CN113982837A

CN113982837A - 重力自调式风力发电机及并网系统

Info

Publication number: CN113982837A
Application number: CN202111218059.4A
Authority: CN
Inventors: 毕守东
Original assignee: Tieling Power Supply Co Of State Grid Liaoning Electric Power Co ltd; State Grid Corp of China SGCC
Current assignee: Tieling Power Supply Co Of State Grid Liaoning Electric Power Co ltd; State Grid Corp of China SGCC
Priority date: 2021-10-20
Filing date: 2021-10-20
Publication date: 2022-01-28
Anticipated expiration: 2041-10-20
Also published as: CN113982837B

Abstract

本发明提供重力自调式风力发电机及并网系统，涉及风力发电技术领域，包括安装底板，使得限位板靠近安装架，限位板对扇叶进行限位，这一侧的扇叶无法转动，形成最大的迎风面积，获得的较大风力，而相对一侧的安装架风吹迎面吹至风阻板一侧，使得风阻板靠近安装架，限位板远离安装架，限位板脱离扇叶，此时风使得扇叶沿着横式转轴转动，为第二发电机提供风能，同时由于扇叶转动，迎风面积减小，安装架绕较大风力的一边形成旋转力矩大，安装架就绕着立杆旋转，带动第一发电机工作，通过扇叶自动调整立杆力矩和转速，提高了第一发电机的工作效率，同时合理利用安装架表面流动的风，降低风力的流失，提高了风力资源利用率和发电机的发电效率。

Description

重力自调式风力发电机及并网系统

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体为重力自调式风力发电机及并网系统。

背景技术

许多世纪以来，风力机同水力机械一样，作为动力源替代人力、畜力，对生产力的发展发挥过重要作用，近代机电动力的广泛应用以及二十世纪50年代中东油田的发现，使风力机的发展缓慢下来，70年代初期，由于“石油危机”，出现了能源紧张的问题，人们认识到常规矿物能源供应的不稳定性和有限性，于是寻求清洁的可再生能源遂成为现代世界的一个重要课题，风能作为可再生的、无污染的自然能源又重新引起了人们重视，风力发电机是将风能转换为机械功的动力机械，又称风车，广义地说，它是一种以太阳为热源，以大气为工作介质的热能利用发动机，风力发电利用的是自然能源，风力发电不可视为备用电源，但是却可以长期利用，风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电，风力发电机因风量不稳定，故其输出的是13～25V变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能，然后用有保护电路的逆变电源，把化学能转变成交流220V市电，才能保证稳定使用。

根据中国专利号为“CN109519327B”公开的一种重力自调式风力发电机，旋转架上带有3到9个框架，框架绕轴线均布；框架的中间安装有摇摆架，摇摆架为框形结构，摇摆架的中间安装有摇摆叶片；摇摆叶片的摇摆轴是横向布置的，一个摇摆架中间有一组摇摆叶片，每一组摇摆叶片是叠加布置的，每一组摇摆叶片大于等于层；摇摆轴在摇摆叶片重心的上端，在重力作用下，摇摆叶片总是竖向向下垂的；轴孔在摇摆架重心的上端，在重力作用下，摇摆架总是竖向向下垂的，发电机为垂直转轴式，摇摆叶片为水平层叠式，摇摆叶片是横向水平安装，靠重力能自动回位；摇摆叶片层叠式结构，迎风面积大，当风力过大时，通过摇摆架的摆动，减小摇摆叶片的迎风面积，自动调整力矩及转速。

上述专利文件提出的技术方案在在进行使用时，立杆右边的摇摆叶片在风的吹动下竖直的紧靠着后档块，形成最大的迎风面积，获得的较大风力，而立杆左边的摇摆叶片在风的吹动下向后绕着摇摆孔作旋转摆动，迎风面积减小，获得的较小的风力，上述技术方案使得迎风面减少的过程中会有一部分的风力在减小摇摆叶片的迎风面积出流失，且通过摇摆叶片减少风阻力由于重力的原因会导致减少风阻力效果不明显，导致风力资源利用率较低，发电机发电效率较低。

发明内容

解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了重力自调式风力发电机及并网系统，解决了风力发电的过程中对风力资源利用率较差，发电效率低的问题。

技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：重力自调式风力发电机及并网系统，包括安装底板，所述安装底板的顶面固定连接有蓄电池仓，所述蓄电池仓的顶面固定连接有第一发电机，所述第一发电机的顶面输入端连接有第一齿轮箱，所述第一齿轮箱的顶面输入端连接有立杆，所述立杆的侧壁固定连接有固定套，所述固定套的侧壁固定连接有连接框架，所述连接框架远离立杆的一侧固定连接有安装架，所述安装架的内部侧壁固定连接有固定支架，所述固定支架的侧壁连接有连接板，所述连接板的一侧固定连接有风阻板，所述连接板远离风阻板的一侧固定连接有限位板，所述限位板远离连接板的一侧固定连接有挡流板，所述安装架内部固定支架之间连接有横式转轴，所述横式转轴的侧壁固定连接有安装套筒，所述安装套筒的侧壁固定连接有扇叶。

优选的，所述固定支架位于安装架的内部侧壁自顶部至底部线性阵列等间距固定连接，且横式转轴位于安装架的内部侧壁自顶部至底部线性阵列等间距固定连接，且固定支架与横式转轴之间交错设置。

优选的，所述固定套的水平面投影为正方形，且连接框架位于固定套的侧壁以圆周阵列等间距的形式固定连接，且连接框架的数量为四个，且四个连接框架远离立杆的一侧均固定连接有安装架。

优选的，所述横式转轴靠近连接框架的一端连接有第二齿轮箱，所述第二齿轮箱远离横式转轴的一侧连接有第二发电机，且第二齿轮箱与连接框架之间固定连接有连接杆，且连接杆位于横式转轴的底部，且第二发电机远离第二齿轮箱的一侧与连接框架固定连接。

优选的，所述横式转轴贯穿连接框架的侧壁，且横式转轴与安装架和连接框架之间连接有轴承。

优选的，所述安装架之间的距离以及安装架与固定支架之间的距离相等，且横式转轴与相邻的安装架或者固定支架的距离相等，且安装架的侧面靠近底面处连接有连接板，且连接板与安装架固定支架之间为滑动连接。

优选的，所述立杆的顶面固定连接有安装座，且安装座的顶面固定连接有避雷针，且安装座设有接地导线。

优选的，所述扇叶、限位板和风阻板的截面均为弧形，且挡流板的数量为两个，且两个挡流板分别位于限位板的侧壁靠近顶面与底面处。

优选的，所述第二发电机与第一发电机均为双馈感应发电机，且第二发电机与第一发电机的转子侧分别与整流电路相连接，将第二发电机与第一发电机发出的交流电整流为直流电，在整流电路的直流侧设有储能电路，通过逆变电路将直流电转化为恒频恒压的交流电，输送至电网。

有益效果

本发明提供了重力自调式风力发电机及并网系统。具备以下有益效果：

本发明采用在固定套的侧壁以圆周阵列等间距的形式固定连接有连接框架，在连接框架之间设有横式转轴，且横式转轴的侧壁设有扇叶，当安装场地有风吹时，通过迎面吹至限位板的一侧时，使得限位板靠近安装架，限位板对扇叶进行限位，这一侧的扇叶无法转动，形成最大的迎风面积，获得的较大风力，而相对一侧的安装架风吹迎面吹至风阻板一侧，使得风阻板靠近安装架，限位板远离安装架，限位板脱离扇叶，此时风使得扇叶沿着横式转轴转动，为第二发电机提供风能，同时由于扇叶转动，迎风面积减小，扇叶受重力的影响较小，降低风阻效果明显，安装架绕较大风力的一边形成旋转力矩大，安装架就绕着立杆旋转，带动第一发电机工作，通过扇叶自动调整立杆力矩和转速，提高了第一发电机的工作效率，同时合理利用安装架表面流动的风，降低风力的流失，提高了风力资源利用率和发电机的发电效率。

附图说明

图1为本发明的主体结构示意图；

图2为本发明的顶面结构示意图；

图3为本发明的安装架结构示意图；

图4为本发明的限位板、风阻板和挡流板的结构示意图；

图5为本发明的系统原理图。

其中：1、安装底板；2、蓄电池仓；3、第一发电机；4、第一齿轮箱；5、立杆；6、固定套；7、安装架；8、扇叶；9、连接板；10、挡流板；11、横式转轴；12、限位板；13、轴承；14、风阻板；15、固定支架；16、第二发电机；17、第二齿轮箱；18、连接杆；19、安装套筒；20、连接框架；21、安装座；22、避雷针。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

具体实施例一：

如图1至图4所示，重力自调式风力发电机及并网系统，包括安装底板1，安装底板1的顶面固定连接有蓄电池仓2，蓄电池仓2的顶面固定连接有第一发电机3，第一发电机3的顶面输入端连接有第一齿轮箱4，第一齿轮箱4的顶面输入端连接有立杆5，立杆5与第一齿轮箱4的低速轴连接，第一齿轮箱4的高速轴与第一发电机3的输入端连接，立杆5的侧壁固定连接有固定套6，固定套6的侧壁固定连接有连接框架20，连接框架20远离立杆5的一侧固定连接有安装架7，安装架7的内部侧壁固定连接有固定支架15，固定支架15的侧壁连接有连接板9，连接板9的一侧固定连接有风阻板14，连接板9远离风阻板14的一侧固定连接有限位板12，限位板12远离连接板9的一侧固定连接有挡流板10，安装架7内部固定支架15之间连接有横式转轴11，横式转轴11的侧壁固定连接有安装套筒19，安装套筒19的侧壁固定连接有扇叶8，扇叶8的数量为四个，且四个扇叶8圆周阵列等间距固定连接在安装套筒19的侧壁，固定支架15位于安装架7的内部侧壁自顶部至底部线性阵列等间距固定连接，且横式转轴11位于安装架7的内部侧壁自顶部至底部线性阵列等间距固定连接，且固定支架15与横式转轴11之间交错设置，横式转轴11底部的连接板9滑动时，可以起到对扇叶8的限位和释放的作用，固定套6的水平面投影为正方形，且连接框架20位于固定套6的侧壁以圆周阵列等间距的形式固定连接，且连接框架20的数量为四个，且四个连接框架20远离立杆5的一侧均固定连接有安装架7，横式转轴11靠近连接框架20的一端连接有第二齿轮箱17，第二齿轮箱17远离横式转轴11的一侧连接有第二发电机16，横式转轴11与第二齿轮箱17的低速轴连接，第二齿轮箱17的高速轴与第一发电机3的输入端连接，且第二齿轮箱17与连接框架20之间固定连接有连接杆18，且连接杆18位于横式转轴11的底部，且第二发电机16远离第二齿轮箱17的一侧与连接框架20固定连接，第二发电机16与第一发电机3均为双馈感应发电机，当风速或电机转速变化时，通过逆变电路可以调节转子的励磁电流频率，改变转子磁势的转速，使其始终与定子转速保持同步运行，定子感应电势频率也能保持恒定值，可以实现变速恒频的运行，横式转轴11贯穿连接框架20的侧壁，且横式转轴11与安装架7和连接框架20之间连接有轴承13，通过轴承13连接减少横式转轴11转动时受到的摩擦力，提高的风力资源的利用，安装架7之间的距离以及安装架7与固定支架15之间的距离相等，且横式转轴11与相邻的安装架7或者固定支架15的距离相等，且安装架7的侧面靠近底面处连接有连接板9，且连接板9与安装架7固定支架15之间为滑动连接，风阻板14或者限位板12受到风吹时，会使得连接板9在安装架7固定支架15的内部滑动，立杆5的顶面固定连接有安装座21，且安装座21的顶面固定连接有避雷针22，且安装座21设有接地导线，扇叶8、限位板12和风阻板14的截面均为弧形，且挡流板10的数量为两个，且两个挡流板10分别位于限位板12的侧壁靠近顶面与底面处，挡流板10增加了限位板12的迎风面积，当风吹至限位板12的表面可以使得限位板12与安装架7之间连接更加紧密。

将安装底板1与底面或者场地通过螺栓固定连接后，在固定套6的侧壁以圆周阵列等间距的形式固定连接有连接框架20，在连接框架20之间设有横式转轴11，且横式转轴11的侧壁设有扇叶8，当安装场地有风吹至，通过迎面吹至限位板12的一侧时，使得限位板12靠近安装架7，限位板12与扇叶8均为弧形，限位板12对扇叶8进行限位，这一侧的扇叶8无法转动，形成最大的迎风面积，获得的较大风力，而相对一侧的安装架7风吹迎面吹至风阻板14一侧，使得风阻板14靠近安装架7，限位板12远离安装架7，限位板12脱离扇叶8，此时风使得扇叶8沿着横式转轴11转动，为第二发电机16提供风能，同时由于扇叶8转动，迎风面积减小，扇叶8受重力的影响较小，降低风阻效果明显，安装架7绕较大风力的一边形成旋转力矩大，安装架7就绕着立杆5旋转，带动第一发电机3工作，通过扇叶8自动调整立杆5力矩和转速，提高了第一发电机3的工作效率。

当风吹动时，对立杆5两侧的风扇产生不同的限制作用，迎面吹至限位板12的一侧可以通过限位板12对扇叶8进行限位，提高了这一侧的风阻，而风吹至风阻板14的一侧可以为扇叶8提供旋转的力，不仅降低了安装架7风阻，还可以为第二发电机16提供风能，不仅通过扇叶8自动调整立杆5力矩和转速，提高了第一发电机3的工作效率，同时合理利用安装架7表面流动的风，还为第二发电机16提供风能，降低风力的流失，提高了风力资源利用率和第一发电机3和第二发电机16的发电效率。

具体实施例二：

如图2和图5所示，第二发电机16与第一发电机3均为双馈感应发电机，整流电路与逆变电路均为PWM变流器，转子侧通过PWM变流器，将发出的交流电整流为直流电，再通过一个单相全桥变流器调制成高频交流电，然后通过高频变压器变换升压，再经单相全桥变流器还原为直流，逆变电路中的PWM变流器将直流电转换成恒频恒压的交流电输送至电网，实现了第二发电机16与第一发电机3与电网同频的处理，当风速或电机转速变化时，通过逆变器调节转子的励磁电流频率，改变转子磁势的转速，使其始终与定子转速保持同步运行，定子感应电势频率也能保持恒定值，如此便可以实现变速恒频的运行，且第二发电机16与第一发电机3的转子侧分别与整流电路相连接，将第二发电机16与第一发电机3发出的交流电整流为直流电，通过逆变电路将直流电转化为恒频恒压的交流电，输送至电网，在整流电路的直流侧设有储能电路，储能电路设有有超级电容，超级电容用于提高风电系统的低电压穿越能力，同时蓄电池仓2中设有储能电池，可以将多余的经过逆变电路处理后的电能进行储能。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个引用结构”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.重力自调式风力发电机及并网系统，包括安装底板（1），其特征在于：所述安装底板（1）的顶面固定连接有蓄电池仓（2），所述蓄电池仓（2）的顶面固定连接有第一发电机（3），所述第一发电机（3）的顶面输入端连接有第一齿轮箱（4），所述第一齿轮箱（4）的顶面输入端连接有立杆（5），所述立杆（5）的侧壁固定连接有固定套（6），所述固定套（6）的侧壁固定连接有连接框架（20），所述连接框架（20）远离立杆（5）的一侧固定连接有安装架（7），所述安装架（7）的内部侧壁固定连接有固定支架（15），所述固定支架（15）的侧壁连接有连接板（9），所述连接板（9）的一侧固定连接有风阻板（14），所述连接板（9）远离风阻板（14）的一侧固定连接有限位板（12），所述限位板（12）远离连接板（9）的一侧固定连接有挡流板（10），所述安装架（7）内部固定支架（15）之间连接有横式转轴（11），所述横式转轴（11）的侧壁固定连接有安装套筒（19），所述安装套筒（19）的侧壁固定连接有扇叶（8）。

2.根据权利要求1所述的重力自调式风力发电机及并网系统，其特征在于：所述固定支架（15）位于安装架（7）的内部侧壁自顶部至底部线性阵列等间距固定连接，且横式转轴（11）位于安装架（7）的内部侧壁自顶部至底部线性阵列等间距固定连接，且固定支架（15）与横式转轴（11）之间交错设置。

3.根据权利要求1所述的重力自调式风力发电机及并网系统，其特征在于：所述固定套（6）的水平面投影为正方形，且连接框架（20）位于固定套（6）的侧壁以圆周阵列等间距的形式固定连接，且连接框架（20）的数量为四个，且四个连接框架（20）远离立杆（5）的一侧均固定连接有安装架（7）。

4.根据权利要求2所述的重力自调式风力发电机及并网系统，其特征在于：所述横式转轴（11）靠近连接框架（20）的一端连接有第二齿轮箱（17），所述第二齿轮箱（17）远离横式转轴（11）的一侧连接有第二发电机（16），且第二齿轮箱（17）与连接框架（20）之间固定连接有连接杆（18），且连接杆（18）位于横式转轴（11）的底部，且第二发电机（16）远离第二齿轮箱（17）的一侧与连接框架（20）固定连接。

5.根据权利要求1所述的重力自调式风力发电机及并网系统，其特征在于：所述横式转轴（11）贯穿连接框架（20）的侧壁，且横式转轴（11）与安装架（7）和连接框架（20）之间连接有轴承（13）。

6.根据权利要求1所述的重力自调式风力发电机及并网系统，其特征在于：所述安装架（7）之间的距离以及安装架（7）与固定支架（15）之间的距离相等，且横式转轴（11）与相邻的安装架（7）或者固定支架（15）的距离相等，且安装架（7）的侧面靠近底面处连接有连接板（9），且连接板（9）与安装架（7）固定支架（15）之间为滑动连接。

7.根据权利要求1所述的重力自调式风力发电机及并网系统，其特征在于：所述立杆（5）的顶面固定连接有安装座（21），且安装座（21）的顶面固定连接有避雷针（22），且安装座（21）设有接地导线。

8.根据权利要求1所述的重力自调式风力发电机及并网系统，其特征在于：所述扇叶（8）、限位板（12）和风阻板（14）的截面均为弧形，且挡流板（10）的数量为两个，且两个挡流板（10）分别位于限位板（12）的侧壁靠近顶面与底面处。

9.重力自调式风力发电机及并网系统，其特征在于：所述第二发电机（16）与第一发电机（3）均为双馈感应发电机，且第二发电机（16）与第一发电机（3）的转子侧分别与整流电路相连接，将第二发电机（16）与第一发电机（3）发出的交流电整流为直流电，在整流电路的直流侧设有储能电路，通过逆变电路将直流电转化为恒频恒压的交流电，输送至电网。