CN102506017A - 静压差动调速式风电机组主传动装置 - Google Patents

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张小鹏
刘金刚
彭柳絮
巩招兵
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Abstract

本发明涉及一种静压差动调速式风力发电机组中的主传动装置。该传动装置发电机输入轴(13)上安装一个输出齿轮(12)，输出齿轮(12)与调速齿轮(16)啮合。定量液压马达(9)受变量液压泵(11)驱动，其转速受变量液压泵驱流量调节；变量液压泵的排量调节执行机构受电子控制单元调节；电子控制单元(18)接受来自风机和发电机输入轴的测速传感器的信号反馈并作出相应的判断。测速传感器采集信息反馈给电子控制单元，控制执行机构改变变量泵流量，驱动定量泵带动定轴中心轮改变转速，中心轮通过惰轮带动齿圈，使行星差速机构在一个原动件(行星架)速度情况下，改变另一个原动件(齿圈)，从而使太阳轮转速恒定，达到发电机输入轴转速恒定的目的。因而无需变频器、变压器等大功率电子器件，有效降低机头质量，简化操作方法，提高了发电机组的使用寿命和对风速变化的适应能力。

Description

静压差动调速式风电机组主传动装置
技术领域
本发明涉及一种静压差动调速式风力发电机组中的主传动装置，尤其适用于发电功率在300KW左右的直接上网发电机组。
背景技术
风能作为一种清洁的可再生能源，蕴含潜力巨大，越来越受到世界各国的重视，但由于其主传动装置的复杂及维修成本较高等原因制约着风电的发展。目前现有市场上的风力发电机组主要分为两种：无齿轮(直驱式)风力发电机组和齿轮风力发电机组。直驱式风力发电机组，是一种由风力直接驱动发电机，这种发电机采用多极电机与叶轮直接连接进行驱动的方式，免去齿轮箱这一传统部件。优点是：低风速时高效率、低噪音、高寿命、减小机组体积、降低运行维护成本等，但是由于发电机的功率随风速变化大，以及永磁电机其自身的诸多缺点限制其应用，目前未成为风力发电的主流。齿轮风力发电机组是目前风电的主流，现有的风力发电机组的主传动装置是由风轮、传动轴、增速箱、发电机组成。风轮在风能的驱动下转动，风轮装在传动轴上，传动轴通过联轴器带动增速器转动，增速器的输出轴通过联轴器与发电机的输入轴相连，带动发电机转动。由于自然界中风速是不断变化着的，时高时低，因而风轮的转速也会随着风速的变化而发生变化，使得驱动发电机的转速不是一个恒定的值，因而通常的解决放案有两种一是需要变频器、变压器等大功率电子器件，从而增加风力发电机机组的复杂性，增加机头的质量。二是采用某些调速装置，使发电机恒速工作，但这些调速装置通常都较为复杂，成本较高。
上述两种风电主传动装置存在以下几点不足：1无齿轮风力发电机组功率波动较大，对电瓶和电网有大的冲击。2齿轮风力发电机组需要复杂的调速变频装置。
发明内容
为了解决现有的风电机组主传动装置由于风力的不稳定性，使驱动发电机的转速不是一个恒定的值，需要变频器、变压器等大功率电子器件，加重机头质量和维修成本等问题，本发明提供一种风力发电机组中的静压差动调速式主传动装置，该传动装置结构简单紧凑易于实现、传动效率高、低维修成本、高可靠性，适用的风速变化范围大，恒定发电机输入轴转速，从而达到使风力发电机组发出的电的频率及功率保持恒定目的的风力发电机组的主传动装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该传动装置包括行星齿轮2，其特征在于，一个行星架1上安装三个行星齿轮2，三个行星齿轮同时与一端的内齿圈3和太阳轮4啮合，惰轮5则与另一端的内齿圈和定轴中心轮6啮合；定量液压马达9带动的定轴中心齿轮6，定量液压马达9的入油口通过液压管道II 10与变量液压泵11的出油口连接，变量液压泵11的出油口通过液压管道I 7连接油箱8，定轴中心齿轮6与惰轮5啮合；发电机输入轴13上安装输出齿轮12，输出齿轮12与调速齿轮16啮合，调速齿轮16带动变量液压泵输入轴15旋转；变量液压泵输入轴15端的齿轮与发电机输入轴13端的齿轮啮合；排量调节执行机构17与电子控制单元18连接，电子控制单元18连接两个测速传感器14，两个测速传感器14分别安装在风机上和发电机输入轴13上。
其中，发电机输入轴13上安装一个输出齿轮12，输出齿轮12与调速齿轮16啮合。
其中，定量液压马达9受变量液压泵11驱动，其转速受变量液压泵驱流量调节；变量液压泵的排量调节执行机构受电子控制单元调节；电子控制单元18接受来自风机和发电机输入轴的测速传感器的信号反馈并作出相应的判断。
本发明的优点有：
1此传动装置对电网的优点包括：低谐波效应；精确的有功和无功功率调节；零压降和高短路电流。
2此传动装置对风电设备的优点包括：结构简单紧凑，传动效率高；低维护成本和高发电效；无滑环、无电刷，可靠性更高；无需变频器、变压器等大功率电子器件，有效降低机头质量；无需断路器保护变频器；无需无功功率补偿装置。
附图说明
图1静压差动调速式风电机组主传动装置工作原理图
具体实施方式
如图所示，不同风速下叶轮和发电机输入轴的转速也随之变化，测速传感器14将采集来的叶轮和发电机输入轴13的转速数据经过处理后反馈给电子控制单元，电子控制单元发出指令控制执行机构，执行机构调节变量液压泵11的排量。发电机输入轴13上安装输出齿轮12，输出齿轮12与调速齿轮16啮合，调速齿轮16带动变量液压泵输入轴15旋转，轴转速恒定，泵输出流量随排量变化而变化。变量液压泵11通过液压管道II 10输送油液驱动定量液压马达9，变量液压泵11通过流量变化调节定量液压马达9的输出转速，定量液压马达9带动定轴中心轮6旋转。行星差速机构有两个自由度，齿圈3和行星架1为原动件，当行星架1输入转速变化时，变量液压泵11驱动定量液压马达9，定量液压马达9改变定轴中心轮6转速，惰轮5的转速随之改变，继而改变与之啮合的行星差速机构内齿圈3的转速，使得太阳轮4轴维持恒定的转速(1500rpm)。
行星差速机构有两个自由度，齿圈和行星架为原动件，从而保证了输出轴(太阳轮)有恒定的转速。
行星差动齿轮2的输出轴(即发电机的输入轴13)上安装一个齿轮12与另一个相配合的从动齿轮16啮合，从动齿轮轴端安装一个变量液压泵，齿轮轴带动液压泵旋转，液压泵驱动定量液压马达。风机上安装测速传感器，测速传感器将采集的信号经过处理，然后将信号反馈给电子控制单元，液压泵排量受电子控制单元调节随风机转速变化而改变，液压泵输入转速恒定，泵输出流量随排量变化而变化。液压泵通过流量变化调节液压马达的输出转速，液压马达调节行星差动轮系的齿圈转速实现输出轴的恒速输出，从而达到使发电机变速恒频工作的目的。

Claims (3)

1.静压差动调速式风电机组主传动装置，包括行星齿轮（2），其特征在于，一个行星架（1）上安装三个行星齿轮（2），三个行星齿轮同时与一端的内齿圈（3）和太阳轮（4）啮合，惰轮（5）与另一端的内齿圈（3）和定轴中心轮（6）啮合；定量液压马达（9）带动的定轴中心齿轮（6），定量液压马达（9）的入油口通过液压管道Ⅱ（10）与变量液压泵（11）的出油口连接；变量液压泵（11）的出油口通过液压管道Ⅰ（7）连接油箱（8）；定轴中心齿轮（6）与惰轮（5）啮合；发电机输入轴(13)上安装输出齿轮（12），输出齿轮（12）与调速齿轮（16）啮合，调速齿轮（16）带动变量液压泵输入轴（15）旋转；变量液压泵输入轴（15）端的齿轮与发电机输入轴(13)端的齿轮啮合；排量调节执行机构(17)与电子控制单元(18)连接，电子控制单元(18)连接两个测速传感器(14)，两个测速传感器(14)分别安装在风机上和发电机输入轴(13)上。
2.根据权利要求1所述的静压差动调速式风力发电机组主传动装置，其特征在于，发电机输入轴（13）上安装一个输出齿轮（12），输出齿轮（12）与调速齿轮（16）啮合。
3.根据权利要求1所述的静压差动调速式风力发电机组主传动装置，其特征在于，定量液压马达（9）受变量液压泵（11）驱动，其转速受变量液压泵驱流量调节；变量液压泵的排量调节执行机构受电子控制单元调节；电子控制单元（18）接受来自风机和发电机输入轴的测速传感器的信号反馈并作出相应的判断。
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