CN102447328A

CN102447328A - 一种能够获得风轮最大输出功率的永磁风力发电机系统

Info

Publication number: CN102447328A
Application number: CN2010102979564A
Authority: CN
Inventors: 邓隐北; 魏国安; 尚俊梅; 孟雪玲
Original assignee: Henan Senyuan Electric Co Ltd
Current assignee: Henan Senyuan Electric Co Ltd
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2012-05-09

Abstract

一种能够获得风轮最大输出功率的永磁风力发电机系统，它包括风轮以及与风轮相连接的风力发电机，在风力发电机中设置有永磁发电机，永磁发电机的定子绕组中嵌有两个具有不同匝数的线圈，两个线圈分别与带有分接抽头的电抗器串联连接，两个电抗器输出的交流电又分别送到整流器中，经过整流后的直流电输入至负载或给蓄电池充电；在永磁发电机的转子中设置上压板和下压板，在上压板和下压板之间设置铁芯，铁芯外围设置磁极；在磁极中，N极和S极交错设置。本发明最大特点是未使用开关器件等有源元件，藉助无控制电路方式与其他器件构成直流输出，输出到用作负载的直流电源上，而获得风轮最大输出功率。

Description

一种能够获得风轮最大输出功率的永磁风力发电机系统

技术领域

本发明涉及一种永磁发电机，特别涉及一种能与风轮最佳匹配、输出功率最大的永磁风力发电机系统。

背景技术

由于天然资源的枯竭和地球逐渐变热的温升效应，作为清洁的可再生能源----风力发电，获得了广泛而又飞速的发展。但是，原来的发电装置接入现在的风电系统中，会出现以下问题：（1）在变动风速下，经常不一定能取得风轮的最大功率；（2）初期成本和运行成本高；（3）每年的净发电量少，特别在必设控制电路又未刮风或未吹动风叶情况下，不仅无输出功率，相反还要消耗“待机功率”。

原来发电装置通常有变频方式和整流方式两种。变频方式中，为在变动的风速下得到风轮的最大功率，利用变频器进行可变速的运转，但是，因变频器控制电路的操作电源，需消耗“待机功率”，以及因PWM变换器的开关损耗，所需的损耗功率比低风速时从风轮取得的功率还大，有效的净发电量成为“负数”，尤其在小型发电系统中较为明显。

在整流方式中，将永磁发电机的输出经过整流后，输出直流功率。例如,若按10m/s风速取得额定功率设计，在风速出现频度高的5m/s以下时，风轮则处于空转状态，因发电机输出电压比作为负载的直流电源的电压还低，故不能输出功率。

发明内容

本发明旨在提供一种无控制电路的发电装置，没有待机功率，没有常规所需的控制电路和由开关元件组成的PWM变换器，但是却能使风轮输出最佳化的新型发电装置。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明包括风轮以及与风轮相连接的风力发电机，在所述的风力发电机中设置有永磁发电机，永磁发电机的定子绕组中嵌有两个具有不同匝数的线圈，两个线圈分别与带有分接抽头的电抗器串联连接，两个电抗器输出的交流电又分别送到整流器中，经过整流后的直流电输入至负载或给蓄电池充电；在永磁发电机的转子中设置上压板和下压板，在上压板和下压板之间设置铁芯，铁芯外围设置磁极；在所述的磁极中，N极和S极交错设置。

在永磁发电机的转子中，铁芯为内部空心的燕尾结构。

在永磁发电机的转子中，所述磁极的磁钢为稀土永磁。

在所述上压板和下压板之间设置拉紧螺杆。

采用上述技术方案的本发明，属于无控制电路或者无变换器电路。它是由内装多个线圈并产生不同感应电压的永磁发电机，带分接抽头的电抗器以及仅由无源元件构成的整流器所组成。本发明是输出直流电流的装置，也就是一种可变的直流电流源，它最大特点是未使用开关器件等有源元件，藉助无控制电路方式与其他器件构成直流输出，输出到用作负载的直流电源上，而获得风轮最大输出功率。

本发明的结构中，永磁发电机采用了径向磁场高比功率的空心转子结构，六对磁极的磁钢为稀土永磁，重量轻，输出功率和效率均高，用于无控制电路的发电装置最理想。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明中永磁风力发电机的转子结构示意图。

图3为图2的俯视图。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括风轮7以及与风轮7相连接的风力发电机，在风力发电机中设置有永磁发电机1，永磁发电机1的定子绕组中嵌有两个具有不同匝数的线圈2，两个线圈2分别与带有分接抽头的电抗器3串联连接，两个电抗器3输出的交流电又分别送到整流器4中，经过整流后的直流电输入至负载6或给蓄电池5充电。

不同匝数的定子线圈2，匝数少的线圈开始发电的转速约为1/2Nn，其中Nn为额定转速，风轮转速提高以后开始直流输出，匝数少的线圈电感值相对较小；而匝数较多的线圈开始发电的转速约为1/4Nn，它可承担具有风轮三次方功率特性的低速区输出。其中，匝数少的线圈连接一个饱和电感器，匝数较多的线圈则接入另一个饱和电感器，从而实现了：发电机输入功率近似于相应转速下具有立方特性的风轮最大输出特性这一理想结果。

与以往风力发电机系统结构的最大不同特点是：本发明无控制电路，未使用开关器件等有源元件。通过齿轮变速机构传动比的改变，通过永磁发电机和电感器最佳组合的选择，即按照无CC发电机的输入决定两个电抗器的电感值；电抗器饱和度的选择：分接头位置的选择等，使对应于风轮转速的发电机输入功率特性，能理想的跟踪风轮最大功率的立方曲线特性，能获得风轮的最大输出功率。

另外，如图2、图3所示，在永磁发电机1的转子中设置上压板8和下压板11，在上压板8和下压板11之间设置铁芯9，铁芯9外围均匀设置12个磁极10，且在磁极10中，N极和S极交错设置。需要说明的是，外周的铁芯9设计成燕尾结构，以防止旋转时的离心力而可靠固定磁极10于铁芯9上。铁芯9的厚度取确保导磁并形成回路的最小厚度，中间为空心结构，以减轻重量、提高比功率（W/kg）。另外，在永磁发电机1的转子中，磁极10的磁钢为稀土永磁，它重量轻，输出功率和效率均高，用于无控制电路的发电装置最理想。

最后，铁芯9上下两端，由上压板8和下压板11借助四个拉紧螺杆12夹固，套轴后再点焊固定。

Claims

1.一种能够获得风轮最大输出功率的永磁风力发电机系统，它包括风轮（7）以及与风轮（7）相连接的风力发电机，其特征在于：在所述的风力发电机中设置有永磁发电机（1），永磁发电机（1）的定子绕组中嵌有两个具有不同匝数的线圈（2），两个线圈（2）分别与带有分接抽头的电抗器（3）串联连接，两个电抗器（3）输出的交流电又分别送到整流器（4）中，经过整流后的直流电输入至负载或给蓄电池充电；在永磁发电机（1）的转子中设置上压板（8）和下压板（11），在上压板（8）和下压板（11）之间设置铁芯（9），铁芯（9）外围设置磁极（10）；在所述的磁极（10）中，N极和S极交错设置。

2.根据权利要求1所述的能够获得风轮最大输出功率的永磁风力发电机系统，其特征在于：在永磁发电机（1）的转子中，铁芯（9）为内部空心的燕尾结构。

3.根据权利要求1所述的能够获得风轮最大输出功率的永磁风力发电机系统，其特征在于：在永磁发电机（1）的转子中，所述磁极（10）的磁钢为稀土永磁。

4.根据权利要求1～3任一所述的能够获得风轮最大输出功率的永磁风力发电机系统，其特征在于：在所述上压板（8）和下压板（11）之间设置拉紧螺杆（12）。