CN201714576U

CN201714576U - 风力发电整流逆变实验装置

Info

Publication number: CN201714576U
Application number: CN2010201568442U
Authority: CN
Inventors: 金元郁
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-04-08
Filing date: 2010-04-08
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2020-04-08

Abstract

本实用新型公开了一种风力发电整流逆变实验装置，可以解决现有技术存在的缺少用于实验教学的风力发电实验装置的问题。采用的技术方案是：一种风力发电整流逆变实验装置，包括控制桌和被控对象，所述被控对象包括实验支架，在所述支架上设有电动机，电动机同时连接发电机和风车叶片，所述电动机带动所述发电机和风车叶片运转。本实验装置将控制、整流、逆变一体，结构简单，维护方便，实训内容丰富，能同时培养学生多方面的技能，整机配置优良，性能可靠，美观大方。

Description

风力发电整流逆变实验装置

技术领域

本实用新型属于风力发电机技术领域，具体地说，涉及一种风力发电整流逆变实验装置。

背景技术

由于传统能源的枯竭和人们对环境的重视，电力系统正面临着巨大变革，分布式发电将成为未来电力系统的发展方向。其中，风力发电以其独特的优点，被公认为是技术含量高、最有发展前途的技术之一。然而风力发电涉及到电能的整流、储存和逆变，逆变效率的高低不仅影响其自身损耗，还影响到风力发电系统及其它设备的容量选择与合理配置。因此逆变器已成为影响风力发电系统经济可靠运行的主要因素，研究其结构与控制方法对于提高系统发电效率、降低成本具有及其重要的意义。根据实际的风力发电大型设备研究逆变器的原理和性能，成本太高，也不太现实，亟需一种风力发电整流逆变实验装置。

发明内容

本实用新型提供了一种风力发电整流逆变实验装置，可以解决现有技术存在的缺少用于实验教学的风力发电实验装置的问题。

根据现有的采用大风车叶片进行风力发电装置原理，模拟制造出风力发电整流逆变实验装置，采用电动机带动风车叶片运转模拟自然风，模拟风力发电，作为教学实验之用。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种风力发电整流逆变实验装置，包括控制桌和被控对象，所述被控对象包括实验支架，在所述支架上设有电动机，电动机同时连接发电机和风车叶片，所述电动机带动所述发电机和风车叶片运转。

为了防止电动机直接带动风车叶片运转速度过快，在所述电动机和风车叶片之间设置减速装置，所述减速装置包括固定在所述支架中部的同轴安装的大、小皮带轮，其中大皮带轮与所述电动机的输出轴通过皮带连接，小皮带轮与所述风车叶片的转轴通过皮带连接，通过大、小皮带轮的直径变化，达到将较快的电动机输出轴的转速转化为较慢的风车叶片转轴的转速。

为了更好的模拟实际的风力发电，需要将风车叶片停转而使得发电机停转，因此还设有液压刹车系统，所述液压刹车系统包括液压油泵和液压油缸，PLC给出刹车信号，传给液压油泵，液压油泵控制液压油缸，液压油缸来控制电动机的运转；而在本结构装置中，要将风车叶片停转，需要将电动机的输出轴停转，但这样会导致电动机烧坏，所以PLC同时发出控制信号，控制电动机的运转。

为了模拟风速的变化，所述电动机连接变频器，由PLC控制所述变频器来调节电动机的转速。

进一步地，所述发电机连接整流器，整流器连接负载，通过整流器将发电机发出的交流电转化为直流电供给直流负载。

进一步地，在本实用新型的上述技术方案中，还具有以下技术特征：所述整流器还连接逆变器，逆变器连接负载，通过逆变器将整流器发出的直流电转化为交流电供给交流负载。

进一步地，所述整流器和逆变器之间还设有蓄电池，整流器转化的直流电存储到蓄电池中备用。

具体控制过程如下：

1、人为启动电动机，电动机带动发电机运转，发电机将发出的交流电通过整流器转化为直流电并存储到蓄电池中备用；或者通过整流器转化为直流电供直流负载使用；同时通过逆变器可以将整流出来的直流电以及蓄电池供给的直流电逆变为交流电供交流负载使用；

2、PLC给出刹车信号，将电动机停转，即将风车叶片停转，同时给出控制信号，将电动机停转；

3、PLC控制变频器，来调节电动机的转速，模拟风速变化。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：

在本系统中将发出的电经整流转化为直流电，送到蓄电池储存备用，再经过逆变转化为22V交流使用。由于为实验所用，取自然风受到了限制，故本系统用电动机带动发电风车运转，模拟风力发电，电动机由PLC通过变频器控制，方便改变风速。本装置还配备完整的刹车系统，由PLC控制液压系统完成。

系统特点

1.本实验装置将控制、整流、逆变一体，结构简单，维护方便；系统虽然物理体积不大，但却涵盖了交流电机变频控制技术、PLC交流电机调速技术，交流整流技术，逆变技术和液压传动技术，实训内容丰富，能同时培养学生多方面的技能。

2.设有过压保护

当蓄电池充满电，发电及仍在运行时，系统会将自动启动过压负载，将发出的电消耗掉，避免了过压对蓄电池及其他设备的损坏，最大程度地延长了设备的使用寿命；

3.具有刹车功能

系统采用比较流行的液压刹车系统对系统进行刹车控制，使之更接近工业实际应用系统。采用液压油泵作为刹车驱动器，液压油缸作为刹车执行器，具有噪音小，效果佳，成本低的特点，同时还能让学生学习液压传动的原理、组成及在实际应用中的实现方式。系统配有自动刹车和手动刹车两种模式，便于学生进阶学习，同时也丰富了实训内容。

4.性价比高，特别适合用户系统

电动机采用380V交流电机，效率高，驱动能力强，易于控制。PLC主机选用德国西门子S7-224XP能够完成较为复杂的控制要求，并有模拟量输入输出功能。特别地，PLC的I/O口在面板上都有对应的插线端子，方便灵活组合应用，进行第二次开发。

5.整机逆变效率高，空载损耗小

6.丰富的显示仪表：显示蓄电池电压，蓄电池充电电流，输出电压等。为了使学生能够更为直观地了解系统的运行，系统还设置了显示单元，来实时显示系统各部分的电压，电流情况。该单元均采用指针式电表，这样更加直观、形象。

7、风力发电实验装置整机配置优良，性能可靠，坚固耐用，美观大方。

附图说明

图1是本实用新型所述的风力发电整流逆变实验装置的被控对象的结构示意图；

图2是所述实验装置的控制桌与被控对象的连接示意图；

图中的符号及其说明：

1、支架；2、电动机；3、发电机；4、风车叶片；5、减速装置；5-1、大皮带轮；5-2、小皮带轮；5-3、皮带；6、液压刹车系统；6-1、液压油泵；6-2、液压油缸；7、蓄电池。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1和图2所示，一种风力发电整流逆变实验装置，包括控制桌和被控对象两部分，所述被控对象包括实验支架1，在支架1的底部设有电动机2和发电机3，电动机2的输出轴同时连接发电机3和实际大小的风车叶片4，电动机2带动所述发电机3和风车叶片4运转。

在支架1的中部一侧固定有减速装置5，包括同轴运转的大皮带轮5-1和小皮带轮5-2，其中大皮带轮5-1与电动机2的输出轴通过皮带5-3连接，小皮带轮5-2与所述风车叶片4的转轴通过皮带5-3连接，由于电动机2转速较快，传动到大皮带轮5-1上后就减速了，与大皮带轮5-1同轴的小皮带轮5-2同样减速，因此传到风车叶片4上的转速就不致过快。

在支架1的底部还设有刹车系统6，所述刹车系统6包括液压油泵6-1和液压油缸6-2，PLC给出刹车信号，传给液压油泵6-1，液压油泵6-1控制液压油缸6-2，液压油缸6-2来控制电动机2的运转；同时PLC发出控制信号，控制电动机2的运转。

作为本实验装置的控制桌部分，控制桌装有控制器PLC、变频器、指针表、整流器、过压负载(直流负载)、逆变器、负载(交流负载)组成。被控对象的控制信号和电源分别通过屏蔽电缆线通过航空插头与控制桌连接的。

电动机2连接变频器，由PLC控制所述变频器来调节电动机2的转速来模拟风速的变化；

发电机3连接整流器，整流器连接过压负载，通过整流器将发电机发出的交流电转化为直流电供给过压负载。

整流器连接逆变器，逆变器连接负载，通过逆变器将整流器发出的直流电转化为交流电供给负载。

整流器和逆变器之间还设有蓄电池7，整流器转化的直流电存储到蓄电池7中备用。

实验装置就是基于风力发电的原理，以及电能的整流、储存和逆变而开发的。

如图1所示，控制桌与被控对象的连接示意图，核心控制部分为一西门子S7-224XP PLC，通过PLC控制变频器来调节电机的转速，模拟风速变化，由电动机带动发电机和风车叶片转动，模拟风力发电。将发出的交流电通过整流器转化为24V直流电并存储到蓄电池中备用。相应地，逆变器又可以将整流出来的及蓄电池供给的24V电逆变为220交流电供负载使用，本装置中为灯泡。控制桌上的显示单元可实时显示发电电压、发电电流、充电电压、充电电流、逆变电压、逆变电流。另外，整流器还带有过压负载，当蓄电池充满电后，发出的电将自动被过压负载消耗掉，避免了对设备的损坏。在蓄电池未满时，过压负载不工作。

1.整流原理

在以大功率二极管或晶闸管为基础的两种基本类型的整流器中，电网的高压交流功率通过变压器变换为直流功率。提到未来(不久的或遥远的)的其它类型整流器：以不可控二极管前沿产品为基础的斩波器、斩波直流/直流变换器或电流源逆变型有源整流器。显然，这种最新型的整流器在技术上包含较多要开发的内容，但是它能显示出优点，例如它以非常小的谐波干扰和1的功率因数加载于电网。

二极管整流器

所有整流器类别中最简单的是二极管整流器。在最简单的形式中，二极管整流器不提供任何一种控制输出电流和电压数值的手段。为了适用于工业过程，输出值必须在一定范围内可以控制。通过应用机械的所谓有载抽头变换器可以完成这种控制。作为典型情况，有载抽头变换器在整流变压器的原边控制输入的交流电压，因此也就能够在一定范围内控制输出的直流值。通常有载抽头变换器与串联在整流器输出电路中的饱和电抗器结合使用。通过在电抗器中引入直流电流，使线路中产生一个可变的阻抗。因此，通过控制电抗器两端的电压降，输出值可以在比较窄的范围内控制。

晶闸管整流器

在设计上非常接近二极管整流器的是晶闸管整流器。因为晶闸管整流器的电参数是可控的，所以不需要有载抽头变换器和饱和电抗器。因为晶闸管整流器不包含运动部件，所以晶闸管整流器系统的维修减少了。注意到的一个优点是晶闸管整流器的调节速度较二极管整流器快。在过程特性的阶跃期间，晶闸管整流器常常调节很快，以致能够避免过电流。其结果是晶闸管系统的过载能力能够设计得比二极管系统小。

2.逆变原理

必须是一种逆变装置组成的才能叫逆变器，和变压器有直接区别，也就是说，他可以实现直流输入，然后输出交流，工作原理和开关电源一样，但震荡频率在一定范围内，比如如果这个频率为50HZ，输出则为交流50HZ。逆变器是可以改变其频率的设备。

逆变器是一种逆变设备，工作原理类似开关电源，也可以看作是一个变压设备，按照科学的说他的工作原理是如下：

通过一个震荡芯片，或者特定的电路，控制着震荡信号输出，比如输出50HZ信号，然后这个信号通过放大，推动MOS管(场效应管或晶体闸管)不断开关，这样直流电输入之后，经过这个MOS管的开关动作，就形成一定的交流特性，经过修正电路修正，就可以得到类似电网上的那种正弦波交流，然后送入一个变压器，这个变压器就是工频变压器，他是220V→24V的变压器，即输入220V的话输出就是24V，输入24V输出则为220V，其实就是一般的24V变压器。

然后变压器输出，输出后再送到稳压电路，保护电路，送给负载使用。

当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种风力发电整流逆变实验装置，包括控制桌和被控对象，其特征在于：所述被控对象包括实验支架，在所述支架上设有电动机，电动机同时连接发电机和风车叶片，所述电动机带动所述发电机和风车叶片运转。

2.根据权利要求1所述的风力发电整流逆变实验装置，其特征在于：所述电动机和风车叶片之间设置减速装置，所述减速装置包括固定在所述支架上的同轴安装的大、小皮带轮，其中大皮带轮与所述电动机的输出轴通过皮带连接，小皮带轮与所述风车叶片的转轴通过皮带连接。

3.根据权利要求1所述的风力发电整流逆变实验装置，其特征在于：还设有液压刹车系统，所述液压刹车系统包括液压油泵和液压油缸，PLC给出刹车信号，传给液压油泵，液压油泵控制液压油缸，液压油缸来控制电动机的运转；同时PLC发出控制信号，控制电动机的运转。

4.根据权利要求3所述的风力发电整流逆变实验装置，其特征在于：所述电动机连接变频器，由PLC控制所述变频器来调节电动机的转速。

5.根据权利要求1所述的风力发电整流逆变实验装置，其特征在于：所述发电机连接整流器，整流器连接负载，通过整流器将发电机发出的交流电转化为直流电供给负载。

6.根据权利要求5所述的风力发电整流逆变实验装置，其特征在于：所述整流器还连接逆变器，逆变器连接负载，通过逆变器将整流器发出的直流电转化为交流电供给负载。

7.根据权利要求6所述的风力发电整流逆变实验装置，其特征在于：所述整流器和逆变器之间还设有蓄电池。