CN206458565U - 一种风力发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种风力发电系统，包括：风力发电机、变桨距执行机构、变桨距控制系统和保护装置；变桨距执行机构包括：伺服电机、滚珠丝杠、同步盘；变桨距控制系统包括增量编码器，增量编码器记录滚珠丝杠旋转圈数并转换成电信号，输出叶片桨距角；变桨距控制系统还包括风速仪，提供实时风速数据；保护装置包括振动开关、码盘和接近开关。本实用新型的风力发电系统解决了定桨距风力发电机无法变动桨距角的缺点，可控制叶片桨距角使其跟踪风速变化，通过对浆距角的控制可以对输出扭矩和发电功率进行控制，使机组保持最佳输出状态。

Description

一种风力发电系统

技术领域

本实用新型涉及风力发电领域。

背景技术

风能作为一种清洁的可再生能源，其蕴量巨大，取之不尽，用之不竭，越来越受到世界各国的重视。对于偏远或者网电未送达地区，因地制宜地利用风力发电，非常适合，大有可为。

目前，传统的小型水平轴风力发电机大部分采用定桨距方式。定桨距方式虽工艺简单，价格便宜，但因尖速比恒定，限速困难，另外无论是失速型的还是采用风速侧偏的定桨距风力机在额定风速以上时功率会急剧下降，这样对负载设备的冲击比较大，还会大大减少风力机的发电量。

实用新型内容

为解决上述现有的定桨距风力发电机的不足，本实用新型提出了一种风力发电系统，解决了定桨距风力发电机无法变动桨距角的缺点。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种风力发电系统，包括：风力发电机、变桨距执行机构、变桨距控制系统和保护装置；

变桨距执行机构包括：伺服电机、滚珠丝杠、同步盘；伺服电机安装在驱动电机座上，并与滚珠丝杠以星型联轴器连接，滚珠丝杠通过前轴承和后轴承固定在变桨距执行机构的轴向上；同步盘与滚珠丝杠螺母座刚性连接，并加以注油孔，配有油杯，同时同步盘跟随滚珠丝杠螺母座做轴向滑动；同步盘与拉杆一端通过转动销结构相连接，拉杆穿过变桨距执行机构底座上的贯通孔，该贯通孔限制拉杆在垂直方向上的移动，拉杆另一端与叶片外沿相连接，通过拉杆在水平方向上的位移调整叶片的浆距角；

变桨距控制系统包括增量编码器，增量编码器设置在变桨距执行机构的前端，其心轴与滚珠丝杠同轴连接，并以紧定螺钉限制其轴向位移，增量编码器记录滚珠丝杠旋转圈数并转换成电信号，输出叶片桨距角；

变桨距控制系统还包括风速仪，设置于风力发电机机舱顶，实时检测环境风速并转换成电信号，提供实时风速数据；

保护装置包括振动开关、码盘和接近开关；振动开关安装在风力发电机机舱，输出报警信号；码盘设置在风力发电机主轴上，与主轴同步旋转；接近开关安装在码盘与风力发电机之间，用于检测码盘上的圆孔的增量变化，码盘上的圆孔的增量变化与发电机转速成正比，接近开关输出风力发电机转速数据。

可选地，所述风力发电机采用直驱同步永磁发电机，该直驱同步永磁发电机为水平轴结构，风机叶片采用三叶片、下风向结构。

可选地，所述变桨距执行机构的数量是三套，每套变桨距执行机构对每个叶片进行单独控制。

可选地，所述变桨距执行机构的数量是一套，通过联动机构将拉杆与三个叶片相连接，实现三个叶片的同步控制。

本实用新型的有益效果是：

(1)通过对浆距角的控制可以对输出扭矩和发电功率进行控制，使机组保持最佳输出状态；

(2)风力发电系统在达到额定风速后，其对整机系统也具有保护措施，能够防止其他相关设备因过压过流而造成损坏。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一种风力发电系统的结构示意图；

图2为本实用新型的变桨距执行机构的结构图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

为解决现有的定桨距风力发电机无法变动桨距角的缺点，本实用新型提出了一种风力发电系统，可控制叶片桨距角使其跟踪风速变化，对输出扭矩和发电功率进行控制，使机组保持最佳功率输出。

如图1所示，本实用新型的风力发电系统，包括风力发电机，风力发电机采用直驱同步永磁发电机，该直驱同步永磁发电机为水平轴结构，风机叶片采用三叶片、下风向结构。

本实用新型的风力发电系统还包括变桨距执行机构和变桨距控制系统，变桨距执行机构安装在叶片前方，用于调节叶片桨距角；变桨距控制系统反馈实时风速数据和叶片浆距角数据。

如图2所示，本实用新型的变桨距执行机构安装在风力发电机叶片前端，用于调节叶片桨距角；变桨距执行机构包括：伺服电机11、滚珠丝杠6、同步盘3。伺服电机11安装在驱动电机座9上，并与滚珠丝杠6以星型联轴器8连接，滚珠丝杠6通过前轴承2和后轴承7固定在变桨距执行机构的轴向上；同步盘3与滚珠丝杠螺母座5刚性连接，并加以注油孔，配有M10油杯，同时同步盘3跟随滚珠丝杠螺母座5做轴向滑动；同步盘3与拉杆4一端通过转动销结构相连接，拉杆4穿过变桨距执行机构底座10上的贯通孔，该贯通孔限制拉杆4在垂直方向上的移动，拉杆4另一端与叶片12外沿相连接，通过拉杆4在水平方向上的位移调整叶片12的浆距角。本实用新型的变桨距执行机构还包括前端的固定罩1。

伺服电机的转动可以精确控制，滚珠丝杠的螺距是固定值，通过精确控制伺服电机的转动角度可以精确控制丝杠螺母座5的轴向位移，由于同步盘3与滚珠丝杠螺母座5刚性连接，同步盘3与拉杆4一端通过销轴结构相连接，因此，拉杆4的轴向位移(即水平位移)可以精确控制，而拉杆4又与叶片外沿相连接，进而可以实现叶片角度的调整。

本实用新型的风力发电系统的变桨距执行机构能够精确调整叶片浆距角，提高风力发电机发电效率。

风力发电机叶片采用三叶片、下风向结构，对于大功率风力发电机，变桨距执行机构的数量可以是三套，每套变桨距执行机构对每个叶片进行单独控制；对于小功率风力发电机，变桨距执行机构的数量可以是一套，通过联动机构将拉杆与三个叶片相连接，实现三个叶片的同步控制。

变桨距控制系统包括增量编码器13，增量编码器13设置在变桨距执行机构的前端，其心轴与滚珠丝杠6同轴连接，并以紧定螺钉限制其轴向位移，增量编码器13记录滚珠丝杠旋转圈数并转换成电信号，对叶片桨距角进行精确反馈。

变桨距控制系统还包括风速仪，设置于风力发电机机舱顶，实时检测环境风速并转换成电信号，提供实时风速数据。

通过本实用新型的上述电动变桨距风力发电系统，控制中心的操作人员能够获取实时风速数据，操作人员可以根据实时风速对叶片浆距角进行调整，并通过增量编码器获取精确的叶片浆距角数据。

本实用新型的风力发电系统还包括保护装置，该保护装置包括振动开关、码盘和接近开关。码盘设置在风力发电机主轴上，与主轴同步旋转；接近开关安装在码盘与风力发电机之间，用于检测码盘上的圆孔的增量变化，码盘上的圆孔的增量变化与发电机转速成正比，从而接近开关将风力发电机转速转换成电信号传送给控制中心。当风力机组发电机转速超过转速安全值，控制中心操作人员控制风力发电系统停机。

为防止风力发电机剧烈抖动带来的安全隐患，本实用新型的风力发电系统在风力发电机机舱安装振动开关，当风机剧烈振动时振动开关输出报警信号到控制中心，控制中心操作人员对系统整机进行保护。

本实用新型的电动变桨距风力发电系统解决了定桨距风力发电机无法变动桨距角的缺点，可控制叶片桨距角使其跟踪风速变化，通过对浆距角的控制可以对输出扭矩和发电功率进行控制，使机组保持最佳输出状态。风力发电系统在达到额定风速后除了能稳定风力机组的输出功率外，其对整机系统也具有保护作用，能够防止其他相关设备因过压过流而造成损坏。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种风力发电系统，其特征在于，包括：风力发电机、变桨距执行机构、变桨距控制系统和保护装置；

变桨距执行机构包括：伺服电机、滚珠丝杠、同步盘；伺服电机安装在驱动电机座上，并与滚珠丝杠以星型联轴器连接，滚珠丝杠通过前轴承和后轴承固定在变桨距执行机构的轴向上；同步盘与滚珠丝杠螺母座刚性连接，并加以注油孔，配有油杯，同时同步盘跟随滚珠丝杠螺母座做轴向滑动；同步盘与拉杆一端通过转动销结构相连接，拉杆穿过变桨距执行机构底座上的贯通孔，该贯通孔限制拉杆在垂直方向上的移动，拉杆另一端与叶片外沿相连接，通过拉杆在水平方向上的位移调整叶片的浆距角；

变桨距控制系统包括增量编码器，增量编码器设置在变桨距执行机构的前端，其心轴与滚珠丝杠同轴连接，并以紧定螺钉限制其轴向位移，增量编码器记录滚珠丝杠旋转圈数并转换成电信号，输出叶片桨距角；

变桨距控制系统还包括风速仪，设置于风力发电机机舱顶，实时检测环境风速并转换成电信号，提供实时风速数据；

保护装置包括振动开关、码盘和接近开关；振动开关安装在风力发电机机舱，输出报警信号；码盘设置在风力发电机主轴上，与主轴同步旋转；接近开关安装在码盘与风力发电机之间，用于检测码盘上的圆孔的增量变化，码盘上的圆孔的增量变化与发电机转速成正比，接近开关输出风力发电机转速数据。

2.如权利要求1所述的一种风力发电系统，其特征在于，所述风力发电机采用直驱同步永磁发电机，该直驱同步永磁发电机为水平轴结构，风机叶片采用三叶片、下风向结构。

3.如权利要求2所述的一种风力发电系统，其特征在于，所述变桨距执行机构的数量是三套，每套变桨距执行机构对每个叶片进行单独控制。

4.如权利要求2所述的一种风力发电系统，其特征在于，所述变桨距执行机构的数量是一套，通过联动机构将拉杆与三个叶片相连接，实现三个叶片的同步控制。