CN86202334U

CN86202334U - 风力发电串式耦合装置

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Publication number: CN86202334U
Application number: CN198686202334U
Authority: CN
Inventors: 杨爱民
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-04-17
Filing date: 1986-04-17
Publication date: 1986-12-10

Abstract

风力发电串式耦合装置，涉及风力发电机组及其自动调节装置。本实用新型提供一种在主轴上串接多个发电机转子的发电装置，各个发电机分别经过开关元件在电气上并联耦合输出电功率，接在每个发电机输出端的开关元件由风力发电传感控制器控制。因而本实用新型发电机投入运行发电的个数或输出的电功率随风力的大小变化而相应变化，而电压参数的变化比较小。本实用新型对风速变化的适应范围很大，使发电装置对风能的利用率提高了一大步。

Description

本实用新型涉及发电装置，具体地涉及风力发电机组的自动调节装置。

通常的风力发电装置，由风动叶轮直接与发电机联动，向负载供电。由于自然界的风速经常变化，对风力发电机的运行产生了许多不良影响，风力过小风力发电机启动不了，风力过大风力发电机输出的电压过高，甚至只能被迫停机。对于上述问题。可以采取增加刹车机构或者采取自动限速，自动换档等方法来加以改进，但是不能从根本上解决问题。所以常规风力发电装置对风能的利用是很有限的。

本实用新型的目的首先在于提供一种对风速变化的适应范围很大，而电参数的变化较小的风力发电串式耦合装置。本实用新型的另一个目的在于提供风力发电传感控制器，用以调节风力发电机组的输出功率，提高风力发电装置对风能的利用率。

本实用新型采用了以下方式来实现：

（1）串式耦合装置包括有多个发电机，各发电机的转子串接在发电机组的主轴上；

（2）各发电机在电气上并联耦合；

（3）各发电机的一个输出端连在共公电源线上，另一个电源输出端与电源总输出线之间接有开关元件；

（4）设置风力发电传感控制器，各发电机电源输出端的开关元件受风力发电传感控制器的输出控制信号的控制。

本实用新型串接在发电机组主轴上的各个发电机接受由风力输入的力矩，并联输出电功率，各发电机的电源输出端的接通或断开受风力发电传感控制器的控制。因此风力较弱时只有较少几个发电机运行发电，即这几个发电机的电源输出端被接通而发电装置输出的功率较小；风力增大时大部分以至于全部发电机的电源输出端被接通，则发电装置输出的功率增大。由于采用电子线路的传感控制器，所以风力发电传感控制器对风速变化的反应灵敏而迅速，对发电装置的各发电机运行发电的调节准确而恰当。无论风力怎样地变化，风动叶轮或发电机组主轴的转速大体是恒定的，因此，发电装置所提供电流的电压、频率也是相应恒定的。

风力发电传感控制器产生与风力变化相应的电信号，输出控制各个发电机运行发电的控制信号。风力发电传感控制器可以采用风力传感电机作为信号源，控制发电机运行发电可以采用接在各发电机电源输出端的开关元件作为执行元件。风力发电传感控制器的电子线路可以采用包括信号变换和信号处理的多种不同电路，例如电压比较电路或者类似音响指示器的电平电路等等。与风力变化相应的电信号输入风力发电传感控制器，经过电子线路的变换和处理，变为与风力变化大体成正比的等级控制信号。不同等级的控制信号分别控制相对应的接在发电机输出端上的通断开关元件。

本实用新型风力发电串式耦合装置的功率适应范围增大，对于从微风到狂风都能够得到驱动转矩而利用风力输出电功率，使发电装置对风能的利用率大大地提高了一步；同时风力发电串式耦合装置的输出电压参数是基本恒定的，能够给用电设备或者用户提供比较稳定的电参数。

以下结合实施例对本实用新型作详细叙述，

图1为一种风力发电串式耦合装置的示意图。

图2为一种风力发电串式耦合装置的风力发电传感控制器原理的方框图。

图3为风力传感电机的示意图。

图4为频率－电压变换电路的示意图。

图5为信号处理－执行电路的示意图。

图6为发电机输出端连接固体开关的示意图。

参照图1，风力发电的机械和传动结构中包括风动叶轮［1］，机械装置齿轮箱［2］，塔架［4］，安装在塔架上的回转平台［5］及其定向翼［6］。风力发电串式耦合装置的发电组［20］和其主轴［3］与齿轮箱［2］连接，接受转动的力矩，发电机组的总电源输出线［11］与各发电机［21］、［22］、［23］、［24］、［25］、［26］、［27］、［28］的一个电源输出端连接，发电机的输出端与总电源输出线之间接入开关元件。这些开关元件由调节发电装置输出功率的风力发电传感控制器控制。采用继电器作开关元件时，继电器的触头［31］、［32］、［33］、［34］、［35］、［36］、［37］、［38］接在相应的各发电机电源输出端上，继电器的线圈［41］、［42］、［43］、［44］、［45］、［46］、［47］、［48］与风力发电传感控制器连接。

发电机组的主轴［3］垂直于水平面，即其轴线与铅垂线大体重合。各发电机的转子与主轴［3］固定连接并且它们的中心线都与主轴［3］的轴线重合。各发电机的一个输出端连在共公电源线上，另一个电源输出端分别经过开关元件与电源总引线［11］连接，各发电机在电气上并联耦合而输出功率。

当风动叶轮［1］转动时，驱动力通过传动机构传递到主轴［3］，使发电机组［20］运行发电。发电机组［20］通过串接在总电源输出线［11］上的功率输出控制器［13］而输出电力。为了适应用电设备或者用电户的需要，在共公电源线和总电源输出线［11］之间并联接有储能的蓄电池组［12］。

参见图1的中部，发电机组主轴［3］上串接的多个发电机的转子，是轴向串接的。当主轴［3］由风力驱动旋转时，各发电机转子同时旋转，由于风力发电传感控制器，按照风力的强弱变化，对发电机组［20］中投入运行发电的发电机单机个数的控制和调节，使得主轴［3］的发电负载始终与风动叶轮［1］的动力输入相适应，并且使风动叶轮［1］的转速和发电机组［20］的转速保持在设定的基本恒定的范围内。

参见图1的上部，风力发电传感控制器包括有安装了风力叶轮［7］的风力传感机［8］、传感电机的信号输送线［9］，信号变换和处理电路［10］以及执行控制信号的开关元件等。

风力信号变换和处理电路［10］有信号输入端和并联电阻R，电源 Vc输入端9，控制信号输出端1、2、3、4、5、6、7、8等。风力变化的信号由风力传感电机［8］发出。风力传感电机［8］和其风力叶轮［7］安装在迥转平台［5］或齿轮箱［2］的上部，其位置高度选取高于风动叶轮［1］的适当高度尺寸。当外界风力变化时，传感电机［8］输出与风力变化相应的电频率信号。风力大时，风力叶轮［7］的转速高，频率信号就增强；反之，风力小时，频率信号就减弱。风力信号变换和处理电路［10］，把频率信号变为相应地变化的控制信号，从而通过执行控制信号的开关元件控制各发电机运行发电或者空载。

风力发电串式耦合装置的塔架［4］高度、风力叶轮［1］、传动机构、电动机组［20］的功率和风力发电传感控制器的设计参数，可以根据使用风力发电装置地区风力的常年情况和其他有关数据来选定。根据不同地区情况，可以制造多种系列的产品。特别是发电装置功率参数可以超过常规风力发电机功率限制，而采用适当的数值。

参照图2，风力发电传感控制器是一种自动调节系统，风力变化的信号由风力传感电机发出，然后经过电子线路把频率信号变换成与外界风力相对应变化的电压信号，并且处理成为阶梯等级的电平控制信号。这些控制信号分别控制接在各发电机的输出端上的通断开关元件。电子线路输出的控制信号的变化与外界风力的变化大体成正比。

参照图3，风力传感电机可以采用一种交流发电机［8］，如图所示。发电机输出的交变电流信号频率，与发电机［8］的转速成正比，同时与风速、风力叶轮的转速成正比。

参照图4，频率－电压变换电路将电机［8］输入的频率信号变换成与风力变化相应的电压信号。电路的输入信号为Usr，经过电阻R₂、双向限幅用二极管D₁、D₂和变压器BL，来完成限幅作用，并将限幅后的脉冲信号输送给变压器的次级。变压器次级线路中的电容器C₃，二极管D₃，D₄将脉冲信号作倍压整流，电容 C₂，电阻R₃以及电容C₁、电阻R₁共同完成积分作用和滤波作用，然后将信号输入运算放大器放大，最后将连续变化的电信号Usc输出。

经过变换的电压信号Usc与风力变化大体成正比，然后送入信号处理电路，再处理为阶梯等级的控制信号去控制接在各个发电机电源输出端引线上的开关元件。

参照图5，信号处理－执行电路可以采用多种类似音响指示器的电平电路，并用微型继电器或固作开关作为执行负载，所用继电器的通断触头串接在发电机电源输出端的引线上。信号处理－执行电路也可以采用包括运算放大器的电压比较电路，如图5所示，电路的A接点连接频率－电压变换电路的输出端，并且在回路中串接有多个信号电阻R，电路的B接点接设定的标准比较电压的稳压源，并且也在回路中串接有多个比较电阻R，多个运算放大器将输入电压信号Usc与标准电压作比较。在具体应用中，标准设定电压的电压值可以取为最大风力时频率－电压变换电路的输出值Usc，运算放大器、信号电阻R和比较电阻R可以取为适当的级数，例如取为按1.2.3.4.5.6.7.8.9.10顺序排列的［51］、［52］、［53］、［54］、［55］、［56］、［57］、［58］、［59］、［60］十个等级的运算放大器及其相应的信号电阻R与比较电阻R。

线路中的电阻R可以取不同的设定值。当电阻R都取为相等的阻值，例如10K，上述比较电路中各运算放大器的翻转电平级差为总输入的1／10，此时A接点上的电压输入usc每升高一个设定的等分数值，就有一个运算放大器翻转并输出控制信号电平。

参照图6，采用固体开关［30］，例如CMOS固体开关，并且在运算放大器［50］与固体开关［30］之间接入非门元件［40］，可以代替图1所示的继电器触头［31］和线圈［41］等等，通过接点C和D将固体开关［30］串接在发电机电源输出端的回路中。

Claims

1、一种风力发电串式耦合装置，包括与风动叶轮[1]联动的主轴[3]、发电机组[20]、电源总输出线[11]和蓄电池组[12]，其特征在于所述主轴[3]上串接安装多个发电机的转子，所述发电机组[20]的各个发电机分别经过开关元件在电气上并联耦合，每个发电机的一个输出端连在公共电源线上而另一个输出端与电源总输出线[11]之间接有开关元件，开关元件的控制系统设有调节发电机组[20]运行发电的风力发电传感控制器。

2、如权利要求1所述的风力发电串式耦合装置，其特征在于所述主轴［3］的轴线与铅垂线大体重合。

3、如权利要求1所述的风力发电串式耦合装置，其特征在于所述风力发电传感控制器的信号源包括与风力叶轮［7］交连的风力传感电机［8］。

4、如权利要求1或3所述的风力发电串式耦合装置，其特征在于所述风力发电传感控制器包括接受风力传感电机［8］发出信号的频率－电压变换电路以及输出与风力变化大体成正比的控制信号的风力信号处理－执行电路。

5、如权利要求4所述的风力发电串式耦合装置，其特征在于所述风力信号处理－执行电路采用包括运算放大器的比较电路或者采用类似音响指示器的电平电路。