对应的定子铁芯，和设置在定子铁芯上的感应线圈组成。

在本发明中，所涉及的恒速器包括带有励磁线圈的铁芯转子，和安装在铁芯转子一端的输入轴，对应于铁芯转子另一端具有一个电枢，该电枢上安装有输出轴组成。利用恒速器中的转子与电枢为分离或结合状态，维持发电机的转速在额定转速下工作。

在本发明中，所涉及的控制器，包括并网风速控制电路a、额定转速控制电路b、并网脱网控制电路c组成。第一转速传感器F1并联在桥式整流电路的输入端，桥式整流D1——D4输出两端并联电容C1、串接的电阻R1、分压电阻W1，三极管BG1基极接分压电阻W1，三极管BG1集电极与并联的二极管D5正极、继电器J1的一端连接，二极管D5负极、继电器J1的另一端、三极管BG1发射极与桥式整流D1——D4两输出端连接组成并网风速控制电路；火线L与零线N接通220V交流电源，火线L交流电源接继电器J1的常开触点J1-1后，一路接于变压器B的初极与零线N 220V交流电源连接，另一路分别接于光电耦合器BR中的发光管负极、晶闸管T正极，由变压器B的次极1端接于电容C3接于光电耦合器BR中的电阻串联后接于变压器B的3端，电阻R2的一端接于电容C3，另一端接光电耦合器BR中点后连接晶闸管T负极，第一转速传感器F2与二极管D6串联接于分压电阻W2，通过分压电阻W2一路接三极管BG2的基极，由三极管BG2集电极、三极管BG2发射极并联在BR中的发光管两端，则三极管BG2集电极通过连接分压电阻W3后接于二极管D7，分压电阻W2另一路连接电容C2接至第一转速传感器F2、三极管BG2的基极、光电耦合器BR的电路上，火线L与零线N上连接二极管D引出直流电源组成的额定转速控制电路；继电器J2的一端接三相电源A相端，继电器J2的另一端连接继电器J2的常开触点J1-2接B相端，三相电源A、B、C通过继电器J2接于发电机F3组成并网、脱网控制电路。

根据上述应用特点，所涉及的风力发电机包括风力机，其风力机的输出轴设置增速器，通过增速器输出端与发电机连接；其中在所述增速器与发电机之间的输出轴上依次安装有第一转速传感器、恒速器、第一转速传感器；具有一个输出继电器，该输出继电器与发电机连接，所述转速传感器、第一转速传感器、恒速器、继电器分别与控制器连接，所述输出继电器一路连接桥式整流器后接于蓄电池组；继电器另一路中的第一支路接交流负载，第二支路通过连接逆变器后接于蓄电池组。该结构的风力发电机输出的交流电是正弦波交流电，并且是恒电压、恒频率的。所以它可以直接由输出端接入交流负载，同时可用于整流存入蓄电池，经逆变器接入交流负载。优先使用风力发电机发出的电，若无风时使用蓄电池逆变电源。

在本发明中，所涉及的风力发电机，包括风力机，其风力机的输出轴设置增速器，通过增速器输出端与发电机连接；其中在所述增速器与发电机之间的输出轴上依次安装有转速传感器、恒速器、第一转速传感器；具有一个继电器，该继电器分别与发电机、电网连接，所述转速传感器、第一转速传感器、恒速器、继电器分别与控制器连接，所述继电器与电网连接。当风力发电机发电达到并网设定值时，控制器发出信号使并网继电器闭合。实现并网发电。当风速减小，使风力发电机所发出的电压、频率低于电网的电压和频率时，控制器发出一个信号使并网继电器断开，风力发电机脱网，进入待机状态。

总之，本发明的中下型风力发电机，具有在变化的风速状态下发电机能发出恒定频率、恒定电压的交流电。用于离网时可直接接入交流负载，减少蓄电池的用量；用于并网时，不经过蓄电池、逆变器或变流器而直接并入电网。本发明的关键是采用了恒速器、传感器和控制器组成的机电控制系统来实现的。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中的转速传感器结构示意图；

图3是图1中的恒速器结构示意图；

图4图1中控制器电路原理图；

图5、图6是图1另一实施例。

具体实施方式

下面将结合附图实施例对本发明作进一步的说明。

见图1、图2、图3所示的中心型风力发电机，包括风力机1，其风力机1的输出轴设置增速器2，通过增速器2输出端与发电机6连接；其中在所述增速器2与发电机6之间的输出轴上依次安装有转速传感器3、恒速器4、第一转速传感器5；具有一个用于输出的继电器8，该继电器8与发电机6连接，所述转速传感器3、第一转速传感器5、恒速器4、继电器8分别与控制器7连接。在本实施例中，所指的转速传感器3、第一转速传感器5为同一结构体，该转速传感器3、第一转速传感器5包括永久磁铁转子9，具有一个与括永久磁铁转子9相对应的定子铁芯10，和设置在定子铁芯10上的感应线圈11。当永久磁铁转子9转动时，定子铁芯10中有变化的磁通量，感应线圈11中产生感生电动势，转速越快电动势越高。在本实施例中，所指的恒速器4包括带有励磁线圈13的铁芯转子16，和安装在铁芯转子16一端的输入轴12，对应于铁芯转子16另一端具有一个电枢15，该电枢15上安装有输出轴14。当励磁线圈13没有励磁电流时，输入轴12与输出轴14之间没有任何联系。当励磁线圈13通入直流电流以后，在恒速器的铁芯转子16与电枢15的磁路中建立起磁通，这样就使电枢15与铁芯转子16产生了电磁联系。当风力机拖动输入轴12旋转时，电枢15切割磁力线产生感应电流，同时产生与铁芯转子16旋转方向相同的电磁转距，带动发电机转动。改变励磁线圈13的励磁电流的大小，能改变输入轴12与输出轴14的转速比，也能改变传动扭距。

本发明的工作原理是：当风力达到启动风速时，风力机1开始转动，风力机1拖动增速器2、转速传感器3和恒速器4中的铁芯转子16转动。此时恒速器4中的铁芯转子16与电枢15为分离状态，所以电枢15、第一转速传感器5、发电机6都不转动。当风速逐渐升到工作风速时，风力机1的转速达到设定值，此时由转速传感器3测得转速、传递给控制器7，控制器7给恒速器4中的铁芯转子16励磁，使铁芯转子16拖动电枢15转动，同时第一转速传感器5、发电机6转动，发电机6开始发电。随着风速的增大，风力机1转速的提高，使发电机6的转速达到额定转速时，即频率达到50HZ时，继电器8闭合，适时自动输出交流电。当风速继续增大时，风力机1的转速增加，超过额定转速，通过恒速器4使发电机6有转速增加趋势，此时第一转速传感器5立即将增速信号传给控制器7，控制器7会立刻减小恒速器4中的铁芯转子16的励磁电流，使恒速器4中电枢15与铁芯转子16的转速差加大，而使发电机6的转速不升，而保持发电机6的额定转速不变。若风速减小时，风力机1转速下降，使得发电机6有转速下降趋势，第一转速传感器5把减速信号传递给控制器7，控制器7会立刻增加恒速器4中的铁芯转子16的励磁电流，使恒速器4中的铁芯转子16与电枢15的转速差减小而使发电机6的实际转速维持在额定转速。若风速继续下降，使风力机1的转速低于额定转速，这时发电机6的转速也会下降到额定转速之下。这时发电机6的实际发电电压会低于额定电压，继电器8断开，转入待机状态。

见图4给出了控制器电路原理图。本实施例的控制器7包括并网风速控制电路a、额定转速控制电路b、并网脱网控制电路c组成。转速传感器F1并联在桥式整流电路的输入端，桥式整流D1——D4输出两端并联电容C1、串接的电阻R1、分压电阻W1，三极管BG1基极接分压电阻W1，三极管BG1集电极与并联的二极管D5正极、继电器J1的一端连接，二极管D5负极、继电器J1的另一端、三极管BG1发射极与桥式整流D1——D4两输出端连接组成并网风速控制电路；火线L与零线N接通220V交流电源，火线L交流电源接继电器J1的常开触点J1-1后，一路接于变压器B的初极与零线N 220V交流电源连接，另一路分别接于光电耦合器BR中的发光管负极、晶闸管T正极，由变压器B的次极1端接于电容C3接于光电耦合器BR中的电阻串联后接于变压器B的3端，电阻R2的一端接于电容C3，另一端接光电耦合器BR中点后连接晶闸管T负极，第一转速传感器F2与二极管D6串联接于分压电阻W2，通过分压电阻W2一路接三极管BG2的基极，由三极管BG2集电极、三极管BG2发射极并联在光电耦合器BR中的发光管两端，则三极管BG2集电极通过连接分压电阻W3后接于二极管D7，分压电阻W2另一路连接电容C2接至第一转速传感器F2、BG2的基极、光电耦合器BR的电路上，火线L与零线N上连接二极管D引出直流电源组成的额定转速控制电路；继电器J2的一端接三相电源A相，继电器J2的另一端连接继电器J2的常开触点J1-2接B相端，三相电源A、B、C通过继电器J2接于发电机F3组成并网、脱网控制电路。

控制器的工作原理是：当风速达到并网发电的设定值时，转速传感器F1输出一个交流电压，经D1——D4全波桥式整流，再经电容C1滤波供给电阻R1、分压电阻W1、继电器J1，使三极管BG1导通，继电器J1通电后，继电器的常开触点J1-1、J1-2同时闭合，常开触点J1-1闭合后，额定转速控制电路b得电。脉冲触发变压器B输出一个脉冲供给晶闸管T，使T导通。晶闸管T导通后即在输出端输出一个可调的直流电压去控制恒速器的转速而实现控制发电机的转速。与此同时继电器J1的常开触点J1-2也吸合，使继电器J2得电。继电器J2闭合使发电机完成并网。当风力机转速超过额定转速时，第一转速传感器F2发出的电压升高，升高后的电压经D6整流后供给三极管BG2。三极管BG2导通后内阻变小，光电耦合器BR内阻变大，即晶闸管触发脉冲变窄，输出的直流电流下降，使发电机F3的转速仍保持额定转速不变。当风速不断下降到小于并网发电所设定的风速时，转速传感器F1的输出电压降低，使继电器J1失电、继电器J1的常开触点J1-2断开、继电器J2失电、继电器J2继开，发电机脱离电网。此时风力发电机进入待机状态。

图5给出了风力发电机离网发电的实施例。所涉及的风力发电机包括风力机1，其风力机1的输出轴设置增速器2，通过增速器2输出端与发电机6连接；其中在所述增速器2与发电机6之间的输出轴上依次安装有转速传感器3、恒速器4、第一转速传感器5；具有一个继电器8，该继电器8与发电机6连接，所述转速传感器3、第一转速传感器5、恒速器4、继电器8分别与控制器7连接，所述继电器8一路连接桥式整流器17后接于蓄电池组18；继电器8另一路中的第一支路接交流负载，第二支路通过连接逆变器19后接于蓄电池组18。当所述的风力发电机用于离网发电时，由于所述风力发电机输出的交流电是正弦波交流电，并且是恒压、恒频的。所以它可以直接由输出端接入交流负载，同时可用于整流存入蓄电池，经逆变器接入交流负载。它属于发电优先型，即优先使用风力发电机发出的电，若无风时使用蓄电池逆变电源。

图6给出了风力发电机并网发电的实施例。所涉及的风力发电机，包括风力机1，其风力机1的输出轴设置增速器2，通过增速器2输出端与发电机6连接；其中在所述增速器2与发电机6之间的输出轴上依次安装有转速传感器3、恒速器4、第一转速传感器5；具有一个继电器8，该继电器8分别与发电机6、电网连接，所述转速传感器3、第一转速传感器5、恒速器4、继电器8分别与控制器7连接，所述继电器(8)与电网连接。当所述的风力发电机用于并网发电时，风力发电机发电达到并网设定值时，控制器7发出信号使并网继电器8闭合。实现并网发电。当风速减小，使风力发电机所发出的电压、频率低于电网的电压和频率时，控制器7发出一个信号使并网继电器8断开，风力发电机脱网，进入待机状态。

Claims

1.一种中小型风力发电机，包括风力机，其风力机的输出轴设置增速器，通过增速器输出端与发电机连接；其特征是，在所述增速器(2)与发电机(6)之间的输出轴上依次安装有转速传感器(3)、恒速器(4)、第一转速传感器(5)；具有一个输出继电器(8)，该输出继电器(8)与发电机(6)连接，所述转速传感器(3)、第一转速传感器(5)、恒速器(4)、输出继电器(8)分别与控制器(7)连接。

2.根据权利要求1所述的中小型风力发电机，其特征是，所述转速传感器(3)、第一转速传感器(5)，包括永久磁铁转子(9)，具有一个与永久磁铁转子(9)相对应的定子铁芯(10)，和设置在定子铁芯(10)上的感应线圈(11)组成。

3.根据权利要求1所述的中小型风力发电机，其特征是，所述恒速器包括带有励磁线圈(13)的铁芯转子(16)，和安装在铁芯转子(16)一端的输入轴(12)，对应于铁芯转子(16)另一端具有一个电枢(15)，该电枢(15)上安装有输出轴(14)组成。

4.根据权利要求1所述的中小型风力发电机，其特征是，所述控制器由转速传感器F1并联在桥式整流电路的输入端，桥式整流D1——D4输出两端并联电容C1、串接的电阻R1、分压电阻W1，晶体管BG基极接分压电阻W1，BG集电极与并联的二极管D5正极、继电器J1的一端连接，二极管D5负极、继电器J1的另一端、BG发射极与桥式整流D1——D4两输出端连接组成并网风速控制电路a；火线L与零线N接通220V交流电源，火线L交流电源接继电器J1的常开触点J1-1后，一路接于变压器B的初极与零线N 220V交流电源连接，另一路分别接于光电耦合器BR中的发光管负极、晶闸管T正极，由变压器B的次极1端接于电容C3接于光电耦合器BR中的电阻串联后接于变压器B的3端，电阻R2的一端接于电容C3，另一端接光电耦合器BR中点后连接晶闸管T负极，第一转速传感器F2与二极管D6串联接于分压电阻W2，通过分压电阻W2一路接三极管BG2的基极，由三极管BG2集电极、三极管BG2发射极并联在光电耦合器BR中的发光管两端，则三极管BG2集电极通过连接分压电阻W3后接于二极管D7，分压电阻W2另一路连接电容C2接至第一转速传感器F2、三极管BG2的基极、光电耦合器BR的电路上，火线L与零线N上连接二极管D引出直流电源组成的额定转速控制电路b；继电器J2的一端接三相电源A相，继电器J2的另一端连接继电器J1的常开触点J1-2接B相端，三相电源A、B、C通过继电器J2接于发电机F3组成并网、脱网控制电路c。

5.根据权利要求1所述的中小型风力发电机，其特征是，风力发电机包括风力机(1)，其风力机(1)的输出轴设置增速器(2)，通过增速器(2)输出端与发电机(6)连接；其中在所述增速器(2)与发电机(6)之间的输出轴上依次安装有转速传感器(3)、恒速器(4)、第一转速传感器(5)；具有一个继电器(8)，该继电器(8)与发电机(6)连接，所述转速传感器(3)、第一转速传感器(5)、恒速器(4)、继电器(8)分别与控制器(7)连接，所述输出继电器(8)一路连接桥式整流器(17)后接于蓄电池组(18)；继电器(8)另一路中的第一支路接交流负载，第二支路通过连接逆变器(19)后接于蓄电池组(18)。

6.根据权利要求1所述的中小型风力发电机，其特征是，风力发电机，包括风力机(1)，其风力机(1)的输出轴设置增速器(2)，通过增速器(2)输出端与发电机(6)连接；其中在所述增速器(2)与发电机(6)之间的输出轴上依次安装有转速传感器(3)、恒速器(4)、第一转速传感器(5)；具有一个继电器(8)，该继电器(18)分别与发电机(6)、电网连接，所述转速传感器(3)、第一转速传感器(5)、恒速器(4)、继电器(8)分别与控制器(7)连接，所述继电器(8)与电网连接。