CN202732233U - 一种可变速比的风力发电机组 - Google Patents

一种可变速比的风力发电机组 Download PDF

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Abstract

一种可变速比的风力发电机组，属于风力发电技术领域。包括塔筒、风轮、机舱及置于机舱内的发电机，所述发电机通过联轴器连接带有调速装置的增速箱第二输出轴，增速箱的第一输入轴端连接风轮，发电机的定子与电网直接连接。本实用新型采用具有调速装置的变速箱直接连接风轮和发电机联轴器，根据输入转速的不同，通过调速装置的差动电机提供动力使电机轮转动，通过行星轮与太阳轮和差动轮的啮合传动，调节传动比，它可以根据要求增大或减小增速比，从而达到改变太阳轮的转速效果，使输出轴转速达到发电机转速要求。本实用新型还可以用于风力发电机调速技术领域。

Description

一种可变速比的风力发电机组
    技术领域
本发明属于风力发电技术领域，特别是涉及一种可变速比的风力发电机组。
背景技术
风力发电机组目前应用广泛，但由于风速的不稳定，造成由桨叶和轮毂组成的风轮转速是不稳定的。使得发电机输出的频率不稳定，无法直接将发电机并入电网。为了使这个问题得到解决，大多发电机组都采用变流装置，使发电机的频率与电网的频率解耦，实现机组向电网输送恒定频率的电能。传统机组通过转子与变流器连接，机组发出来的电能是通过变流器后直接并入电网的，风轮转速对传统双馈发电机并网影响较大，双馈发电机的转子和变流器相连，风轮转速较低时，双馈发电机的耗电较大且变流器也不允许，所以只有在发出的交流电的频率等参数和电网规定值相符时才可以并网发电，对发电机转速有一定要求。
发明内容
针对上述存在的技术问题，本发明提供一种可变速比的风力发电机组。它采用具有调速装置的变速箱，使风轮输入变化的转速在调速装置的调节下输出恒定转速。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种可变速比的风力发电机组，包括塔筒、风轮、机舱及置于机舱内的发电机，所述发电机通过联轴器连接带有调速装置的增速箱第二输出轴，增速箱的第一输入轴端连接风轮，发电机的定子与电网直接连接。
所述调速装置包括：
第二输入轴，连接增速箱第一输出轴；
第二输出轴，与第二输入轴轴心相同，通过联轴器连接发电机的第一输入轴端；
太阳轮，安装于所述第二输出轴上；
差动轮，为带有内齿和外齿的齿轮，安装在第二输入轴上，固定在差动轮架上，差动轮架通过轴承安装在第二输入轴端的行星轮架上，与太阳轮同轴心，所述差动轮分别与电机轮和行星轮啮合，且与电机轮和与行星轮之间具有不同的传动比； 
行星轮，至少为一个，均匀分布于太阳轮和差动轮之间，分别与太阳轮和差动轮啮合；行星轮通过其转轴安装在行星轮架上，行星轮架通过轴承安装在第二输入轴上；
电机轮，与差动电机输出轴连接，并与差动轮外齿圈啮合；
外框架，与第二输入轴、第二输出轴端通过轴承连接，并分别连接电机轮外壳和发电机组增速箱；
第二输入轴、第二输出轴和差动电机输出轴上均设有速度传感器，差动电机及各速度传感器分别与发电机组的控制器连接。
所述行星轮为为多个时，沿圆周均布，分别通过其转轴安装在行星轮架上。所述增速箱第一输入轴和风轮间连接有主轴。
本发明的有益效果：
本发明采用具有调速装置的变速箱直接连接风轮和发电机联轴器，节省空间，传动稳定。根据输入转速的不同，通过调速装置的差动电机提供动力使电机轮转动，通过行星轮与太阳轮和差动轮的啮合传动，调节传动比，它可以根据要求增大或减小增速比，从而达到改变太阳轮的转速效果，使输出轴转速达到发电机转速要求。本发明还可以用于风力发电机调速技术领域。本发明可以极大的缩短传动链长度，节省风机内部空间，扭矩传动稳定，并且简化主轴承的装配，降低制造成本。
本发明带有差动技术的可变速比的调速装置，其电能质量好，对电网没有高次谐波干扰；电网故障时对电网的支撑能力强，不存在低电压穿越问题；风力发电机系统可靠性高，风机内部结构简单，成本低。其调速装置具有机械自动调节功能，改变增速箱最终的输出转速，可以拥有自动调节速比的功能。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1中调速装置的结构示意图。
图3为图2的传动示意图。
图4为图2中行星轮传动示意图。
图5为本发明另一个实施例的结构示意图。
图中：1、风轮，2、发电机，3、增速箱，31.第一输入轴，32.第一输出轴，4、调速装置， 41、第二输入轴，42、太阳轮，43、行星轮，431、行星轮架，432、转轴，44、差动轮，441、差动轮架，45、电机轮，451、电机轮外壳，46、差动电机，47、第二输出轴，48、外框架，5、联轴器，6.主轴。
具体实施方式
下面结合附图和实施例具体描述本发明。
实施例1：如图1所示，本发明包括塔筒、风轮1、机舱及置于机舱内的发电机2，所述发电机2通过联轴器5连接带有调速装置4的增速箱3第二输出轴47，增速箱的第一输入轴31端连接风轮1，第一输出轴32连接调速装置4的第二输入轴41，发电机2的定子与电网直接连接。
如图2-图4所示，本发明中采用的调速装置4包括：
第二输入轴41，连接增速箱3第一输出轴32；
第二输出轴47，与第二输入轴41轴心相同，通过联轴器5连接发电机2的第一输入轴31端；
太阳轮42，安装于所述第二输出轴47上；
差动轮44，为带有内齿和外齿的齿轮，安装在第二输入轴41上，固定在差动轮架441上，差动轮架441通过轴承安装在第二输入轴41端的行星轮架431上，与太阳轮42同轴心，所述差动轮44分别与电机轮45和行星轮43啮合，且与电机轮45和与行星轮43之间具有不同的传动比； 
行星轮43，至少为一个（本例为三个），具体数量根据变速箱输出转速以及本发明调速装置第二输出轴47最终输出转速的传动比决定，均匀分布于太阳轮42和差动轮44之间，分别与太阳轮42和差动轮44啮合；行星轮43通过其转轴432安装在行星轮架431上，行星轮架431通过轴承安装在第二输入轴41上；
电机轮45，与差动电机46输出轴连接，并与差动轮44外齿圈啮合；
外框架，与第二输入轴41、第二输出轴47端通过轴承连接，并分别连接电机轮外壳和发电机组增速箱； 
第二输入轴41、第二输出轴47和差动电机46输出轴上均设有速度传感器，差动电机46及各速度传感器分别与发电机组的控制器连接。电机轮45的动力依靠差动电机46提供，控制器根据检测的速度控制差动电机46正转速度、反转速度及停止转送的命令。
本发明中调速装置的工作原理：发电机组的增速箱第一输出轴32连接第二输入轴41旋转，带动行星轮43转动，行星轮43围绕太阳轮42啮合公转，同时自转带动太阳轮42转动，行星轮43自转和太阳轮42有调节传动比和改变转速效果，差动电机46提供动力使电机轮45转动，电机轮45啮合差动轮44，差动轮44啮合行星轮43，经过两次传动比增大太阳轮42的转速，使第二输出轴47转速达到发电机转速要求。当第二输入轴41的转速发生变化，转速增大或者减小，各速度传感器检测转速的变化，反馈给控制器，控制器通过计算输出命令使差动电机46转动，补偿外部驱动端与第二输出轴47之间的速度差。当第二输入轴41端的转速低于第二输出轴47的设定转速时，本发明的差动电机46按增加转速的方向旋转，从电网上吸收能量。当第二输入轴41端转速高于第二输出轴47特定转速时，差动电机46按减小转速的方向旋转，这时，差动电机46通过本发明的调速装置向电网回馈能量。通过调节控制原理，使本发明的调速装置的输出转速在第二输入轴41变化速度时保证第二输出轴47的转速恒定。
本发明工作原理：风轮1经过风力吹动旋转，产生扭矩，连接变速箱3的第一输入轴31，并且通过第一输入轴31传递转速和扭矩，第一输入轴31连接增速箱3，增速箱3有增速作用，使输出转速提高，增速箱3的第一输出轴32连接调速装置4，由于风力的不稳定导致风机的输入转速也在不断变化，所以调速装置4可以根据增速箱3的输出转速的不同自动调节，使调速装置4的最终输出转速保持恒定（即同步发电机2的额定发电转速），调速装置4和发电机2之间由联轴器5连接，最终完成整个传动，使同步发电机2可以脱离传统变流装置而直接并网发电。
本发明不仅适用风机调速，也适用于其他期望将输入变化转速转换成恒定转速的应用场合。
实施例2：如图5所示，本例与实施例不同的是：是在实施例1中增速箱3第一输入轴31和风轮1间连接有主轴6，通过主轴传递动力给增速箱3，同样可以达到本发明的技术效果。

Claims (4)

1.一种可变速比的风力发电机组，包括塔筒、风轮、机舱及置于机舱内的发电机，其特征在于：所述发电机通过联轴器连接带有调速装置的增速箱第二输出轴，增速箱的第一输入轴端连接风轮，发电机的定子与电网直接连接。
2.根据权利要求1所述的可变速比的风力发电机组，其特征在于：所述调速装置包括：
第二输入轴，连接增速箱第一输出轴；
第二输出轴，与第二输入轴轴心相同，通过联轴器连接发电机的第一输入轴端；
太阳轮，安装于所述第二输出轴上；
差动轮，为带有内齿和外齿的齿轮，安装在第二输入轴上，固定在差动轮架上，差动轮架通过轴承安装在第二输入轴端的行星轮架上，与太阳轮同轴心，所述差动轮分别与电机轮和行星轮啮合，且与电机轮和与行星轮之间具有不同的传动比； 
行星轮，至少为一个，均匀分布于太阳轮和差动轮之间，分别与太阳轮和差动轮啮合；行星轮通过其转轴安装在行星轮架上，行星轮架通过轴承安装在第二输入轴上；
电机轮，与差动电机输出轴连接，并与差动轮外齿圈啮合；
外框架，与第二输入轴、第二输出轴端通过轴承连接，并分别连接电机轮外壳和发电机组增速箱；
第二输入轴、第二输出轴和差动电机输出轴上均设有速度传感器，差动电机及各速度传感器分别与发电机组的控制器连接。
3.根据权利要求2所述可变速比的风力发电机组，其特征在于：所述行星轮为为多个时，沿圆周均布，分别通过其转轴安装在行星轮架上。
4.根据权利要求1所述可变速比的风力发电机组，其特征在于：所述增速箱第一输入轴和风轮间连接有主轴。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN105276145A (zh) * 2015-10-29 2016-01-27 重庆永进重型机械成套设备有限责任公司 一种燃气发电机齿轮箱
CN105736246A (zh) * 2016-04-22 2016-07-06 陈书香 一种用于车辆的风能发电系统
CN115355295A (zh) * 2022-08-16 2022-11-18 上海电气风电集团股份有限公司 风力发电机组的传动链、风力发电机组及单叶片盘车方法

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