CN102013787A - 风力发电机电磁制动及控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种风力发电机电磁制动及控制系统，风力发电机的定子槽内绕有发电绕组以及制动绕组，发电绕组以及制动绕组之间通过绝缘体隔开；发电绕组的输出通过继电器以及整流桥后通过直流输出端输出直流电，发电绕组的输出通过制动电阻、整流桥、继电器后与制动绕组相接，制动电阻的两端并接有继电器，继电器分别与控制系统相接并受其控制。本发明结构简单，容易实现，在正常运转时，制动绕组与发电绕组互不干扰，发电绕组正常发电，制动绕组也可发电或者用于控制系统的供电，需要停机的时候，制动绕组，实现制动。简化了风力发电机机械结构，减少故障率，大大延长了风力发电机的使用寿命，便于控制。并且可以在风力发电机运行超速时，通过电磁制动降速实现电压稳定。
Description
技术领域
本发明涉及一种风力发电机制动系统，特别是一种利用电磁制动的制动以及制动控制系统。
背景技术
随着经济的不断发展，人们对能源的需求越来越大，不可再生资源的储备量受到严重的威胁，因而人们逐渐将目光转向可再生资源，风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视，因而促使风力发电机的不断创新。风力发电机在使用的过程中，有时需要对运转中的风力发电机进行制动，以使其停止工作或进行维修或者应对其他特殊情况，现有的风力发电机大多通过机械系统或者液压系统对其进行制动控制，液压控制系统容易受温度的影响，不适用于过冷或过热的环境，而且使用寿命较低，经常出现漏油等故障，不能够保证风力发电机的制动安全；机械制动往往结构复杂，主要依靠摩擦制动器与发电机转子之间的摩擦力促使其停机，不仅造价高，而且故障率高，摩擦制动器磨损后需要更换，最重要的是，在风力发电机高速运行需要紧急制动时，摩擦过程中会产生大量的热量，甚至损坏风力发电机。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种结构简单、制动效果好的风力发电机电磁制动及控制系统。
本发明的技术方案为：一种风力发电机电磁制动及控制系统，包括风力发电机以及与风力发电机绕组相接的控制系统，所述的风力发电机的定子槽内绕有发电绕组以及制动绕组，发电绕组以及制动绕组之间通过绝缘体隔开；所述的发电绕组的输出通过继电器以及整流桥后通过直流输出端输出直流电，发电绕组的输出通过制动电阻、整流桥、继电器后与制动绕组相接，制动电阻的两端并接有继电器，所述的继电器分别与控制系统相接并受其控制。
优选的是：所述的制动绕组的输出通过整流桥与直流输出端相接。
优选的是：所述的发电绕组的输出通过继电器后与卸荷电阻相接。
优选的是：所述的控制系统为单片机控制系统，包括单片机以及与单片机输出控制单元相接的继电器，单片机上接有一个制动开关。
优选的是：所述的制动绕组的输出通过稳压电源接有电池组，并为单片机供电。
优选的是：所述的控制系统为PLC控制系统，PLC控制系统控制继电器，并设置有制动开关。
优选的是：所述的发电绕组的输出接有开关。
优选的是：所述的直流输出端设置有电容模块。
优选的是：所述的发电绕组为Y型连接。
优选的是：所述的制动绕组为I型或W型连接。
本发明的有益效果为：本发明结构简单，容易实现，风力发电机在正常运转时，制动绕组与发电绕组互不干扰，发电绕组正常发电，制动绕组也可发电或者用于控制系统的供电，当需要停机的时候，接通发电绕组与制动绕组之间的继电器，使得发电绕组给制动绕组供电，制动绕组产生制动磁场，将转子强制吸住，实现制动。使用本发明能安全停机和开机，也可紧急制动，简化了风力发电机机械结构，减少故障率，大大延长了风力发电机的使用寿命，便于控制。并且可以在风力发电机运行超速时，通过电磁制动降速实现电压稳定。
附图说明
图1为本发明具体实施例1的原理图
图2为本发明具体实施例2的原理图
图3为本发明具体实施例2的原理图
图4为本发明发电机的绕组结构的剖视图
图5-图10为本发明发电机的分解结构示意图
图6为单独的电磁制动系统
具体实施方式
下面结合附图说明本发明的具体实施方式，与本发明原理相同的系统都在本发明的保护范围之内：
具体实施例1：一种风力发电机电磁制动及控制系统，包括风力发电机以及与风力发电机绕组相接的控制系统，所述的风力发电机的定子槽内绕接有发电绕组1以及制动绕组2，发电绕组1以及制动绕组2之间通过绝缘体隔开；所述的Y型连接发电绕组1的输出通过继电器G1以及整流桥Z2、Z3后通过直流输出端输出直流电，发电绕组2的输出通过制动电阻R2、整流桥Z1、继电器G2后与制动绕组1相接，制动电阻R2的两端并接有继电器G3，所述的继电器G1、G2、G3、G4分别与控制系统相接并受其控制。发电绕组的输出通过继电器G4后与卸荷电阻R1相接。所述的控制系统为单片机控制系统，包括单片机以及与单片机输出控制单元相接的继电器G1、G2、G3、G4，单片机上接有一个制动开关JAT。所述的制动绕组的输出通过稳压电源接有电池组，并为单片机供电。或者所述的控制系统为PLC控制系统，PLC控制系统控制继电器G1、G2、G3、G4，并设置有制动开关JAT。所述的发电绕组的输出接有开关SK。所述的直流输出端设置有电容模块。所述的整流桥与继电器G2之间设置有滤波电容C4、C5。所述的整流桥Z2、Z3之间设置有电容C1、C2、C3。
制动原理：风力发电机的定子槽内设有发电绕组1和制动绕组2，当发电机需要停机时，单片机输出信号将发电机的负载先转到卸荷电阻R1上，经延时后，发电机转速降低，第二步串联制动电阻R2后，减少电流冲击，接通制动绕组，发电机转速降到最低时，将发电绕组通过G3直接连接制动绕组，这时发电机完全停止转动，发电机的发电绕组与制动绕组连接，发电绕组产生电压供给制动绕组，使制动绕组产生电流磁场，与转子的永磁体形成异极磁场，就会将转子强制吸住，实现电磁制动。其中，本发明也可以设置一个或多个制动系统，其中一个制动系统包括一个制动绕组和一个励磁绕组，励磁绕组专为制动绕组供电。
当需停止发电机时，按下急停开关JAT，单片机输出信号给G1断开，G4接通60秒后，G2闭合，制动绕组通电，30秒后G4断开，再30秒后G3控制电路导通，这时发电绕组与制动绕组完全接通，完成停机。需要开机时，开启急停开关JAT，单片机输出信号给G1、G2、G3接通控制信号，G2输出断开，G3输出断开，G1输出接通，发电机开始工作。
制动绕组在正常工作时，可以通过稳压电源给电池组充电，供单片机及控制电路信号电源。当发电机超速过压时，单片机能自动将发电机负载转到卸荷电阻上，电压降至额定电压。
具体实施例2：一种风力发电机电磁制动及控制系统，包括风力发电机以及与风力发电机绕组相接的控制系统，所述的风力发电机的定子槽内绕接有发电绕组1以及制动绕组2，发电绕组1以及制动绕组2之间通过绝缘体隔开；所述的Y型连接发电绕组1的输出通过继电器G1以及整流桥Z2、Z3后通过直流输出端输出直流电，发电绕组2的输出通过制动电阻R2、整流桥Z1、继电器G2后与制动绕组1相接，制动电阻R2的两端并接有继电器G3，所述的继电器G1、G2、G3、G4分别与控制系统相接并受其控制。所述的制动绕组的输出通过整流桥Z4与直流输出端相接。发电绕组的输出通过继电器G4后与卸荷电阻R1相接。所述的控制系统为单片机控制系统，包括单片机以及与单片机输出控制单元相接的继电器G1、G2、G3、G4，单片机上接有一个制动开关JAT。所述的制动绕组的输出通过稳压电源接有电池组，并为单片机供电。所述的控制系统为PLC控制系统，PLC控制系统控制继电器G1、G2、G3、G4，并设置有制动开关JAT。所述的发电绕组的输出接有开关SK。所述的直流输出端设置有电容模块。所述的整流桥与继电器G2之间设置有滤波电容C4、C5。所述的整流桥Z2、Z3之间设置有电容C1、C2、C3。
制动原理：风力发电机的定子槽内设置有发电绕组1和制动绕组2，发电机正常工作时，发电绕组1与制动绕组2共同发电，当发电机需要停机时，单片机或PLC输出信号将发电机的负载先转到卸荷电阻上，经延时后，发电机转速降低，之后串联制动电阻，减少电流冲击，接通制动绕组2，发电机转速降到最低时，将发电绕组1通过G3直接连接制动绕组2，这时发电机完全停止转动，发电机的发电绕组1与制动绕组2连接，发电绕组1产生电压供给制动绕组2，使制动绕组产生电流磁场，与转子的永磁体形成异极磁场，就会将转子强制吸住，实现电磁制动。本发明可以设置一个或多个制动系统，其中一个制动系统包括一个制动绕组和一个励磁绕组，励磁绕组专为制动绕组供电。
当需停止发电机时，按下急停开关JAT，单片机或PLC输出信号给G1断开，G4闭合，接通60秒后，G2闭合，制动绕组2通电，30秒后G4断开，再30秒后G3闭合，这时发电绕组与制动绕组完全接通，完成停机。需要开机时，开启急停开关JAT，单片机或PLC输出信号给G1、G2、G3接通控制信号，G2断开，G3断开。G1输出接通，发电机开始工作。
制动绕组在正常工作时，经过整流桥Z4与整流桥Z2串联，共同输出额定功率，也可以通过稳压电源给电池组充电，供单片机或PLC及控制电路信号电源。当发电机超速过压时，单片机或PLC可自动将发电机负载转到卸荷电阻上，电压降至额定电压。
具体实施例3：本具体实施例适用于大型发电机组，发电绕组为三相定子绕组，制动绕组为三相六线制动绕组，当发电机需要停机时，单片机或PLC输出信号将发电机的负载先转到卸荷电阻R1上，经延时后，发电机转速降低，第二步串联制动电阻R2和限流电阻R4，减少电流冲击，接通制动绕组2，发电机转速降到最低时，将发电绕组1通过G3直接连接制动绕组2，这时发电机完全停止转动，发电机的发电绕组1与制动绕组2连接，发电绕组1产生电压供给制动绕组2，使制动绕组2产生电流磁场，与转子的永磁体形成异极磁场，就会将转子强制吸住，实现电磁制动。也可以设置一个或多个制动系统，其中一个制动系统包括一个制动绕组和一个励磁绕组，励磁绕组专为制动绕组供电。本系统不产生热量，有温度传感器PT使发电机在温度过高时，传给单片机或PLC信号，并控制系统开始电磁制动，降低转速，不会造成绕组因过热而损坏。
当需停止发电机时，按下急停开关JAT，单片机或PLC输出信号给G1、G7断开，G4、G8接通60秒后，G5、G8断开。G2、G6闭合，制动绕组通电，30秒后G4断开，再30秒后G3闭合，这时发电绕组与制动绕组完全接通，完成停机。需要开机时，开启急停开关JAT，单片机或PLC输出信号给G2、G3、G6断开，G1、G5、G7接通，发电机开始工作。
制动绕组在正常工作时，经过整流桥Z4与整流桥Z2串联，共同输出额定功率，也可以通过稳压电源给电池组充电，供单片机或PLC及控制电路信号电源。
当发电机超速过压时，单片机或PLC能控制系统将发电机负载转到卸荷电阻上，电压降至额定电压。
风力发电机在正常运转时，使用电磁制动系统能安全停机和开机，也可紧急制动，简化了风力发电机机械结构，会保护永磁体磁力强度，减少故障率，大大延长了风力发电机的使用寿命，和运转稳定性，便于控制，使风力发电机在运行超速时，通过电磁制动降速实现电压稳定。目前世界上所有风力发电机未采用这种系统。
如图5所示，风力发电机包括定子3、转子4、机壳5，定子3上装有发电绕组1和制动绕组2，转子4上安装有永磁体6，制动时，通过发电绕组给制动绕组2供电，达到制动目的。
如图6所示，这套系统是单独的电磁制动系统，包括定子3、转子4、机壳5。通过联轴器7与风力发电机连接在一起，给单独的制动系统供电产生制动效果。
如图7所示，转子4上安装有励磁绕组8。
如图8所示，机壳5上装有两个定子3，一个大发电机定子3，一个小发电机定子3，转子4上装两套永磁体6，一套是大发电机转子4，一套是小发电机转子4。大发电机是主发电机，小发电机是专用制动发电机，制动时，通过大发电机发出电整流后供给小发电机制动绕组，达到制动目的。
如图9所示，为实现无电刷结构的永磁励磁式发电机，结构是定子3上装有三相发电绕组和制动绕组，大发电机的转子4是电励磁结构，小发电机对应的机壳上设置有永磁体6。大发电机的转子4带有电磁绕组10，小发电机的电枢9与大发电机的转子4在一根轴上，小发电机电枢9通过整流器11直接给大发电机电磁绕组10供电，产生电磁场。
如图10所示，包括外转子4、内定子3。内定子3上装有发电绕组和制动绕组，外转子4上设置有永磁体6，制动时，通过发电绕组给制动绕组供电，达到制动目的。
Claims (10)
1.一种风力发电机电磁制动及控制系统，包括风力发电机以及与风力发电机绕组相接的控制系统，其特征在于：所述的风力发电机的定子槽内绕有发电绕组以及制动绕组，发电绕组以及制动绕组之间通过绝缘体隔开；所述的发电绕组的输出通过继电器以及整流桥后通过直流输出端输出直流电，发电绕组的输出通过制动电阻、整流桥、继电器后与制动绕组相接，制动电阻的两端并接有继电器，所述的继电器分别与控制系统相接并受其控制。
2.如权利要求1所述的风力发电机电磁制动及控制系统，其特征在于：所述的制动绕组的输出通过整流桥与直流输出端相接。
3.如权利要求1或2所述的风力发电机电磁制动及控制系统，其特征在于：所述的发电绕组的输出通过继电器后与卸荷电阻相接。
4.如权利要求1或2所述的风力发电机电磁制动及控制系统，其特征在于：所述的控制系统为单片机控制系统，包括单片机以及与单片机输出控制单元相接的继电器，单片机上接有一个制动开关。
5.如权利要求4所述的风力发电机电磁制动及控制系统，其特征在于：所述的制动绕组的输出通过稳压电源接有电池组，并为单片机供电。
6.如权利要求1或2所述的风力发电机电磁制动及控制系统，其特征在于：所述的控制系统为PLC控制系统，PLC控制系统控制继电器，并设置有制动开关。
7.如权利要求1或2所述的风力发电机电磁制动及控制系统，其特征在于：所述的发电绕组的输出接有开关。
8.如权利要求1或2所述的风力发电机电磁制动及控制系统，其特征在于：所述的直流输出端设置有电容模块。
9.如权利要求1或2所述的风力发电机电磁制动及控制系统，其特征在于：所述的发电绕组为Y型连接。
10.如权利要求1或2所述的风力发电机电磁制动及控制系统，其特征在于：所述的制动绕组为I型或W型连接。
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