CN106469965A - 一种风力发电机供电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风力发电机供电系统，该装置利用风力发电机产生的电能为海洋航标灯塔供电，风力发电机针对风速过大对应三种不同工作状态，风速过大时，第二定子和转子组成发电机为电容充电，风速过小时，第二定子和转子组成电动机，带动转子旋转；风速正常情况下，第二定子和电容不工作，此时，仅由第一定子为海洋航标灯塔提供工作电源，当风力发电机发生故障时，由电容为海洋航标灯塔供电，上述风力发电系统节能环保、同时提高了风能利用率。

Description

一种风力发电机供电系统
技术领域
本发明设置一种风力发电机供电系统，具体涉及一种通过风力发电为海洋航标灯塔供电的装置。
背景技术
海洋航标灯塔地处偏远，通常脱网供电，传统的海洋航标灯塔采用太阳能供电，然而太阳能发电系统在日光不足时，无法为灯塔提供稳定的电源，因此，本申请以供电电源稳定为目的，提出一种通过风力发电机作为主发电系统，太阳能发电作为辅助发电系统的海洋航标灯塔电源。该电源绿色环保，同时具有高可靠性、并可以脱网运行。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种风力发电机供电系统，节能环保，同时提高了风能利用率、可以脱网运行的航标灯塔电源装置。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：一种风力发电机供电系统，它包括风叶、轴、转子、第一定子、第二定子和风速检测装置，其特征在于：第一定子、转子、第二定子呈筒状，且第一定子上设置有多个凸出部，各凸出部沿周向呈对称分布且凸出部上设有定子绕组，转子上设置有多个永磁体，永磁体分别向第一定子外侧及第二定子内侧延伸，第二定子上设置有多个凸出部，各凸出部沿周向呈对称分布且凸出部上设有定子绕组，第二定子凸出部向转子外侧延伸；转子直径大于第一定子直径，小于第二定子直径；风叶带动风力发电机转轴转动，带动转子转动产生旋转电动势。
风力发电机共有三种运行方式，当风速检测装置检测到转子的转速超过电机额定转速时，风力发电机切换为第一种运行方式工作，此时，第二定子和转子组成发电机为电容充电，同时，第一定子和转子组成发电机为海洋航标灯塔供电；当风速检测装置检测到转子的转速低于电机额定转速时，风力发电机切换为第二种运行方式工作，此时，第二定子由电容供电和转子组成电动机，带动转子旋转，提升转子的转速，同时，第一定子和转子组成发电机为海洋航标灯塔供电；当风速检测装置检测到转子的转速接近电机额定转速时，风力发电机切换为第三种运行方式工作，此时，仅由第一定子和转子组成发电机为海洋航标灯塔供电。
风力发电机转子包括两对永磁体，第一定子上包含四个对称设置的定子绕组，每个定子绕组缠绕在第一定子上的凸出部上，第二定子上包含四个对称设置的定子绕组，每个定子绕组缠绕在第二定子上的凸出部上。
风力发电机转子包括三对永磁体，第一定子上包含六个对称设置的定子绕组，每个定子绕组缠绕在第一定子上的凸出部上，第二定子上包含六个对称设置的定子绕组，每个定子绕组缠绕在第二定子上的凸出部上。
一种风力发电机供电系统，它包括风力风电机、控制器、风速检测装置、整流装置、逆变装置、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、电容、功率变换单元、光伏电池、DC/DC变换器、电容剩余电量检测装置和日光强度采集装置；控制器通过风速检测装置检测风速，根据风机的转速将风力发电机的运行状态设置为三种运行模式，并根据运行模式控制第一开关和第二开关的开断或闭合，并通过日光强度采集装置检测日光强度，由控制器控制第四开关的开断或闭合；整流装置将风力发电机产生的交流电变换为直流电给电容充电；逆变装置将电容输出的直流电变换为交流电给风力发电机供电；功率变换单元将风力发电机输出的交流电压转化为海洋航标灯塔的额定工作电压；DC/DC变换器将光伏电池输出电压升压后为电容充电。
为海洋航标灯塔供电的风力发电系统共有三种运行方式，当风速检测装置检测到转子的转速超过电机额定转速时，控制器根据该检测信号，发出控制指令使第一开关闭合，第二定子上绕组与电容构成闭合回路，第二定子和转子组成发电机为电容充电；第二定子绕组上产生的旋转磁势抑制转子的转动，降低转子的转速，同时，第一定子和转子组成发电机通过功率变换单元向海洋航标灯塔提供电能；当风速检测装置检测到转子的转速低于电机额定转速时，控制器根据该检测信号发出控制指令使第二开关闭合，第一开关断开，第二定子上的绕组与电容构成闭合回路，第二定子和转子组成电动机，电容放电产生旋转电磁场，该电磁场旋转方向与电机转子的旋转方向相同，产生电磁转矩带动电机转子旋转，提升转子的转速，同时，第一定子和转子组成发电机通过功率变换单元向海洋航标灯塔提供电能；当风速检测装置检测到转子的转速接近于电机额定转速时，控制器根据该检测信号，发出控制指令使第一开关和第二开关断开，此时，仅有第一定子和转子工作。
当风力发电机发生故障时，控制器控制第五开关闭合，由逆变器将电容中的直流电逆变为三相交流电为海洋航标灯塔供电。
第一开关和第二开关均采用三极开关，采用连锁控制方式，当第一开关闭合时，第二开关断开，当第二开关闭合时，第一开关断开，保证转子和第二定子仅工作在一种状态，或作为电动机运行状态，或作发电机运行状态。
第一开关与控制器相连，根据控制器的指令断开或闭合，第一开关的U相第一端与第二定子绕组的U相输出端相连，第一开关的V相第一端与第二定子绕组的V相输出端相连，第一开关的W相第一端与第二定子绕组的W相输出端相连，第一开关的U相第二端、V相第二端和W相第二端分别与整流装置对应相的输入端相连。
第二开关与控制器相连，根据控制器的指令断开或闭合，第二开关的U相第一端与第二定子绕组的U相输出端相连，第二开关的V相第一端与第二定子绕组的V相输出端相连，第二开关的W相第一端与第二定子绕组的W相输出端相连，第二开关的U相第二端、V相第二端和W相第二端分别与逆变装置对应相的输入端相连。
实施本发明的风力发电装置，具有以下有益效果，当风力较大，风力发电机过发电时，通过风力发电机的第二定子绕组将多余的电能存储下来，提高了风能利用率，同时，利用第二定子由于发电运行产生的制动转矩，抑制风力发电机的转速避免了飞车事故的发生，当风力较小，风力发电机运行在欠发电时，第二定子和转子构成电动机，利用第二定子绕组产生的旋转磁势带动发电机转子运行，提高风机转速，避免风力发电机产生的电能不稳定，进一步提升风力发电作为海洋航标灯塔电源的供电可靠性。
附图说明
图1为本发明的第一实施例的系统图；
图2为本发明风力发电机结构的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明的第一实施例：图1中一种风力发电机供电系统，它包括风叶41，轴42、转子43、第一定子44、第二定子45、控制器46、风速检测装置47、整流装置48、逆变装置49、功率变换单元54、逆变器61、DC/DC变换器56、光伏电池55、日光强度采集装置59、电容剩余电量检测装置58、第一开关50、第二开关51、第三开关52、第四开关57和第五开关60。
风叶由自然风驱动带动转轴同步旋转、转轴带转子旋转产生旋转电磁场切割第一定子和第二定子产生感应电动势。当风速检测装置检测到转子的转速超过电机额定转速时，控制器根据该检测信号，发出控制指令使第一开关闭合，第二定子上绕组与电容构成闭合回路，感应的电动势转化为感应电流向电容供电。同时，第二电子绕组上产生的旋转磁势抑制转子的转动，降低转子的转速，第一定子和转子组成发电机通过功率变换单元向海洋航标灯塔提供电能。当风速检测装置检测到转子的转速低于电机额定转速时，控制器根据该检测信号，发出控制指令使第二开关闭合，第一开关断开，第二定子上绕组与电容构成闭合回路，电容通过逆变装置产生旋转电磁场，该电磁场旋转方向与电机转子的旋转方向相同，产生电磁转矩带动电机转子旋转，提升转子的转速，第一定子和转子组成发电机通过功率变换单元向海洋航标灯塔提供电能。当风速检测装置检测到转子的转速接近于电机额定转速时，控制器根据该检测信号，发出控制指令使第一开关和第二开关断开，此时，仅有第一定子和转子工作，第一定子和转子组成发电机通过功率变换单元向海洋航标灯塔提供电能。
光伏电池将太阳能转化为电能，通过DC/DC变换器将电能转化为适合电容充电的电压，电容剩余电量检测装置时刻监控电容的剩余电量，并将剩余电量信息发送至控制器，日光强度采集装置实时检测日光强度发送至控制器，控制器根据电容剩余电量检测装置和日光强度采集装置发送的信息，选择在日光强度超过允许发电的最低日光强度阈值，且电容剩余电量低于其额定容量的90％时，控制器发出指令闭合第四开关，否则，第四开关处于断开状态。当风力发电机发生故障时，控制器控制第五开关闭合，由逆变器将电容中的直流电逆变为三相交流电为海洋航标灯塔供电。
第一开关和第二开关均采用三极开关，采用连锁控制方式，当第一开关闭合时，第二开关断开，当第二开关闭合时，第一开关断开，保证转子和第二定子仅工作在一种状态，或作为电动机运行状态，或作发电机运行状态。第一开关和第二开关均与控制器相连，根据控制器的指令断开或闭合，第一开关的U相第一端与第二定子绕组的U相输出端相连，第一开关的V相第一端与第二定子绕组的V相输出端相连，第一开关的W相第一端与第二定子绕组的W相输出端相连，第一开关的U相第二端、V相第二端和W相第二端分别与整流装置对应相的输入端相连，第二开关的U相第一端与第二定子绕组的U相输出端相连，第二开关的V相第一端与第二定子绕组的V相输出端相连，第二开关的W相第一端与第二定子绕组的W相输出端相连，第二开关的U相第二端、V相第二端和W相第二端分别与逆变装置对应相的输入端相连。第一定子、转子、第二定子呈筒状，且第一定子上设置有多个凸出部，各凸出部沿周向呈对称分布且凸出部上设有定子绕组，转子上设置有多个永磁体，永磁体分别向第一定子外侧及第二定子内侧延伸，第二定子上设置有多个凸出部，各凸出部沿周向呈对称分布且凸出部上设有定子绕组，第二定子凸出部向转子外侧延伸。转子直径大于第一定子直径，小于第二定子直径。风叶带动风力发电机转轴转动，带动转子转动产生旋转电动势。
图2为本发明风力发电机结构的俯视图，其中第一定子、转子、第二定子呈筒状，且第一定子上设置有多个凸出部，各凸出部沿周向呈对称分布且凸出部上设有定子绕组，转子上设置有多个永磁体，永磁体分别向第一定子外侧及第二定子内侧延伸，第二定子上设置有多个凸出部，各凸出部沿周向呈对称分布且凸出部上设有定子绕组，第二定子凸出部向转子外侧延伸。转子直径大于第一定子直径，小于第二定子直径。风叶带动风力发电机转轴转动，带动转子转动产生旋转电动势。
本发明不限于所公开的实施例和附图，旨在覆盖落入本发明精神和保护范围的各种变化和变形。

Claims (9)

1.一种风力发电机供电系统，它包括风叶、轴、转子、第一定子、第二定子和风速检测装置，其特征在于：第一定子、转子、第二定子呈筒状，且第一定子上设置有多个所述凸出部，各凸出部沿周向呈对称分布且凸出部上设有定子绕组，转子上设置有多个所述永磁体，永磁体分别向第一定子外侧及第二定子内侧延伸，第二定子上设置有多个凸出部，各凸出部沿周向呈对称分布且凸出部上设有定子绕组，第二定子凸出部向转子外侧延伸；转子直径大于第一定子直径，小于第二定子直径；风叶带动风力发电机转轴转动，带动转子转动产生旋转电动势；所述风力发电机共有三种运行方式，当风速检测装置检测到转子的转速超过电机额定转速时，风力发电机切换为第一种运行方式工作，此时，第二定子和转子组成发电机为电容充电，同时，第一定子和转子组成发电机为海洋航标灯塔供电；当风速检测装置检测到转子的转速低于电机额定转速时，风力发电机切换为第二种运行方式工作，此时，第二定子由电容供电和转子组成电动机，带动转子旋转，提升转子的转速，同时，第一定子和转子组成发电机为海洋航标灯塔供电；当风速检测装置检测到转子的转速接近电机额定转速时，风力发电机切换为第三种运行方式工作，此时，仅由第一定子和转子组成发电机为海洋航标灯塔供电。
2.根据权利要求1所述的一种风力发电机供电系统，其特征在于：所述风力发电机转子包括两对永磁体，第一定子上包含四个对称设置的定子绕组，每个定子绕组缠绕在第一定子上的凸出部上，第二定子上包含四个对称设置的定子绕组，每个定子绕组缠绕在第二定子上的凸出部上。
3.根据权利要求2所述的一种风力发电机供电系统，其特征在于：所述风力发电机转子包括三对永磁体，第一定子上包含六个对称设置的定子绕组，每个定子绕组缠绕在第一定子上的凸出部上，第二定子上包含六个对称设置的定子绕组，每个定子绕组缠绕在第二定子上的凸出部上。
4.一种风力发电机供电系统，它包括如权利要求1所述的为航标灯塔供电的装置，还包括：控制器、风速检测装置、整流装置、逆变装置、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、电容、功率变换单元、光伏电池、DC/DC变换器、电容剩余电量检测装置和日光强度采集装置；控制器通过风速检测装置检测风速，根据风机的转速将风力发电机的运行状态设置为三种运行模式，并根据运行模式控制第一开关和第二开关的开断或闭合，并通过日光强度采集装置检测日光强度，由控制器控制第四开关的开断或闭合；整流装置将风力发电机产生的交流电变换为直流电给电容充电；逆变装置将电容输出的直流电变换为交流电给风力发电机供电；功率变换单元将风力发电机输出的交流电压转化为海洋航标灯塔的额定工作电压；DC/DC变换器将光伏电池输出电压升压后为电容充电。
5.根据权利要求4所述的一种风力发电机供电系统，其特征在于：所述为海洋航标灯塔供电的风力发电系统共有三种运行方式，当风速检测装置检测到转子的转速超过电机额定转速时，控制器根据该检测信号，发出控制指令使第一开关闭合，第二定子上绕组与电容构成闭合回路，第二定子和转子组成发电机为电容充电；第二定子绕组上产生的旋转磁势抑制转子的转动，降低转子的转速，同时，第一定子和转子组成发电机通过功率变换单元向海洋航标灯塔提供电能；当风速检测装置检测到转子的转速低于电机额定转速时，控制器根据该检测信号发出控制指令使第二开关闭合，第一开关断开，第二定子上的绕组与电容构成闭合回路，第二定子和转子组成电动机，电容放电产生旋转电磁场，该电磁场旋转方向与电机转子的旋转方向相同，产生电磁转矩带动电机转子旋转，提升转子的转速，同时，第一定子和转子组成发电机通过功率变换单元向海洋航标灯塔提供电能；当风速检测装置检测到转子的转速接近于电机额定转速时，控制器根据该检测信号，发出控制指令使第一开关和第二开关断开，此时，仅有第一定子和转子工作。
6.根据权利要求5所述的一种风力发电机供电系统，其特征在于：当风力发电机发生故障时，控制器控制第五开关闭合，由逆变器将电容中的直流电逆变为三相交流电为海洋航标灯塔供电。
7.根据权利要求6所述的一种风力发电机供电系统，其特征在于：第一开关和第二开关均采用三极开关，采用连锁控制方式，当第一开关闭合时，第二开关断开，当第二开关闭合时，第一开关断开，保证转子和第二定子仅工作在一种状态，或作为电动机运行状态，或作发电机运行状态。
8.根据权利要求7所述的一种风力发电机供电系统，其特征在于：第一开关与控制器相连，根据控制器的指令断开或闭合，第一开关的U相第一端与第二定子绕组的U相输出端相连，第一开关的V相第一端与第二定子绕组的V相输出端相连，第一开关的W相第一端与第二定子绕组的W相输出端相连，第一开关的U相第二端、V相第二端和W相第二端分别与整流装置对应相的输入端相连。
9.根据权利要求8所述的一种风力发电机供电系统，其特征在于：第二开关与控制器相连，根据控制器的指令断开或闭合，第二开关的U相第一端与第二定子绕组的U相输出端相连，第二开关的V相第一端与第二定子绕组的V相输出端相连，第二开关的W相第一端与第二定子绕组的W相输出端相连，第二开关的U相第二端、V相第二端和W相第二端分别与逆变装置对应相的输入端相连。
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