CN112769358A - 三角型两级式自主谐振协同限速系统及设有该系统的风机 - Google Patents

三角型两级式自主谐振协同限速系统及设有该系统的风机 Download PDF

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吴鑫鑫
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Abstract

本发明涉及一种三角型两级式自主谐振协同限速系统及设有该系统的风机，三角型两级式自主谐振协同限速系统包括转子结构、定子结构和RLC谐振电路；所述定子结构包括星形连接的三相定子绕组；所述转子结构包括永磁转子，永磁转子用于与风机同轴设置；所述RLC谐振电路的结构包括三个星形连接的谐振电容器和三个星形连接的谐振电感，各谐振电容器和谐振电感分别连接定子结构中相应的绕组，并在连接的线路上分别设置有相应的谐振电阻。本发明所提供的技术方案中，由于限速系统能够防止风机的转速过大，所以风机不会工作在极限工况下，从而提高风机的安全性和使用寿命，并且能够减少对制动摩擦片的损耗，降低风机制动系统的成本。

Description

三角型两级式自主谐振协同限速系统及设有该系统的风机
技术领域
本发明涉及风机制动控制技术领域，具体涉及一种三角型两级式自主谐振协同限速系统及设有该系统的风机。
背景技术
随着煤炭、石油等传统化石能源的减少及所产生的环境污染问题日益的增加，世界各国越来越重视可再生能源的研究和利用，风力发电以其廉价、清洁环保、资源丰富的优点，逐渐成为世界各国能源利用的重要方式之一。由于环境污染的压力，欧美国家大力发展风能发电，风力发电的装机容量日益增加。
风力发电机面临的最大难题是其可靠性问题，即大风时的限速保护问题。根据《风力机械标准汇编》中安全机构的规定：对于不小于1kW的风力机，安全机构应能限制风轮最大工作转速不超过125％额定转速；对于小于1kW的风力机，安全机构应能限制风轮最大工作转速不超过150％额定转速。风机的制动器是风力发电机进行刹车制动的机械装置，常用制动器类型有块式制动器、盘式制动器等。德国HSW-250T风力机采用转子制动和安全制动两套机械盘式制动系统，两套制动器均为液压钳盘式制动器。国产化刹车液压系统添加阻尼管有“软刹车”效果，使刹车达到“柔性”接触(避免产生较大的冲击力)，但这会使液压缸反应时间延长，刹车片受到刹车弹簧的推力也随着液压的减小而逐渐增加。国内有学者曾提出通过改进刹车系统的结构来提高刹车性能，把自动防抱死系统应用于风力发电机刹车系统，提出了在高速与低速轴上各装一套刹车系统，并结合采用一定的控制措施实现。另外，还可通过改变刹车程序使风机在电网掉电的情况下执行“安全停机”，但该系统需要通过加装UPS系统，在电网停电后为控制系统暂时供电实现上述目的。
风机刹车系统应当施加较大的制动力，以满足快速制动的要求，然而在风机高速旋转时，这可能会在待制动系统中导致相当大的振动和过大的动负载尖峰，这又会损坏系统，导致比较大的材料疲劳和老化，进一步使提高运行和维护成本，例如目前在某50KW中型风力发电机配套的电磁碟式摩擦制动器，摩擦片耐磨性不够，不到三年就会严重磨损，极易造成制动调节失效，严重影响风力发电机组的安全运行。另外，碟式摩擦制动不仅易发生突然抱死冲击电网，而且容易喷溅火花，造成火灾。
发明内容
本发明的目的是提供一种三角型两级式自主谐振协同限速系统及设有该系统的风机，以解决现有技术中的问题风机制动系统存在的成本高、安全性差的问题。
为实现上述目的，本发明的采用如下技术方案：
三角型两级自主谐振协同限速系统，包括转子结构、定子结构和RLC谐振电路；所述定子结构包括星形连接的三相定子绕组；所述转子结构包括永磁转子，永磁转子用于与风机同轴设置；所述RLC谐振电路的结构包括三个星形连接的谐振电容器和三个星形连接的谐振电感，各谐振电容器和谐振电感分别连接定子结构中相应的绕组，并在连接的线路上分别设置有相应的谐振电阻；
所述三角型两级自主谐振协同限速系统用于：
输出的制动转矩随风机的转速增加而增加；当风机转速达到保护转速时输出最大的制动转矩。
进一步的，所述转子结构还包括同步磁阻转子。
设有三角型两级自主谐振协同限速系统的风机，包括风机本体，还包括三角型两级自主谐振协同限速系统；
所述三角型两级自主谐振协同限速系统包括转子结构、定子结构和RLC谐振电路；所述定子结构包括星形连接的三相定子绕组；所述转子结构包括永磁转子，永磁转子与风机本体同轴设置；所述RLC谐振电路的结构包括三个星形连接的谐振电容器和三个星形连接的谐振电感，各谐振电容器和谐振电感分别连接定子结构中相应的绕组，并在连接的线路上分别设置有相应的谐振电阻；
所述三角型两级自主谐振协同限速系统用于：
输出的制动转矩随风机的转速增加而增加；当风机转速达到保护转速时输出最大的制动转矩。
进一步的，所述转子结构还包括同步磁阻转子。
本发明的有益效果：
本发明所提供的技术方案，在风机中设置有三角型两级自主谐振协同限速系统，能够在风机转速超过限定速度时自主介入，制动转矩瞬时增大，进而实现对风机的限速保护，当风机转速低于保护转速时限速系统的制动转矩接近零，限速装置无需任何外接电源或人工干预，可实现完全自主运行。本发明所提供的技术方案中，由于限速系统能够防止风机的转速过大，所以风机不会出现飞车等转速过快导致的飞车现象，能够减少风机的损耗，提高风机的安全性；同时，制动摩擦片不需要在风机转速过高时对其进行制动，所以能够减少制动摩擦片的损耗，降低更换制动摩擦片的频率，从而降低风机的使用成本。
附图说明
图1是本发明风机实施例中三角型两级式自主谐振协同限速系统的结构示意图。
具体实施方式
风机实施例：
本实施例提供一种设有三角型两级式自主谐振协同限速系统的风机，其结构包括风机本体和三角型两级式自主谐振协同限速系统，三角型两级式自主谐振协同限速系统的结构如图1所示，包括转子结构、定子结构和RLC谐振电路。
转子结构包括永磁转子，永磁转子与风机本体同轴设置，当风机本体转动时带动永磁转子转动。
定子结构包括A、B、C三相绕组，三相绕组呈星形连接；当永磁转子转动时产生交变磁场，定子结构的三相绕组产生感应电势。
RLC谐振电路包括三个星形连接的谐振电感器LA,LB，LC，以及三个星形连接的谐振电容器CA,CB，CC，以及三相谐振电阻RA，RB和RC。
各谐振电感器和谐振电容器分别与定子结构中三相绕组连接，三相谐振电阻分别连接在各相谐振电容器和谐振电感器连接对应相绕组的线路上。
在风机本体运行过程中，永磁转子与同步磁阻转子随风机本体同轴旋转，定子绕组与电阻和电容负载保持串联，风机本体的转速决定了三角型两级式自主谐振协同限速系统是否进入RLC谐振状态。所谓协同有两个层面含义，分别是三角型两级式自主谐振协同限速系统中两个转子之间，三角型两级式自主谐振协同限速系统与RLC谐振电路之间功能上的协同。
本实施例所提供的设有三角型两级式自主谐振协同限速系统的风机，其工作原理为：
风机本体转动带动永磁转子转动，产生交变磁场，定子结构的三相绕组产生感应电势；
当风机本体的转速低于保护转速时，即当风机转速与保护转速之间的差值不小于第一设定值时，定子绕组感应电势幅值与频率均较小，RLC谐振电路处于非谐振状态，三角型两级式自主谐振协同限速系统的制动转矩接近零，即此时三角型两级式自主谐振协同限速系统不输出制动转矩；
当风机本体的转动速度增加时，定子结构三相绕组的感应电势幅值与频率均增大；
当风机本体的转速接近保护转速时，即风机本体的转速与保护转速之间的差值步小于第二设定值时，感应电势频率接近RLC谐振电路的谐振频率，定子绕组感应电流大幅增加，三角型两级式自主谐振协同限速系统输出的制动力矩相应快速增大，定子绕组感应电势的频率达到RLC谐振电流的谐振频率，三角型两级式自主谐振协同限速系统输出的制动转矩达到峰值，从而对风机的转速进行限制，防止风机转速过快。在此过程中三角型两级式自主谐振协同限速系统能够自主对风机转速进行主动介入限制，无需人为干预。
保护速度有RLC谐振电路中谐振电容器、谐振电感和谐振电阻的参数确定。
作为其他实施方式，转子结构还包括同步磁阻转子，同步磁阻转子与风机本体同轴设置，当转子结构的三相绕组产生感应电势时也会产生交变磁场，同步磁阻转子在该交变磁场感应的作用下转动，对风机进行限速。
系统实施例：
本实施例提供一种三角型两级式自主谐振协同限速系统，与上述风机实施例中三角型两级式自主谐振协同限速系统的结构相同，该系统已在上述风机实施例中做了详细介绍，这里不多做说明。
以上公开的本发明的实施例只是用于帮助阐明本发明的技术方案，并没有尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.三角型两级自主谐振协同限速系统，其特征在于，包括转子结构、定子结构和RLC谐振电路；所述定子结构包括星形连接的三相定子绕组；所述转子结构包括永磁转子，永磁转子用于与风机同轴设置；所述RLC谐振电路的结构包括三个星形连接的谐振电容器和三个星形连接的谐振电感，各谐振电容器和谐振电感分别连接定子结构中相应的绕组，并在连接的线路上分别设置有相应的谐振电阻；
所述三角型两级自主谐振协同限速系统用于：
输出的制动转矩随风机的转速增加而增加；当风机转速达到保护转速时输出最大的制动转矩。
2.根据权利要求1所述的三角型两级自主谐振协同限速系统，其特征在于，所述转子结构还包括同步磁阻转子。
3.设有三角型两级自主谐振协同限速系统的风机，包括风机本体，其特征在于，还包括三角型两级自主谐振协同限速系统；
所述三角型两级自主谐振协同限速系统包括转子结构、定子结构和RLC谐振电路；所述定子结构包括星形连接的三相定子绕组；所述转子结构包括永磁转子，永磁转子与风机本体同轴设置；所述RLC谐振电路的结构包括三个星形连接的谐振电容器和三个星形连接的谐振电感，各谐振电容器和谐振电感分别连接定子结构中相应的绕组，并在连接的线路上分别设置有相应的谐振电阻；
所述三角型两级自主谐振协同限速系统用于：
输出的制动转矩随风机的转速增加而增加；当风机转速达到保护转速时输出最大的制动转矩。
4.根据权利要求3所述的设有三角型两级自主谐振协同限速系统的风机，其特征在于，所述转子结构还包括同步磁阻转子。
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