CN1081290A

CN1081290A - 数控小型风力发电装置

Info

Publication number: CN1081290A
Application number: CN 92105601
Authority: CN
Inventors: 石行
Original assignee: Xicheng Xinkai General Testing Factory Beijing City
Current assignee: Xicheng Xinkai General Testing Factory Beijing City
Priority date: 1992-07-13
Filing date: 1992-07-13
Publication date: 1994-01-26

Abstract

一种数控小型风力发电装置，是用风翼带动稀土同步电机的转子旋转发电，再经自耦调压器、逆变电源和不间断电源把电能供给负载，并由微机通过其接口对发电机、逆变电源和不间断电源实现数字控制。装置机电结构简单、控制简便，为远离城市电网的边远地区用户提供生活用电或小功率动力来源。

Description

本发明涉及一种可再生能源的产生和利用装置，确切地说，涉及一种利用风能发电的数控电力发电设备。

随着人类社会的发展，能源消耗日趋剧烈，能源资源日趋紧张。早年，在没有发明热动力机械时，风力资源曾经一度在民间广为应用。在工业革命之后，以煤炭、石油、天然气等一次能源作燃料的热动力设备大量投入应用于各个产业和生活领域，在其为人类作功发挥效能的同时，也把大量废热及有毒有害气体、物质向自然环境中排泄，造成人类生态环境的日益恶化。为此联合国还在今年6月召集世界各国首脑召开“环境发展大会”，呼吁尽快改善人类赖以生存的地球环境。而且，这些矿物燃料资源也日趋枯竭，迫使人们孜孜不倦地努力寻找新的动力能源。太阳能、风力、地热、水力、潮汐等可以在地球环境中周而复始的、从自然现象中获得的可再生能源日益引起人们的重视和开发利用。以往，由于技术措施的局限，这些可再生能源（包括风力资源）输出功率较小，未能被广泛应用。但是，这种能源由于它不会象一次能源那样会逐渐消耗枯竭，又是一种非常“洁净”、不会污染环境的能源，随着当代科学技术水平的提高，科技人员开发利用可再生能源，把它作为一种很可靠的补充能源应用于人类生活的迫切性和成功率也有了飞跃提高。

本发明的目的就是提供一种利用稀土全速同步电机作为发电机的数控小型风力发电装置，作为开发利用风能的新装备。

本发明的机械结构示意图如图1所示。本发明的关键是所用的发电机3为采用稀土永磁材料制作转子3A的稀土全速同步电机，其磁极可为6～12极;风翼1的转轴经传动机构2驱动稀土发电机3的转子3A旋转，使发电机的定子线圈3B产生的电流输出经自偶调压器4、逆变电源5和不间断电源6供给负载，并由微型计算机7通过其接口对发电机3、逆变电源5和不间断电源6进行数字控制和调整。图中3C为定子。

本发明中使用的稀土全速同步电机（专利申请号CN91101413.6），其定子结构与普通鼠笼式异步交流电动机相同，由定子3C和定子线圈3B构成，而转子3A是用具有良好导磁性能和刚性很高的钢材制作的实心园柱体，在园柱体内封闭装有多个填满稀土永磁体的槽孔-其磁极可为6～12极。因为在本发明中作为风力发电机使用的条件下，电机经常在低速运行，可根据实际工作环境在上述极数范围内选择之。这种电机结构简单，但具有同步电机的许多优良性能，可以在从低速到超高速范围（10000～24000转/分）的任何一个状态下平稳转动，达到全速动平衡，所以，可在各种转速下正常运转，这一点尤其适合作风能发电机配套使用;机械效率和电能转化率高，转子中没有电力消耗，不会因此发热;启动平滑无冲击，其工作状况可由计算机通过数字控制进行实时调整;既可作电动机使用驱动工作机械，也可作为发电机与动力机直接配套使用。本发明就是充分考虑了稀土全速同步电机的特性后，选择该机型作为发电机，才能使整个装置的机电结构达到最简化程度;再辅以计算机的数字控制技术，对发电机及其电能储存、转换、输出设备进行调节实现工况优化的。

由风翼1的旋转，经传动机构2的传动使得稀土全速同步电机3的转子3A随之同速旋转，而转子3A的外缘固装有稀土永磁体做的多个磁极，这些磁极的旋转就在电机3的定子3C里产生多个旋转磁场，这些旋转磁场与定子线圈3B发生切割磁力线作用，使得定子线圈3B获得电动势，这些电动势被引出成为电流馈入调压器4。由于自然界的风力不会稳定不变，本发明中发电机3的转速也会随着风力的强弱变化而产生相应的变化，而电机的输出电压基本上是与其转速呈正比的线性关系，这样，其输出电压也将随风力的强弱而发生改变。为了获得均衡的电压输出，本发明将发电机3的馈电输出经自偶调压器4，将其电压升到220伏或380伏，再经由微机7控制的脉宽调制（PWM）控制的逆变电源5和不间断电源6才供给负载。这样，可以在无风的情况下，也能保持一段时间的正常稳定供电。本发明中的自偶调压器，逆变电源和不间断电源都是市场通用产品，可以根据发电装置使用的场合、用途，选择价格合适的不同档次产品与发电机配套，因为上述辅助设备的产品价格差异很大，性能也有所区别。

本发明装置可以构成从200瓦至3千瓦的完整系列风力发电机组，个别风力资源比较丰富的地区（如海边、风口等处）也可做到20千瓦或更大功率。我国新疆达板城附近安装有芬兰赠送的一个风力电站群，其总功率达到兆瓦级，但结构非常复杂，每千瓦投资远高于火力电站，故难于推广普及。而与之比较，本发明利用风力发电的装置，机电结构简单，控制简便，成本可以大大压缩。一套功率为400瓦的民用装置，制造成本可控制在1.5千元以内。这样，普通中等收入的农、牧民的购买能力就可以接受了。如果配套以高级不间断电源，可以获得很高的供电质量，但装置的成本自然要高出许多。

本发明机电结构简单，维护要求低，可就地分布供电，不需要建立输变电装置，不需要消耗一次能源，不会造成环境污染。其缺陷是装置的输出功率受自然条件限制，调节范围有限，所以，它只能作为一种补充能源使用。它远不如城市供电网用电方便，不会在城市中得到应用，而只能在远离城市的边远地区、牧场、山区、海岛的野外勘测队、边防哨所、渔船、气象站等不可能从城市电网中获取动力源的用户，作为一种切实可行的生活用电或小功率生产电力来源。

Claims

1、一种数控小型风力发电装置，包括有风翼、发电机，其特征在于所用的发电机为采用稀土永磁材料制作转子的稀土全速同步电机，其磁极可为6～12极，风翼的转轴经传动机构驱动稀土发电机的转子旋转，发电机的馈电输出经自偶调压器、逆变电源和不间断电源供给负载，并由微型计算机通过其接口对发电机、逆变电源和不间断电源进行数字控制。