CN111446813A

CN111446813A - 一种自激式磁力发电机组及控制方法

Info

Publication number: CN111446813A
Application number: CN202010442275.6A
Authority: CN
Inventors: 陈欣
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-05-22
Filing date: 2020-05-22
Publication date: 2020-07-24

Abstract

本发明公开了一种自激式磁力发电机组及控制方法，所述方法包括：利用离合器与外部的旋转驱动装置连接，接收外部的能量；并将能量进行传递以带动磁力发电机组工作；在磁力发电机组中的发电机达到额定转速，且飞轮存储到设定能量后，机组控制器分离离合器以切除外部旋转驱动，发电机继续由飞轮和自带的电动机驱动发电；在发电机消耗掉一定能量值后，由机组控制器合上离合器以连接旋转驱动进行能量补充，直到飞轮变速箱中的飞轮存储到设定能量，再分离所述离合器；其效果是：在飞轮存储到设定能量后，分离离合器，发电机继续由飞轮和自带的电动机驱动发电，这样就可利用飞轮存储的能量进行发电，一定程度上实现减少能源消耗的目的。

Description

一种自激式磁力发电机组及控制方法

技术领域

本发明涉及发电技术领域，具体涉及一种自激式磁力发电机组及控制方法。

背景技术

发电即利用发电动力装置将化石能源或非化石能源等转换为电能。而化石能源日渐枯竭，人类已渐渐较多的使用可再生能源来发电。因此寻求产生简单、使用方便、应用广泛的可再生能源发电，尤其是可以自激式发电的系统就显得十分重要。这也是电能发展行业的方向之一，为人类生活方便和科技进步提供更环保的电力保障。

世界各国都在加大探索新能源，加大研发新型发电和可再生能源发电，以减少对传统化石能源的依赖，但目前还是大量运用化石能源及自然资源发电，消耗大量自然资源，污染环境，破坏生态环境。

发明内容

本发明的目的是提供一种能减少一定能源消耗的一种自激式磁力发电机组及控制方法。

第一方面：本发明实施例提供了一种自激式磁力发电机组，包括离合器、飞轮变速箱、变速驱动装置、磁力发电机组、机组控制器和传感器；

所述离合器与外部的旋转驱动装置连接，用于接收外部的能量；

所述离合器还依次与飞轮变速箱和磁力发电机组连接，用于将外部的能量进行传递，以带动所述磁力发电机组工作；

所述变速驱动装置分别与所述飞轮变速箱和机组控制器连接，用于根据所述机组控制器的控制信号调节所述飞轮变速箱的变速比，以实现所述磁力发电机组的启动和运行力矩的调整；

所述磁力发电机组还可与外部电源连接，用于通过外部电源直接供电于所述磁力发电机组中的电动机，以驱动机组中的发电机旋转进行发电；

所述离合器、飞轮变速箱、变速驱动装置和磁力发电机组中均设置有所述传感器，所述传感器与所述机组控制器连接；

所述机组控制器还与所述离合器和飞轮变速箱连接，并根据传感器检测的数据合上或分离所述离合器。

作为本发明的一个优选的技术方案，所述外部的旋转驱动装置采用燃料发动机、电机、风车、水轮机中的任意一种。

作为本发明的一个优选的技术方案，所述离合器采用机械离合器或电磁离合器，采用分离旋转方式或制动方式，其中，分离旋转方式采用轴-法兰或轴-轴或轴-轮方式，制动方式采用电磁制动或靠背轮制动。

作为本发明的一个优选的技术方案，所述飞轮变速箱采用高速润滑轴承、空气动力轴承、真空飞轮装置或磁悬浮轴承飞轮中的任意一种。

作为本发明的一个优选的技术方案，所述根据传感器检测的数据合上或分离所述离合器，具体包括：

检测到所述飞轮变速箱中的飞轮存储到设定能量后，分离所述离合器以切除外部的旋转驱动，所述磁力发电机组中的发电机继续由飞轮和自带的电动机驱动发电，以输出给负载或发电并网；

检测到所述发电机消耗掉一定能量值后，合上所述离合器以连接外部的旋转驱动装置进行能量补充，直到所述飞轮变速箱中的飞轮存储到设定能量，再分离所述离合器。

作为本发明的一个优选的技术方案，所述机组控制器包括控制器和带有人机接口；其中，所述控制器采用可编程逻辑控制器、分散处理控制器和现场总线控制器中的任意一种。

作为本发明的一个优选的技术方案，所述传感器包括转速传感器、角速度传感器、力矩传感器、电压传感器、电流传感器、振动传感器、温度传感器和绝缘局放检测装置。

第二方面：本发明实施例还提供了一种自激式磁力发电机组的控制方法，应用于第一方面所述的一种自激式磁力发电机组，所述方法包括：

利用离合器与外部的旋转驱动装置连接，接收外部的能量；

通过离合器还依次与飞轮变速箱和磁力发电机组连接，将外部的能量进行传递，以带动所述磁力发电机组工作；

在通过传感器检测到所述磁力发电机组中的发电机达到额定转速，且飞轮存储到设定能量后，利用机组控制器分离所述离合器以切除外部旋转驱动，所述磁力发电机组中的发电机继续由飞轮和自带的电动机驱动发电，以输出给负载或发电并网；

在利用传感器检测到所述发电机消耗掉一定能量值后，由所述机组控制器接通所述离合器以连接外部旋转驱动进行能量补充，直到所述飞轮变速箱中的飞轮存储到设定能量，再分离所述离合器。

作为本发明的一个优选的技术方案，所述方法还包括：

通过所述机组控制器的控制信号调节所述飞轮变速箱的变速比，以实现所述磁力发电机组的启动和运行力矩的调整。

作为本发明的一个优选的技术方案，所述方法还包括：

通过外部电源可直接供电于所述磁力发电机组中的电动机，以驱动机组中的发电机旋转进行发电。

采用上述技术方案，具有以下优点：本发明提出的一种自激式磁力发电机组及控制方法，通过外接旋转驱动装置通过离合器驱动飞轮变速箱中的飞轮和磁力发电机组旋转，或外接电源直接给磁力发电机组的电动机供电驱动发电机旋转，发电机输出与负载或电网连接，发电机也给机组自带的电动机供电；发电机达到额定转速，飞轮存储到设定能量后，分离所述离合器，发电机继续由飞轮和自带的电动机驱动发电，并输出给负载或发电并网，这样就可利用飞轮存储的能量进行自激式发电，一定程度上减少了能源消耗；随着发电机负荷消耗一定量后，离合器合上，得到足够的能量补充后，又可切掉外接旋转驱动的能量，发电机还是由飞轮和自带的电动机驱动发电，这样就只需较小的间歇外接动力，发电机组就可持续发电，供给负载或发电并网，做到了节约能源的目的。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种自激式磁力发电机组的结构示意图；

图2本发明实施例提供的一种自激式磁力发电机组的控制方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参照图1所示，本发明实施例提供了一种自激式磁力发电机组，包括离合器、飞轮变速箱、变速驱动装置、磁力发电机组、机组控制器和传感器；

所述磁力发电机组还与外部电源连接，用于通过外部电源直接供电于所述磁力发电机组中的电动机，以驱动机组中的发电机旋转进行发电；

具体地，检测到所述飞轮变速箱中的飞轮存储到设定能量后，分离所述离合器以切除外接旋转驱动，所述磁力发电机组中的发电机继续由飞轮和自带的电动机驱动发电，以输出给负载或发电并网；

检测到所述发电机消耗掉一定能量值后，合上所述离合器以连接外部旋转驱动进行能量补充，直到所述飞轮变速箱中的飞轮存储到设定能量，再分离所述离合器，发电机还是由飞轮和自带的电动机驱动发电，供给负载或发电并网。

本实施例中，飞轮变速箱包括飞轮和变速箱；所述离合器外接的旋转驱动装置，采用燃料发动机、电机、风车、水轮机等旋转机械中的任意一种；从任何旋转的机械接出一个旋转轴连接到离合器即可；燃料发动机可以是汽、柴油或天然气等燃料发动机；

所述磁力发电机组包括电动定转子或电动机以及储能飞轮和磁力发电机，通过电动机驱动所述储能飞轮带动发电机发电；

所述离合器采用机械离合器或电磁离合器，采用分离旋转方式或制动方式，其中，分离旋转方式采用轴-法兰或轴-轴或轴-轮方式，制动方式采用电磁制动或靠背轮制动；

所述飞轮变速箱可采用高速润滑轴承，也可采用空气动力轴承，也可采用真空飞轮装置，也可采用磁悬浮轴承飞轮；

所述离合器与飞轮变速箱和磁力发电机组的连接方式为同轴连接或齿轮连接或皮带连接；

所述磁力发电机组采用双鼠笼电机、绕组电机、变频电机、电磁调速电机和永磁稀土同步电机中的任意一种；按电源类型分可采用交流电机，也可采用直流电机；可以为同轴联动，也可以为皮带或齿轮联动。

所述机组控制器包括控制器和带有人机接口；其中，所述控制器采用可编程逻辑控制器、分散处理控制器和现场总线控制器中的任意一种；可进行有线、无线等控制器、电脑、手机等通讯与控制；

所述传感器包括转速传感器、角速度传感器、力矩传感器、电压传感器、电流传感器、振动传感器、温度传感器和绝缘局放检测装置；

所述控制器分别与所述离合器、飞轮变速箱、磁力发电机组连接，进行转速、角度、重量、电压、电流、功率、电能、能效、温度、振动等的数据显示，以及功能切换、同步并网、控制及通讯。

进一步地，所述磁力发电机组中的电动机按如下方式进行选择。

具体地，磁力发电机组的转矩与额定功率及转速的关系如下：

转矩(T)＝9550*功率(P)/转速(n)即：T＝9550P/n(1)

由此可推导出：功率(P)＝转矩(T)*转速(n)/9550，即：P＝Tn/9550(2)

式中：P—功率的单位(KW)；n—转速的单位(r/min)；T—转矩的单位(Nm)；

9550是计算系数；

要设计好电磁场计算，选择好电磁定转子或电动机发电机功率，还必须经过以下计算或比较：

负载连续工作方式，可按下式计算电磁定转子或电动机功率(P1，单位KW)：

计算功率(P1)＝负载功率(P)/发电机效率(n1)电动机效率(n2)

即：P1＝P/n1*n2(3)

其中，负载功率(P)由公式(1)(2)得出，再根据公式(3)得出计算功率(P1)；

按上式求出的功率P1，不一定与电磁定转子或电动机功率相同；因此，所选电磁定转子或电动机的额定功率应等于或稍大于所得的计算功率。

基于上述一种自激式磁力发电机组同样的发明构思，参考图2所示，本发明实施例还提供了一种自激式磁力发电机组的控制方法，由于方法实施例基于上述的实施例，应用于上述所述的一种自激式磁力发电机组，所以描述得比较简单，相关之处参见上述实施例的部分说明即可，所述方法包括下列步骤：

S101，利用离合器与外部的旋转驱动装置连接，接收外部的能量；

S102，通过离合器还依次与飞轮变速箱和磁力发电机组连接，将外部的能量进行传递，以带动所述磁力发电机组工作；

S103，在通过传感器检测到所述磁力发电机组中的发电机达到额定转速，且飞轮存储到设定能量后，利用机组控制器分离所述离合器以切除旋转驱动装置，所述磁力发电机组中的发电机继续由飞轮和自带的电动机驱动发电，以输出给负载或发电并网；

S104，在利用传感器检测到所述发电机消耗掉一定能量值后，由所述机组控制器合上所述离合器以连接旋转驱动装置进行能量补充，直到所述飞轮变速箱中的飞轮存储到设定能量，再分离所述离合器。

通过上述方案，发电机达到额定转速，飞轮存储到设定能量后，分离所述离合器，发电机继续由飞轮和自带的电动机驱动发电，并输出给负载或发电并网，这样就可利用飞轮存储的能量进行自激式发电，一定程度上减少了能源消耗；随着发电机负荷消耗一定量后，离合器合上，得到足够的能量补充后，又可切掉外接旋转驱动的能量，发电机还是由飞轮和自带的电动机驱动发电，这样就只需较小的间歇外接动力，发电机组就可持续发电，供给负载或发电并网，做到了节约能源的目的。

进一步地，所述方法还包括：

通过外部电源可直接供电于所述磁力发电机组中的电动机，以驱动机组中的发电机旋转进行发电；这样控制使得可根据实际情况进行灵活选择，以保障磁力发电机组的正常工作。

工作时，其能量传递过程如下：

机组启动过程，发电机从0速到额定转速，不计机组能量机械和效率损耗，根据能量守恒定律，能量传递等式为：E1＝E2+E3其中：E1:电动机驱动能量；E2：飞轮存储能量；E3:发电机输出能量；此时，E1大于E3。

机组运行过程，发电机在额定转速运行，不计机组能量机械和效率损耗，根据能量守恒定律，能量传递等式为：E1+E2＝E3其中：E1:电动机驱动能量；E2：飞轮存储能量；E3:发电机输出能量；此时，E3大于E1。

机组停止过程，发电机从额定转速降到0速，不计机组能量机械和效率损耗，根据能量守恒定律，能量传递等式为：E1+E3＝E2其中：E1:电动机驱动能量；E2：飞轮存储能量；E3:发电机输出能量；此时，电动机是断电的，E1反而为驱动阻力，E1，E2，E3都减弱到0。

总的来说，外接旋转驱动装置通过离合器驱动飞轮和磁力发电机组旋转或外接电源直接给磁力发电机组的电动机供电驱动发电机旋转，发电机输出与负载或电网连接，发电机也给机组自带的电动机供电；发电机达到额定转速，飞轮存储到设定能量后，切掉外接旋转装置或离合器分离切除旋转驱动，发电机继续由飞轮和自带的电动机驱动发电，输出给负载或发电并网，这样就由机组电动磁力自供旋转动力给发电机发电，不需要外在能量驱动，随着发电机负荷消耗一定量后，离合器合上，得到外接旋转动力足够补充后，又可切掉外接旋转装置或离合器分离切除旋转驱动，发电机还是由飞轮和自带的电动机驱动发电，这样只要较小的间歇外接动力，电动发电机组就可持续发电，供给负载或发电并网，达到节约能源消耗的目的。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的系统模块及方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

最后需要说明的是，以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离本申请构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims

1.一种自激式磁力发电机组，其特征在于，包括离合器、飞轮变速箱、变速驱动装置、磁力发电机组、机组控制器和传感器；

2.根据权利要求1所述的一种自激式磁力发电机组，其特征在于，所述外部的旋转驱动装置采用燃料发动机、电机、风车、水轮机中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的一种自激式磁力发电机组，其特征在于，所述离合器采用机械离合器或电磁离合器，采用分离旋转方式或制动方式，其中，分离旋转方式采用轴-法兰或轴-轴或轴-轮方式，制动方式采用电磁制动或靠背轮制动。

4.根据权利要求1所述的一种自激式磁力发电机组，其特征在于，所述飞轮变速箱采用高速润滑轴承、空气动力轴承、真空飞轮装置或磁悬浮轴承飞轮中的任意一种。

5.根据权利要求1至4中任一所述的一种自激式磁力发电机组，其特征在于，所述根据传感器检测的数据合上或分离所述离合器，具体包括：

6.根据权利要求5所述的一种自激式磁力发电机组，其特征在于，所述机组控制器包括控制器和带有人机接口；其中，所述控制器采用可编程逻辑控制器、分散处理控制器和现场总线控制器中的任意一种。

7.根据权利要求6所述的一种自激式磁力发电机组，其特征在于，所述传感器包括转速传感器、角速度传感器、力矩传感器、电压传感器、电流传感器、振动传感器、温度传感器和绝缘局放检测装置。

8.一种自激式磁力发电机组的控制方法，其特征在于，应用于上述权利要求1所述的一种自激式磁力发电机组，所述方法包括：

利用离合器与外部的旋转驱动装置连接，接收外部的能量；

在利用传感器检测到所述发电机消耗掉一定能量值后，由所述机组控制器合上所述离合器以连接旋转驱动进行能量补充，直到所述飞轮变速箱中的飞轮存储到设定能量，再分离所述离合器。

9.根据权利要求8所述的一种自激式磁力发电机组的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

10.根据权利要求9所述的一种自激式磁力发电机组的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

通过外部电源直接供电于所述磁力发电机组中的电动机，以驱动机组中的发电机旋转进行发电。