CN107100798A - 一种电力系统户外作业应急电源 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电力系统户外作业应急电源，包括太阳能电池板、发电机、风动机、制动器、顶罩、聚风罩、控制器、蓄电池。本发明的风动机设有调节叶片迎风角的调节器，配合制动器、聚风罩上的电磁阀的控制作用，具有保证发电机转速稳定、输出频率稳定的有益效果。解决了工程施工人员在偏远地区用电的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电气工程领域中的电源设备，具体设计一种户外应用的应急电源。
背景技术
在电气工程领域，尤其是高压输变电的施工建设工作，往往会在野外进行工作，由于施工周期较长，而工作生活离不开电源。比如在戈壁滩建设输变电线路，由于现场没有电源，如果架设临时电线引入电源会耗费较大的资金。如果采用汽油机或者柴油机发电也需要的大量的资金并且不利于环保。因此需要设计一种应急电源方便电气工程施工人用电。现在环保的可再生的能源包括太阳能和风力发电。而在风力发电的工程中存在的问题就是由于风力的不稳定无法保证发电机的输出频率的稳定。申请号为201110105652.8的一种聚风双击式风轮垂直轴风力发电装置通过整流导风板和聚风罩上的自动泄风装置实现对风量的控制以此达到转速稳定的效果。但是风速的变化的范围较广而且非常的不稳定，对于特大凤的控制作用较小。申请号为201320138676.8一种便携式抢修现场应急供电系统，，包括锂电池组、供电模块、LED灯具、充电模块和触控显示模块。这种装置对于无法从电网获得电能的电力、铁路和冶金等行业的户外作业现场和抢险救灾、事故处理等工作现场，提供大面积、高亮度照明，并为相关工作电气设备提供不同电压等级的电源。采用充电式虽然能够提供应急电源，但是多是停留在照明阶段，对于设备用电、工程用电还无法满足。因此设计一种可持续供电的功率较高的应急电源成为一种迫切的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供了一种电力系统户外作业应急电源，具有能够保持发电机转速稳定，为户外作业提供应急电源、节能环保的诸多功能。
本发明要解决的技术问题的技术方案是：一种电力系统户外作业应急电源，包括太阳能电池板、发电机、风筒、与风筒右端连接的聚风罩、蓄电池、控制器，其特征在于：还包括风动机、制动器、顶罩以及安装架。所述安装架包括转盘和支架，所述转盘包括固定部和转动部，转动部位于固定部的上部。所述支架设于转动部的上部且固定连接，所述支架包括风筒支架、制动器支架、发电机支架、顶罩支架、风动机支架。所述风动机包括风机和调节器，所述风机设于风筒的内部，所述调节器位于风筒的左侧的外部，所述风筒安装在风筒支架的上部。所述风机包括一个风机转轴、三个叶片、一个叶片外环。所述风机转轴一端插入风筒内部，另一端与发电机的转轴固定连接，风机转轴插入风筒的一端的圆周上设有均匀分布的三个叶片固定器，所述叶片外环为筒状，叶片外环和风机转轴之间设有三个等长的硬质细杆，用以保证叶片外环与风机转轴的轴心重合，所述叶片外环的内侧的圆周上的设有均匀分布的三个叶片固定器。所述叶片固定器包括卡环、卡杆、转向电机，所述卡环为圆环状，卡环的内侧面设有凹槽，卡环与风机转轴固定连接，所述卡杆为横杆，卡杆的中心和卡环的圆心重合，卡杆的两端卡设在卡环的凹槽内部并且能够在环形凹槽内转动，所述转向电机设于卡环的中心，并且和风机转轴固定连接，转向电机的转轴与卡杆固定连接，所述转向电机为带电磁刹车的电机。所述风机转轴上部的叶片固定器为轴心叶片固定器，所述叶片外环上的叶片固定器为外环叶片固定器，外环叶片固定器与轴心叶片固定器的结构相同，位于同一条内径上的外环叶片固定器与轴心叶片固定器对称安装。所述叶片的一端与叶片外环上的卡杆固定连接，叶片另一端与风机转轴上的卡杆固定连接。所述调节器包括吊架、电磁推杆、集电环、碳刷，所述吊架位于风机转轴的上部且和风动机支架的顶端固定连接。所述集电环套设在风机转轴上，所述集电环设有多个滑环，所述电磁推杆固定在吊架的下部，电磁推杆的推杆朝下，并且其与滑环的位置上下对应，所述碳刷固定在电磁推杆的推杆的下端部。所述制动器包括外环、与外环轴心线重合的内环、阻尼块，阻尼电磁铁、带电行程开关、失电行程开关。所述内环套设在风机转轴上，并且两者固定连接，所述阻尼块为导磁材料，阻尼块设有多个，并且均匀分布在内环的外侧，所述外环套设在内环的外部，外环的下部与制动器支架固定连接，所述阻尼电磁铁设有多个，并且均匀分布在外环的内侧。所述带电行程开关设于阻尼电磁铁的一侧，并且两者抵接，带电行程开关和外环固定连接，所述失电行程开关设于两个阻尼电磁铁的中间。所述顶罩为半圆形棚状结构，顶罩的下部与顶罩支架固定连接，所述顶罩上部的中间设有尾舵，所述太阳能电池板铺设在顶罩的上部。所述聚风罩设有多个出风口，出风口处设有电磁阀，电磁阀与控制器电气连接。所述太阳能电池板、发电机、蓄电池分别与控制器电气连接，控制器与调节器的碳刷和电磁推杆电气连接，滑环与转向电机电气连接，所述带、失电行程开关、阻尼电磁铁分别与控制器电气连接。
更好的，所述风机转轴上部套设有轴承，所述轴承设于风筒和调节器之间，并且轴承的内圈和风机转轴固定连接，所述安装架上设有轴承支架，所述轴承的外圈和轴承支架(的上端固定连接。
更好的，所述叶片采用软质材料制作，用以通过风机转轴和叶片外环上的转向电机的控制实现叶片曲面形状的改变。
优选的，所述控制器设有四个遥控输出节点，所述四个遥控输出节点分别为第一、二加速遥控输出节点、第一、二减速遥控输出节点。所述四个电磁推杆自左向右分别为第一、二加速电磁推杆、第一、二减速电磁推杆。所述第一、二加速遥控输出节点的输出端分别和第一、二加速电磁推杆的线圈的正极电气连接，第一、二加速遥控输出节点的公共端和控制器内部的直流电源的正极电气连接，所述第一、二加速电磁推杆的线圈的负极和控制器内部的直流电源的负极电气连接。所述第一、二减速遥控输出节点的输出端分别和第一、二减速电磁推杆的线圈的正极电气连接，第一、二减速遥控输出节点的公共端和控制器内部的直流电源的正极电气连接，所述第一、二减速电磁推杆的线圈的负极和控制器内部的直流电源的负极电气连接。第一、二加速电磁推杆的推杆的下端的碳刷分别为第一、二加速碳刷，第一、二减速电磁铁推杆的推杆的下端的碳刷分别为第一、二减速碳刷。所述第一加速碳刷和第二减速碳刷和控制器内部的直流电源的正极电气连接，所述第二加速碳刷和第一减速碳刷和控制器内部的直流电源的负极电气连接。所述集电环上设有四个滑环，位于第一、二加速碳刷下部的滑环为第一、二加速滑环，位于第一、二减速碳刷下部的滑环为第一、二减速滑环，第一、二加速滑环对应的集电环的引线端子为第一、二加速端子，第一、二减速滑环对应的集电环的引线端子为第一、二减速端子。所述轴心叶片固定器的转向电机为内转向电机，所述外环叶片固定器上的上的转向电机为外转向电机。第一加速端子和第二减速端子同时和内转向电机的正极电气连接，并且同时和外转向电机的负极电气连接。第二加速端子和第一减速端子同时和外转向电机的正极电气连接，并且同时和内转向电机的负极电气连接。该电路用以实现通过对叶片的迎风角的控制来调整风机的转速。
更好的，所述风筒内部设有测速装置，所述测速装置包块激光发射器和激光接收器，激光发射器和激光接收器分别位于风机的两侧，并且和风筒的内壁固定连接，激光发射器和激光接收器分别和控制器电气连接。
更好的，这种电力系统户外作业应急电源的控制方法为：在风速的变化过程中，不同等级的风具有一定的风速范围，保持发电机输出频率稳定需要保证风机转动的速度稳定，在风速小范围瞬时变化时，采用制动器控制风速，在风速等级发生变化时，采用开闭排风的电磁阀进行控制，当风速仍在变化时则改变叶片的迎风角来控制转速的稳定。具体步骤为：步骤1，控制器根据发电机的输出频率确定风机的转速，判断风速的瞬时速度是否增加。步骤2，如果风速增加，启动制动器对风机转轴进行制动，具体为：阻尼块经过带电行程开关时，启动与阻尼块接触的阻尼电磁铁，阻尼块经过阻尼电磁铁之后，阻尼电磁铁对阻尼块施加吸引力以增加风机转轴的阻尼来降低转速，直到阻尼块经过失电行程开关时，关闭阻尼电磁铁。步骤3，判断转速是否稳定，如果稳定则停止制动器，如果转速继续增大则增加制动器的阻尼电磁铁的电压以增大阻尼。步骤4，判断转速是否是持续增加，阻尼电磁铁的电压是否是持续增大，如果是则启动电磁阀进行排风，通过控制电磁阀打开的数量使风筒内的风速稳定，同时根据风机的转速调整制动器产生的阻尼。步骤5，在步骤4中，如果转速仍然持续增加，电磁阀已经全部打开，则启动叶片固定器的转向电机来改变叶片的迎风角，以此来降低转速，具体为：控制器控制不同的电磁推杆带电，与电磁推杆连接碳刷与滑环接触，连接电源的碳刷将电源通过滑环引入转向电机，转向电机转动带动卡杆转动从而改变安装在卡杆上的叶片的迎风角，通过迎风角的变化降低转速。步骤6，步骤2到步骤5是在风力变大，转速增加的情况下对风机转轴的转速进行制动，如果风力恢复，就需要解除制动，同样可以利用制动器、电磁阀、转向电机对风机转轴的转速进行加速控制，具体为：方法6.1，制动器加速的方法：制动器加速模式下，阻尼块经过失电行程开关时，启动阻尼块转动方向前部的阻尼电磁铁，由于失电行程开关距离阻尼电磁铁的距离较远，在阻尼块靠近阻尼电磁铁的过程中，阻尼电磁铁对阻尼块施加吸引力以增加风机转轴的转速，当阻尼块靠近阻尼电磁铁时，由于要经过带电行程开关，在经过带电行程开关后，关闭阻尼电磁铁，以防止阻尼块越过阻尼电磁铁后，受到阻尼电磁铁的吸引力而降低转速。方法6.2，如果风力变大后打开电磁阀以排风降速，当风力变小时，控制器关闭电磁阀以保持风筒内的风速稳定。方法6.3，如果风力持续减小，则启动转向电机使叶片恢复最佳迎风角，以稳定风筒的风速，进而保持风机转轴转速的稳定。
本发明的有益效果在于：
1、该发明利用风能发电，具有节能环保的优点；
2、该发明具有保证发电机输出频率稳定的有益效果；
3、该发明具有通过调节叶轮迎风角的方向来控制发电机转速的功能；
4、该发明设有太阳能电池板，电源更稳定可靠；
5、该发明适用于野外长期作业，为工作和生活提供电力。
附图说明
图1是本发明一种电力系统户外作业应急电源的一种实施例的剖视图，
图2是本发明一种电力系统户外作业应急电源的一种实施例的左视图，
图3是本发明一种电力系统户外作业应急电源的一种实施例的风机的示意图，
图4是本发明一种电力系统户外作业应急电源的一种实施例的制动器的示意图，
图5是本发明一种电力系统户外作业应急电源的一种实施例的叶片固定器的示意图，
图6是本发明一种电力系统户外作业应急电源的一种实施例的调节器的示意图，
图7是本发明一种电力系统户外作业应急电源的一种实施例的图6中A区域一种控制方式的示意图，
图8是本发明一种电力系统户外作业应急电源的一种实施例的一种控制方式的电路图。
图中：
11.太阳能电池板，12.发电机，13.风筒，14.聚风罩，15.蓄电池，16.控制器，161.第一加速遥控输出节点，162.第二加速遥控输出节点，163.第一减速遥控输出节点，164.第二减速遥控输出节点，
3.风动机，31.风机，311.风机转轴，312.叶片，314.叶片外环，315.硬质细杆，32.调节器，33.卡环，34.卡杆，35.吊架，36.电磁推杆，37.集电环，38.碳刷，39.转向电机，361.第一加速电磁推杆，362.第二加速电磁推杆，363.第一减速电磁推杆，364.第二减速电磁推杆，371.第一加速滑环，372.第二加速滑环，373.第一减速滑环，374.第二减速滑环，3701.第一加速引线端子，3702.第二加速引线端子，3703.第一减速引线端子，3704.第二减速引线端子，381.第一加速碳刷，382.第二加速碳刷，383.第一减速碳刷，384.第二减速碳刷，391.内转向电机，392.外转向电机，
41.固定部，42.转动部，431.风筒支架，432.制动器支架，433.发电机支架，434.顶罩支架，435.风动机支架，轴承支架436，
5.制动器，51.外环，52.内环，53.阻尼块，54.阻尼电磁铁，55.带电行程开关，56.失电行程开关，
6.顶罩，61.尾舵。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和有益效果更加清楚，下面对本发明的实施方式做进一步的详细解释。
如图1和图2所示，一种电力系统户外作业应急电源，包括太阳能发电模块和风力发电模块。太阳能发电模块包括太阳能电池板11以及与之配套的充电模块。风力发电模块包括发电机12、风筒13、与风筒13右端连接的聚风罩14、蓄电池15、控制器16。本发明的最主要的目标就是保证发电机12输出频率的稳定，因此在本发明中风力发电模块还包括叶片312迎风角可调的风动机3、制动器5、顶罩6以及安装架。通孔控制器16的调节作用，发电机12的发出的电能具有稳定的频率，能够直接应用与电气工程的施工中。
为了方便风力发电模块以及太阳能发电模块的安装，如图2所示，为本发明设置了一个安装架，安装架包括转盘和支架。为了实现风力发电机12可以根据不同的风向自动调整方向，安装架设置了转盘。转盘包括固定部41和转动部42，固定部41用以将整个装置固定在地面或者是高处的平台上。转动部42用以实现转动部42上部的装置相对于固定部41旋转实现对风向的适应。为了实现对风筒13、发电机12等设备的支撑，在转动部42的上部设置了多个支架，用以支撑风筒13的支架为风筒支架431，还包括制动器支架432、发电机支架433、顶罩支架434和风动机支架435。
为了实现风力的增大，在风筒13的一端设置聚风罩14是常用的一种方法。聚风罩14是锥形结构，其内径较小的一端与风筒13连接。为了支撑风筒13，将风筒13安装在风筒支架431的上部。为了实现对风筒13内部风量的调节，在聚风罩14的锥形面设有多个出风口，并且在出风口处设置了电磁阀141。电磁阀141和控制器16电气连接，如果风力过大，发电机12的转速以及发电机12的输出频率就会增大，控制器16就可以控制电磁阀141打开进行排风，从而使发电机12的转速保持在稳定的范围内。
风动机3是实现风力发电的一个必须的部件，其功能是将风能转换为动能从而带发电机12转动产生电能。传统的风动机3只有带有叶片312的叶轮，不能够通过改变叶片312的迎风角实现风动机3转速的调整。如图1所示，为了实现对风动机3转速的调整，在本发明中，风动机3包括风机31和调节器32。风机31安装在风筒13的内部，调节器32安装在风筒13的左侧的外部。风机31的作用是将风能转换为动能，调节器32的功能是根据风速的变化调整风机31的叶片312的迎风角来改变风机31的转动速度。
如图3所示，和现有技术相似，风机31包括风机转轴311、叶片312，在本发明中还包括叶片外环314。风机转轴311一端插入风筒13内部，另一端与发电机12的转轴固定连接。在风筒13内部的风机转轴311的一端的圆周上设有均匀分布的三个叶片固定器。顾名思义，叶片固定器的作用是对叶片进行固定，并且可以调节叶片312的迎风角。因此为了保证叶片312的稳定，需要对叶片312的两端进行固定，为此设置了圆筒状的叶片外环314。在叶片外环314的内侧的圆周上设置了三个均匀分布的叶片固定器。叶片外环314套设置风机转轴311的外部。为了保证叶片外环314和风机转轴311的轴心线重合在一起，在风机转轴311和叶片外环314之间设置了三个等长的硬质细杆315。三个硬质细杆315均匀分布在转轴311和叶片外环314围城的圆环内。硬质细杆315起到支撑叶片外环314的作用，又要减少对风力的阻挡作用，因此硬质细杆315的材质必须坚硬并且截面积小。硬质细杆315除了具有支撑作用之外还具有固定线缆的作用，可以将风机转轴311上的线缆沿着硬质细杆铺设到叶片外环314上部，便于给叶片外环314上的转向电机39提供电源。
更好的，为了增加风机转轴311的稳定性，在风筒13和调节器32之间设置了轴承。轴承的内圈套设在风机转轴311上，并且固定连接。在风筒13的左侧设置了轴承支架436，轴承支架436安装在转动部42上，轴承支架436的上端和轴承的外圈固定连接。通过发电机12和轴承的双重固定，风机转轴311变得更加稳定。
如图5所示，叶片固定器的作用是固定叶片312，因此叶片固定器包括卡环33、卡杆34、转向电机39。为了给卡杆34提供转动空间，保证卡杆34在平面上的稳定，将卡环33设计为圆环状，在卡环33的内侧面设有环形的凹槽，凹槽的槽口朝向卡环33的圆心。卡杆34的两端插在卡环33的凹槽内部，并且卡杆34的中心和卡环33的圆心重合。卡杆34在沿卡杆34的中心转动时，卡杆34的两端始终保持插在卡环33的凹槽内部。为了实现卡杆34的转动，在卡环33的中心设置了转向电机39。转向电机39的转轴和卡杆34的中心垂直且固定连接。为了保持卡杆34的稳定，以免安装有叶片312的卡杆34受到风的作用力而晃动，转向电机39设计为带电磁刹车的电机。申请号为201520562583.7的一种带电磁刹车的无刷直流电机即是一种带电磁刹车的电机。该种电机在不带电的情况下，电机被抱死无法转动，因此具有稳定卡杆34的作用。
更好的，为了实现对叶片312迎风角更好的控制，叶片312采用软质材料制作。因此通过轴心叶片固定器上的转向电机39和外环叶片固定器上的转向电机39转动角度的不同可以将叶片312调整为曲面形状，更有利于风机31转速的调整。
为了便于描述，风机转轴311上部的叶片固定器为轴心叶片固定器，位于叶片外环314上的叶片固定器为外环叶片固定器。轴心叶片固定器和外环叶片固定器的结构相同，为了使叶片312保持在径向方向上，位于同一条内径上的轴心叶片固定器和外环叶片固定器对称安装。在同一条直径上的轴心叶片固定器和外环叶片固定器之间安装有叶片312。叶片312的一端和外环叶片固定器的卡杆34固定连接。叶片312的另一端和轴心叶片固定器的卡杆34固定连接。此时调整转向电机39，卡杆34就会转动，安装在卡杆34上部的叶片312便随着卡杆34的转动而转动，从而达到改变叶片312迎风角的目的。由于叶片312的转动导致叶片312的迎风角发生变化，迎风角的变化改变了风机受力的变化，因此便达到了调整风机31转速的目的。
为了实现对转向电机39的控制，在风机转轴311上设置了调节器32。如图6所示，调节器32包括吊架35、电磁推杆36、集电环37、碳刷38。为了实现将电源引入跟随风机转轴311转动的转向电机39上，在风机转轴311上套设了集电环37。集电环37和风机转轴311固定连接。集电环37也叫导电环、滑环、集流环、汇流环等，可用在任何要求连续旋转的同时，又需要从固定位置到旋转位置传输电源和信号的机电系统中。滑环能够提高系统性能，简化系统结构，避免导线在旋转过程中造成扭伤。为了实现对转向电机39正反转的控制，集电环37上设有多个滑环。在实际的应用中，采用碳刷38配合集电环37进行电流的导通，但是在该发明中，转轴311是处于长时间的转动状态，因此为了便于控制同时又防止碳刷38的过度磨损，将碳刷38安装在电磁推杆36的推杆的底部。因此在集电环37的上部设置了吊架35用以安装电磁推杆36。电磁推杆36的推杆朝下，电磁推杆36的数量和集电环37上的滑环的数量相同，并且和碳刷38的数量相同。
为了避免在风速瞬间波动时对风机31转速的影响，在风机转轴311上设置了制动器5。如图4所示，制动器5包括外环51、内环52、阻尼块53、阻尼电磁铁54、带电行程开关55、失电行程开关56。内环52套设在风机转轴311上，并且和风机转轴311固定连接，用以将内环获得的阻尼作用力传递到风机转轴311上。为了实现阻尼减速，采用的方法为使用电磁铁给阻尼块53施加吸引力。因此在内环52上设置了多个阻尼块53。阻尼块53为导磁材料制作，阻尼块53均匀的分布在内环52的圆周上。所述外环51套设在内环52的外部，内环52和外环51的轴心重合，内环52和外环51的之间设有间隙。为了保持外环51与内环52之间的位置关系，将外环51架设在制动器支架432上端。在外环51的内侧圆周上设有多个阻尼电磁铁54，并且这些阻尼电磁铁54均匀的分布在外环51的圆周上。为了实现对阻尼块53施加阻尼力，需要满足以下条件，在阻尼块53的转动时，当它靠近阻尼电磁铁54的时候，阻尼电磁铁54不应带电以免给阻尼块53施加引力对其进行加速。因此在阻尼电磁铁54的一侧设置了带电行程开关55。带电行程开关55和阻尼电磁铁54抵接，并且和外环51固定连接。在两个阻尼电磁铁54的中间位置设置了失电行程开关56，失电行程开关56和外环51固定连接。当风机31转速较快时，制动器5启动减速模式，阻尼块53经过带电行程开关55时，启动阻尼电磁铁54，在阻尼块53远离阻尼电磁铁54的过程中受到阻尼电磁铁54的吸引力而减速，当阻尼块53经过失电行程开关56的时，吸引力减少，同时为了节能关闭阻尼电磁铁54。当风机31转速较慢时，制动器5启动加速模式，当阻尼块53经过失电行程开关56的时候接通阻尼电磁铁54，在阻尼块53靠近阻尼电磁铁54的过程中受到阻尼电磁铁54的吸引力而加速，当经过阻尼电磁铁54时，触发带电行程开关55，此时为了防止减速，关闭阻尼电磁铁54。
为了便于太阳能电池板11的安装，并且保证风机31、制动器5、发电机12处于良好的环境中，在风筒13的上部设置了顶罩6。顶罩6为半圆形的棚状结构。顶罩6通过顶罩支架435进行支撑，顶罩6的右端和聚风罩14的上半圆周固定连接。为了能够根据风向自动调整聚风罩14朝向的方向，在顶罩6的上部的中间的位置设有与风筒13轴心线方向平行的尾舵61。尾舵61为一个平板，用来确定风向，并且带动转动部42转动，以此来调整聚风罩14朝向风吹来的方向。
为了便于自动控制，太阳能电池板11、发电机12、蓄电池15分别和控制器16电气连接。调节器32用来控制叶片312的迎风角度，因此调节器32的碳刷38以及电磁铁推杆36都与控制器16电气连接。为了将电能传递到转向电机39，集电环37的滑环通过导线和转向电机39的正负极电气连接。在制动器5内部，带电行程开关55和失电行程开关56以及阻尼电磁铁54分别与控制器16电气连接，用以实现对转轴311的瞬时调整。
更好的，为了实现对风机31转速的实时控制，通过测定叶片312在外圆周上的速度来换算出风机31的时时转速，这样测得结果比控制器16转换发电机12的输出频率来计算风机31的转速更具有实时性。因此在风筒13内部设置了测速装置，测试装置包括激光发射器和激光接收器。激光发射器和激光接收器设有风机31的两侧，并且和风筒13的内壁固定连接。激光发射器和激光接收器都和控制器16电气连接。在转动的时候，叶片312通过激光发射器和激光接收器时，控制器16记录开始时间，下一个叶片312到达激光发射器和激光接收器时，控制器16记录结束时间，两个叶片312之间的弧度除以时间差既可以算出瞬时速度。通过该速度更能反映处风机31的时时转速，控制器16便可以做出更准确的时时的调整。
更好的,为了实现对叶片312迎风角的控制，如图7和图8所示，所选用的控制器16设有四个遥控输出节点。四个遥控输出节点分别为第一、二加速遥控输出节点161、162、第一、二减速遥控输出节点163、164。遥控输出节点用以控制电磁推杆，对应的电磁推杆的数量也设置成四个，在吊架35上自左向右分别是第一、二加速电磁推杆361、362、第一、二减速电磁推杆363、364。电磁推杆的作用是将安装在其端部的碳刷推向集电环37的滑环上，因此，对应的碳刷和集电环37的滑环的个数同样为四个。
第一、二加速电磁推杆361、362上的碳刷为第一、二加速碳刷381、382，对应的碳刷下部的集电环37上的滑环为第一、二加速滑环371、372。第一、二减速电磁铁推杆363、364的推杆的下端的碳刷分别为第一、二减速碳刷383、384，对应的碳刷下部的集电环37上的滑环为第一、二减速滑环373、374。集电环37上与第一、二加速滑环371、372和第一、二减速滑环373、374对应的引线端子分别为第一、二加速端子3701、3702和第一、二减速端子3703、3704。
由于轴心叶片固定器和外环叶片固定器的结构相同，对称安装。轴心叶片固定器上的转向电机39为内转向电机391，外环叶片固定器上的转向电机39为外转向电机392。在对叶片312的迎风角调整时，内、外转向电机391、392的转动方向是相反的才能保证叶片312上下部分的同时转动。
在控制叶片312迎风角的过程中，需要内、外转向电机391、392同时转动，而两者的转动方向不同，因此内转向电机391的正极和外转向电机392的负极并接在一起，内转向电机391的负极和外转向电机392的正极并接在一起。控制转向电机的电源通过集电环37引入。由于集电环37安装在风机转轴311上，因此集电环37的引线端子相对于风机转轴311是静止的，因此避免了线缆搅缠在一起的可能性。第一、二加速引线端子3701、3702分别与内转向电机391的正负极电气连接，要使电机转动，集电环37上要有电源，就需要让第一、二加速碳刷381、382与集电环37的第一、二加速滑环371、372接触接触，此时第一加速碳刷381和电源的正极电气连接，第二加速碳刷382和电源的负极电气连接。将碳刷推向集电环37需要第一、二加速电磁推杆361、362带电。为了实现对第一、二电磁推杆361、362的控制需要接入控制器16的第一、二加速遥控输出节点161、162。具体的电气连接为：第一、二加速遥控节点161、162的遥控输出节点的输出端分别和第一、二加速电磁推杆361、362的正极电气连接，第一、二加速遥控节点161、162的遥控输出节点的输出公共端同时和电源的正极电气连接，第一、二加速电磁推杆361、362的负极和电源的负极电气连接。此时控制器16遥控输出第一、二加速遥控输出节点161、162闭合，则第一、二加速电磁推杆361、362带电将第一、二加速碳刷381、382推向集电环37与第一、二加速滑环371、372接触，从而启动内、外转向电机391、392转动来改变叶片312的迎风角。
以上是通过改变迎风角使风机31的转速加快，要使风机31的转速减慢，需要内、外转向电机391、392改变转动方向。此时需要第一减速碳刷383和电源的负极电气连接，第二减速碳刷384和电源的正极电气连接。第一二减速电磁推杆363、364以及第一、二减速遥控输出节点163、164和第一二加速电磁推杆361、362以及第一、二加速遥控输出节点161、162的接线方式相同。第一、二减速引线端子3703、3704和第一二加速引线端子3701、3702的接线方式相同。第一减速引线端子3703和内转向电机391的正极电气连接，第二减速引线端子3704和内转向电机391的负极电气连接。此时控制器16控制第一、二减速遥控输出节点163、164闭合，则转向电机39将使叶片312的转动方向相反从而降低风机31的转速。
叶片312转动的角度可以根据遥控输出节点的闭合时间来控制，因此控制器16的遥控输出节点是电平输出模式而不是脉冲输出模式。
这种风力发电机31的保持输出频率稳定的控制方法包括以下方法。在风速的变化过程中，不同等级的风具有一定的风速范围，对保持发电机31输出频率稳定需要保证风机31转动的速度稳定，在风速小范围瞬时变化时，采用制动器5控制转速，在风速等级发生变化时，采用开闭排风的电磁阀141进行控制，当风速仍在变化时则改变叶片312的迎风角来控制转速的稳定，具体步骤为：
步骤1，控制器16根据发电机12的输出频率确定风机31的转速，判断风速的瞬时速度是否增加。
步骤2，如果转速增加，启动制动器5对风机转轴311进行制动，具体为：阻尼块53经过带电行程开关55时，启动紧贴带电行程开关55的阻尼电磁铁54，阻尼块53经过阻尼电磁铁54之后，阻尼电磁铁54对阻尼块53施加吸引力以增加风机转轴311的阻尼来降低转速，直到阻尼块53经过失电行程开关56时，关闭阻尼电磁铁54。
步骤3，判断转速是否稳定，如果稳定则停止制动器5，如果转速继续增大则增加制动器5的阻尼电磁铁54的电压以增大阻尼。
步骤4，判断转速是否是持续增加，阻尼电磁铁54的电压是否是持续增大，如果是则启动电磁阀141进行排风，通过控制电磁阀141打开的数量使风筒13内的风速稳定，并降低制动器5的阻尼。
步骤5，在步骤4中，如果风速仍然持续增加，电磁阀141已经全部打开，则启动叶片固定器的转向电机39来改变叶片312的迎风角来降低转速，具体为：
控制器16控制电磁推杆36带电，与电磁推杆36连接碳刷38与滑环接触。连接电源的碳刷38将电源通过滑环引入转向电机39。转向电机39转动带动卡杆34转动从而改变安装在卡杆34上的叶片312的迎风角，通过迎风角的变化减低转速。
步骤6，经过步骤2到步骤5的制动作用，如果风力减小，转速会下降，因此需要解除制动并加速，同样可以利用制动器5、电磁阀141、转向电机39对风机转轴311的转速进行加速控制，具体为：
方法6.1，制动器5加速的方法：制动器5加速模式下，阻尼块53经过失电行程开关56时，启动阻尼块53转动方向前部的阻尼电磁铁54。由于失电行程开关56距离阻尼电磁铁54的距离较远，在阻尼块53靠近阻尼电磁铁54的过程中，阻尼电磁铁54对阻尼块53施加吸引力以增加风机转轴311的转速。当阻尼块53靠近阻尼电磁铁54时，由于经过带电行程开关55，在经过带电行程开关55时，关闭阻尼电磁铁54，以防止阻尼块53越过阻尼电磁铁54后，受到阻尼电磁铁54的吸引力而降低转速。
方法6.2，风力变大后打开电磁阀141通过排风来降速，当风力变小时，通过控制器16关闭电磁阀141来保持风筒13内的风速稳定。
方法6.3，如果风力持续减小，则启动转向电机39时叶片恢复最佳迎风角，以稳定风筒13的风速来保持风机转轴311转速的稳定。
综上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的范围，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，凡依本发明的要求范围所述的形状、构造、特征及精神所谓的均等变化与修饰，均应包括与本发明的权利要求范围内。
Claims (6)
1.一种电力系统户外作业应急电源，包括太阳能电池板(11)、发电机(12)、风筒(13)、与风筒(13)右端连接的聚风罩(14)、蓄电池(15)、控制器(16)，其特征在于：
还包括风动机(3)、制动器(5)、顶罩(6)以及安装架，
所述安装架包括转盘和支架，所述转盘包括固定部(41)和转动部(42)，转动部(42)位于固定部(41)的上部，所述支架设于转动部(42)的上部且固定连接，所述支架包括风筒支架(431)、制动器支架(432)、发电机支架(433)、顶罩支架(434)、风动机支架(435)，
所述风动机(3)包括风机(31)和调节器(32)，所述风机(31)设于风筒(13)的内部，所述调节器(32)位于风筒(13)的左侧的外部，所述风筒(13)安装在风筒支架(431)的上部，
所述风机(31)包括一个风机转轴(311)、三个叶片(312)、一个叶片外环(314)，
所述风机转轴(311)一端插入风筒(13)内部，另一端与发电机(12)的转轴固定连接，风机转轴(311)插入风筒(13)的一端的圆周上设有均匀分布的三个叶片固定器，所述叶片外环(314)为筒状，叶片外环(314)和风机转轴(311)之间设有三个等长的硬质细杆(315)，用以保证叶片外环(314)与风机转轴(311)的轴心重合，所述叶片外环(314)的内侧的圆周上的设有均匀分布的三个叶片固定器，
所述叶片固定器包括卡环(33)、卡杆(34)、转向电机(39)，所述卡环(33)为圆环状，卡环(33)的内侧面设有凹槽，卡环(33)与风机转轴(311)固定连接，所述卡杆(34)为横杆，卡杆(34)的中心和卡环(33)的圆心重合，卡杆(34)的两端卡设在卡环(33)的凹槽内部并且能够在环形凹槽内转动，所述转向电机(39)设于卡环(33)的中心，并且和风机转轴(311)固定连接，转向电机(39)的转轴与卡杆(34)固定连接，所述转向电机(39)为带电磁刹车的电机，
所述风机转轴(311)上部的叶片固定器为轴心叶片固定器，所述叶片外环(314)上的叶片固定器为外环叶片固定器，外环叶片固定器与轴心叶片固定器的结构相同，位于同一条内径上的外环叶片固定器与轴心叶片固定器对称安装，
所述叶片(312)的一端与叶片外环(314)上的卡杆(34)固定连接，叶片(312)另一端与风机转轴(311)上的卡杆(34)固定连接，
所述调节器(32)包括吊架(35)、电磁推杆(36)、集电环(37)、碳刷(38)，所述吊架(35)位于风机转轴(311)的上部且和风动机支架(435)的顶端固定连接，
所述集电环(37)套设在风机转轴(311)上，所述集电环(37)设有多个滑环，所述电磁推杆(36)固定在吊架(35)的下部，电磁推杆(36)的推杆朝下，并且其与滑环的位置上下对应，所述碳刷(38)固定在电磁推杆(36)的推杆的下端部，
所述制动器(5)包括外环(51)、与外环(51)轴心线重合的内环(52)、阻尼块(53)，阻尼电磁铁(54)、带电行程开关(55)、失电行程开关(56)，
所述内环(52)套设在风机转轴(311)上，并且两者固定连接，所述阻尼块(53)为导磁材料，阻尼块(53)设有多个，并且均匀分布在内环(52)的外侧，所述外环(51)套设在内环(52)的外部，外环(51)的下部与制动器支架(432)固定连接，所述阻尼电磁铁(54)设有多个，并且均匀分布在外环(51)的内侧，
所述带电行程开关(55)设于阻尼电磁铁(54)的一侧，并且两者抵接，带电行程开关(55)和外环(51)固定连接，所述失电行程开关(56)设于两个阻尼电磁铁(54)的中间，所述顶罩(6)为半圆形棚状结构，顶罩(6)的下部与顶罩支架(434)固定连接，所述顶罩(6)上部的中间设有尾舵(61)，所述太阳能电池板(11)铺设在顶罩(6)的上部，
所述聚风罩(14)设有多个出风口，出风口处设有电磁阀(141)，电磁阀(141)与控制器(16)电气连接，
所述太阳能电池板(11)、发电机(12)、蓄电池(15)分别与控制器(16)电气连接，控制器(16)与调节器(32)的碳刷(38)和电磁推杆(36)电气连接，滑环与转向电机(39)电气连接，所述带、失电行程开关(55、56)、阻尼电磁铁(54)分别与控制器(16)电气连接。
2.根据权利要求1所述的一种电力系统户外作业应急电源，其特征在于：
所述风机转轴(311)上部套设有轴承，所述轴承设于风筒(13)和调节器(32)之间，并且轴承的内圈和风机转轴(311)固定连接，所述安装架上设有轴承支架(436)，所述轴承的外圈和轴承支架(436)的上端固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种电力系统户外作业应急电源，其特征在于：
所述叶片(312)采用软质材料制作，用以通过风机转轴(311)和叶片外环(314)上的转向电机(39)的控制实现叶片(312)曲面形状的改变。
4.根据权利要求1所述的一种电力系统户外作业应急电源，其特征在于：
所述控制器(16)设有四个遥控输出节点，所述四个遥控输出节点分别为第一、二加速遥控输出节点(161、162)、第一、二减速遥控输出节点(163、164)，
所述四个电磁推杆自左向右分别为第一、二加速电磁推杆(361、362)、第一、二减速电磁推杆(363、364)，
所述第一、二加速遥控输出节点(161、162)的输出端分别和第一、二加速电磁推杆(361、362)的线圈的正极电气连接，第一、二加速遥控输出节点(161、162)的公共端和控制器(16)内部的直流电源的正极电气连接，所述第一、二加速电磁推杆(361、362)的线圈的负极和控制器(16)内部的直流电源的负极电气连接，
所述第一、二减速遥控输出节点(163、164)的输出端分别和第一、二减速电磁推杆(363、364)的线圈的正极电气连接，第一、二减速遥控输出节点(163、164)的公共端和控制器(16)内部的直流电源的正极电气连接，所述第一、二减速电磁推杆(363、364)的线圈的负极和控制器(16)内部的直流电源的负极电气连接，
第一、二加速电磁推杆(361、362)的推杆的下端的碳刷分别为第一、二加速碳刷(381、382)，第一、二减速电磁铁推杆(363、364)的推杆的下端的碳刷分别为第一、二减速碳刷(383、384)，
所述第一加速碳刷(381)和第二减速碳刷(384)和控制器(16)内部的直流电源的正极电气连接，所述第二加速碳刷(382)和第一减速碳刷(383)和控制器(16)内部的直流电源的负极电气连接，
所述集电环(37)上设有四个滑环，位于第一、二加速碳刷(381、382)下部的滑环为第一、二加速滑环(371、372)，位于第一、二减速碳刷(383、384)下部的滑环为第一、二减速滑环(373、374)，第一、二加速滑环(371、372)对应的集电环(37)的引线端子为第一、二加速端子(3701、3702)，第一、二减速滑环(373、374)对应的集电环(37)的引线端子为第一、二减速端子(3703、3704)，
所述轴心叶片固定器的转向电机为内转向电机(391)，所述外环叶片固定器上的上的转向电机(39)为外转向电机(392)，
第一加速端子(3701)和第二减速端子(3704)同时和内转向电机(391)的正极电气连接，并且同时和外转向电机(392)的负极电气连接，
第二加速端子(3702)和第一减速端子(3703)同时和外转向电机(392)的正极电气连接，并且同时和内转向电机(391)的负极电气连接，
该电路用以实现通过对叶片(312)的迎风角的控制来调整风机(31)的转速。
5.根据权利要求1所述的一种电力系统户外作业应急电源，其特征在于：
所述风筒(13)内部设有测速装置，所述测速装置包块激光发射器和激光接收器，激光发射器和激光接收器分别位于风机(31)的两侧，并且和风筒(13)的内壁固定连接，激光发射器和激光接收器分别和控制器(16)电气连接。
6.根据权利要求1所述的一种电力系统户外作业应急电源的控制方法为：
在风速的变化过程中，不同等级的风具有一定的风速范围，保持发电机(12)输出频率稳定需要保证风机(31)转动的速度稳定，在风速小范围瞬时变化时，采用制动器(5)控制风速，在风速等级发生变化时，采用开闭排风的电磁阀(141)进行控制，当风速仍在变化时则改变叶片(312)的迎风角来控制转速的稳定，具体步骤为：
步骤1，控制器(16)根据发电机(12)的输出频率确定风机(31)的转速，判断风速的瞬时速度是否增加，
步骤2，如果风速增加，启动制动器(5)对风机转轴(311)进行制动，具体为：阻尼块(53)经过带电行程开关(55)时，启动与阻尼块(53)接触的阻尼电磁铁(54)，阻尼块(53)经过阻尼电磁铁(54)之后，阻尼电磁铁(54)对阻尼块(53)施加吸引力以增加风机转轴(311)的阻尼来降低转速，直到阻尼块(53)经过失电行程开关(56)时，关闭阻尼电磁铁(54)，
步骤3，判断转速是否稳定，如果稳定则停止制动器(5)，如果转速继续增大则增加制动器(5)的阻尼电磁铁(54)的电压以增大阻尼，
步骤4，判断转速是否是持续增加，阻尼电磁铁(54)的电压是否是持续增大，如果是则启动电磁阀(141)进行排风，通过控制电磁阀(141)打开的数量使风筒(13)内的风速稳定，同时根据风机(31)的转速调整制动器(5)产生的阻尼，
步骤5，在步骤4中，如果转速仍然持续增加，电磁阀(141)已经全部打开，则启动叶片固定器的转向电机(39)来改变叶片(312)的迎风角，以此来降低转速，具体为：
控制器(16)控制不同的电磁推杆(36)带电，与电磁推杆(36)连接碳刷(38)与滑环接触，连接电源的碳刷(38)将电源通过滑环引入转向电机(39)，转向电机(39)转动带动卡杆(34)转动从而改变安装在卡杆(34)上的叶片(312)的迎风角，通过迎风角的变化降低转速，
步骤6，步骤2到步骤5是在风力变大，转速增加的情况下对风机转轴(311)的转速进行制动，如果风力恢复，就需要解除制动，同样可以利用制动器(5)、电磁阀(141)、转向电机(39)对风机转轴(311)的转速进行加速控制，具体为：
方法6.1，制动器(5)加速的方法：制动器(5)加速模式下，阻尼块(53)经过失电行程开关(56)时，启动阻尼块(53)转动方向前部的阻尼电磁铁(54)，由于失电行程开关(56)距离阻尼电磁铁(54)的距离较远，在阻尼块(53)靠近阻尼电磁铁(54)的过程中，阻尼电磁铁(54)对阻尼块(53)施加吸引力以增加风机转轴(311)的转速，当阻尼块(53)靠近阻尼电磁铁(54)时，由于要经过带电行程开关(55)，在经过带电行程开关(55)后，关闭阻尼电磁铁(54)，以防止阻尼块(53)越过阻尼电磁铁(54)后，受到阻尼电磁铁(54)的吸引力而降低转速，
方法6.2，如果风力变大后打开电磁阀(141)以排风降速，当风力变小时，控制器(16)关闭电磁阀(141)以保持风筒(13)内的风速稳定，
方法6.3，如果风力持续减小，则启动转向电机(39)使叶片(312)恢复最佳迎风角，以稳定风筒(13)的风速，进而保持风机转轴(311)转速的稳定。
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