TW202341598A - 節能無刷微動能發電裝置與市電電源裝置的並聯控制系統 - Google Patents

節能無刷微動能發電裝置與市電電源裝置的並聯控制系統 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種節能無刷微動能發電裝置與市電電源裝置並聯的控制系統，通過控制系統對負載端實際功率消耗的狀況進行檢測，使得本發明的控制系統可以根據負載端的功率消耗來驅動開關器選擇節能無刷微動能發電裝置或是市電電源裝置進行供電，藉以使得用戶能夠達到節能的效果。

Description

節能無刷微動能發電裝置與市電電源裝置的並聯控制系統
本發明涉及一種發電機裝置操作及控制領域，更具體的說，是涉及一種節能無刷微動能發電裝置與市電電源裝置並聯的控制系統，其中，並聯控制系統可以根據負載端的功率消耗來驅動開關器選擇節能無刷微動能發電裝置或是市電電源裝置進行供電，藉以使得用戶能夠達到節能的效果。
目前，能源和環境危機隨著市場需求增加，已經逐漸影響人類持續發展的重要問題，可再生能源的利用是解決這一問題的根本途徑。隨著太陽能發電、風力發電等可再生能源發電科技的成熟，越來越多的可再生能源發電系統以分散式形式接入電網，滿足人們日常生產、生活用電的需求。以風電和太陽能發電為主的發電系統作為區域性供電模式的補及，代表著電力系統新的發展方向。目前的家用電力供應系統，是由電力供應機關的電力設備所提供的，太陽能發電和風力發電這兩種綠色能源，則須透過逆變器系統轉換成AC電源後，再提供給家用電產品來使用，整體安裝成本高，家用普及化相對就不高。
隨著新能源發電科技的發展，獨立發電系統越來越多地採用風能、太陽能等新能源發電裝置與傳統市電並聯供電，來提高發電經濟性、減少環境污染、增強偏遠地區供電自給能力。然而在獨立發電系統與市電並聯供電時，要如何精準地控制切換的時機，是一個需要解決的問題。
此外，在考慮到節能減碳的趨勢下，有可能造成傳統市電的供應成本大幅度增加的風險，也因此需要有一個控制系統，能夠整合各種綠色能源與傳統市電並聯的控制系統。
根據現有技術的需要，本發明的主要目的是提供一種節能無刷微動能發電裝置與市電電源裝置並聯控制系統，此並聯控制系統是由雙電源開關器的第一端將節能無刷微動能發電裝置與市電電源裝置並聯連接，而雙電源開關器的第二端連接至負載端，其特徵在於: 控制模組是由控制裝置、記憶裝置及調速器所組成，其中，控制裝置的第一端是與雙電源開關器的第三端連接；控制裝置的第二端是與負載端連接；控制裝置的第三端是與記憶裝置連接；以及控制裝置的第四端是與調速器連接，而調速器的另一端是與節能無刷微動能發電裝置的輸入電源連接，其中，調速器根據負載端的功率消耗情形來調整節能無刷微動能發電裝置的輸入電源功率。
在本發明較佳的實施例中，雙電源開關器中具有一個切換端，且切換端是與控制裝置電性連接。
在本發明較佳的實施例中，節能無刷微動能發電裝置是由多個單機模組無刷微動能發電機串接所組成。
在本發明較佳的實施例中，是通過一個旋轉軸將多個單機模組無刷微動能發電機串接所組成。
在本發明較佳的實施例中，單機模組無刷微動能發電機包括:一個定子鐵芯及一對間隔相鄰配置於定子鐵芯兩側面的第一轉子及第二轉子所組成，第一轉子及第二轉子是通過一個連接裝置固接在定子鐵芯的兩側邊。
在本發明較佳的實施例中，調速器是用以調節節能無刷微動能發電裝置中第一轉子及第二轉子的轉速。
在本發明較佳的實施例中，定子鐵芯為中空的圓盤體並在中空週邊的圓盤體的兩側面各配置有多個間隔相鄰的定位槽，以及將一個高反電動勢繞組配置在定位槽上。
在本發明較佳的實施例中，高反電動勢繞組繞線組上的線圈級數為24級。
在本發明較佳的實施例中，第一轉子及第二轉子上的永磁體均為16級。
在本發明較佳的實施例中，節能無刷微動能發電裝置中，進一步配置一個勵磁裝置，用於調節節能無刷微動能發電裝置的勵磁電流。
接著，本發明還有另一目的，是提供一種並聯控制系統，是由控制模組將儲能電池組、節能無刷微動能發電裝置、市電電源裝置並聯所組成，並通過雙電源開關器提供負載端所需的功率，其特徵在於：控制模組是由控制裝置、記憶裝置及逆變器裝置所組成，其中，控制裝置的第一端是與雙電源開關器的一端連接；控制裝置的第二端是與負載端連接；控制裝置的第三端是與記憶裝置連接；控制裝置的第四端是與雙電源開關器連接；以及控制裝置的第五端是與逆變器裝置的一端連接；其中，逆變器裝置的另一端是與節能無刷微動能發電裝置及儲能電池組的輸出端連接；雙電源開關器進一步與市電電源裝置、逆變器裝置的輸出端連接；其中，逆變器裝置根據負載端的功率需求將節能無刷微動能發電裝置或是儲能電池組的直流輸入電源通過升壓電路來調整至與市電電源裝置一致的功率。
在本發明較佳的實施例中，儲能電池組是一種太陽能板的儲能模組或是一種磷酸鐵鋰電池所形成的儲能電池組。
在本發明較佳的實施例中，節能無刷微動能發電裝置是由多個單機模組無刷微動能發電機串接所組成。
根據上述的說明，本發明的並聯控制系統可以根據負載端的功率消耗來驅動開關器選擇節能無刷微動能發電裝置或是市電電源裝置進行供電，藉以使得用戶能夠達到節能的效果。
同時，通過本發明的並聯控制系統可以除了可以節省使用市電電源裝置的電費外，還可以大幅度的增加並聯控制系統的穩定度及妥善率。
本發明所揭露的節能無刷微動能發電裝置可以在僅需提供少量電力，就能產生總和倍數以上的電力出來。特別是本發明還可以通過結構上的彈性設計，可以形成一種電源倍增節能系統(Energy saving of power multiplication system，ESPMS) ，此種電源倍增節能系統(ESPMS)可應用於各類高用電量產品上，例如：電動汽車、家用供應電、工業用電等。
為了使本發明所屬技術領域者充分瞭解其技術內容，於此提供相關之實施方式與其實施例來加以說明。此外，在閱讀本發明所提供之實施方式時，請同時參閱圖式及如下的說明書內容，其中，圖式中各組成元件之形狀與相對之大小僅是用以輔助瞭解本實施方式之內容，並非用於限制各組成元件之形狀與相對之大小，以此先行說明。此外，本發明在不同實施例中所述的元件或是裝置是以相同號碼表示時，即代表具有相同的結構及功能。以及，本發明所述的「微動能發電機」是指可通過少量的電能輸入就能利用轉子永磁體磁能和定子繞組之間的配置，可以具體實現磁能與機械能的轉化，產生較多電能的輸出。
請參閱圖1，為本發明的一種節能無刷微動能發電裝置與市電電源裝置並聯控制系統的系統架構示意圖。如圖1所示，本發明的節能無刷微動能發電裝置與市電電源裝置並聯控制系統10包含：雙電源開關器140是具有兩個輸入端，分別與市電電源裝置110及節能無刷微動能發電裝置120以並聯方式連接，其中，節能無刷微動能發電裝置120的輸入端是外接一個直流(DC)電源，例如: 外接一個由市電電源轉換成的直流電源，而市電電源裝置110可以是通過電力輸配線饋入至雙電源開關器140的輸入端。此外，雙電源開關器140的輸出端則是與一個負載端100連接，而雙電源開關器140還具有一個切換端(未顯示於圖中)，是與控制模組130中的控制裝置131電性連接。
接著，在本發明的節能無刷微動能發電裝置與市電電源裝置並聯控制系統10中的控制模組130是由控制裝置131、記憶裝置133及調速器135所組成，其中，控制裝置131的第一端是與負載端100連接，用以偵測並記錄負載端100的功率消耗情形。記憶裝置133是與控制裝置131的第二端連接，用以紀錄並儲存控制裝置131偵測到的負載端100的功率消耗值。以及，調速器135的一端是與控制裝置131的第三端連接，而調速器135的另一端是與節能無刷微動能發電裝置120的輸入電源連接，其中，調速器135可以根據負載端100的功率消耗情形來調整節能無刷微動能發電裝置120的輸入電源功率，以確保節能無刷微動能發電裝置120能夠提供負載端100所需的功率，例如:調速器135用於調節節能無刷微動能發電裝置120中第一轉子212-1及第二轉子212-2的轉速，使節能無刷微動能發電裝置120的輸出功率達到所須的轉速頻率。此外，在本發明中，還可以在節能無刷微動能發電裝置120中，配置一種勵磁裝置(未顯示於圖中)，用於調節節能無刷微動能發電裝置120的勵磁電流。至於節能無刷微動能發電裝置與市電電源裝置並聯控制系統10的詳細操作過程，將在圖4的流程圖中說明。
再接著，請參考圖2，是本發明的一種單機模組無刷微動能發電機的結構爆炸示意圖。如圖2所示，本發明的單機模組無刷微動能發電機200，是由一個定子鐵芯205及一對間隔相鄰配置於定子鐵芯205兩側面的第一轉子212-1及第二轉子212-2所組成，其中，第一轉子212-1及第二轉子212-2是通過一個連接裝置210固接在定子鐵芯205的兩側邊。
在本發明的單機模組無刷微動能發電機200實施例中，定子鐵芯205為一個中空的圓盤體211，並且是固接在外殼201中。定子鐵芯205是採用矽鋼片疊壓而成，並在中空周邊的圓盤體211的兩側面上，各配置有多個間隔相鄰的定位槽213。其中，通過本發明的定子鐵芯205所設計的矽鋼片結構，增加了散熱空間並提高了散熱效益。接著，將一對形狀、構造與定子鐵芯205上的定位槽213相同的線圈固定絕緣套222-1及線圈固定絕緣套222-2相應配置在定子鐵芯205的圓盤體211兩側的定位槽213上，並使定子鐵芯205上的圓盤體211與線圈固定絕緣套222-1及線圈固定絕緣套222-2結合成一體，其中，線圈固定絕緣套222-1及線圈固定絕緣套222-2可以選擇使用絕緣材料即可。接著，將一個高反電動勢繞組所形成的具有多個線圈級數的繞線組214分別配置在線圈固定絕緣套222-1及線圈固定絕緣套222-2上，其中，多個線圈級數的繞線組214中的每一個線圈匝是相應並固定在具有絕緣套的定位槽213上。接著，相鄰配置在定子鐵芯205兩側的第一轉子212-1及第二轉子212-2，是只在相鄰於高反電動勢繞組所形成的多個線圈級數的繞線組214的一個側面上，配置有多個間隔的永磁體(未顯示於圖4)，其中，配置在線圈固定絕緣套222-1及線圈固定絕緣套222-2上的高反電動勢繞組繞線組214為24級，而第一轉子212-1及第二轉子212-2上的永磁體均為16級。
接著，提供一個連接裝置210，用以將連接裝置210的第一端通過或是貫穿定子鐵芯205的中空部位，並且不會與定子鐵芯205接觸。其中，接裝置210為一個具有兩端的空心柱體，第一轉子212-1固接在接裝置210的第一端上，而第二轉子212-2是固接在接裝置210的第二端上，使得第一轉子212-1及第二轉子212-2配置在定子鐵芯205的兩側，其中，第一轉子212-1與第二轉子212-2固接在接裝置210的方式是與前述目的相同，不再贅述之。最後，在外殼1的兩側邊分別與第一側蓋215及第二側蓋216固接成一體，其中，所述第一側蓋215的中心區域配置有通孔251且所述通孔251與連接裝置210的第一端的中空開口部位相對應，而第二側蓋216的中心區域配置有通孔261，且通孔261與連接裝置210的第二端的中空開口部位相對應。
同樣的，在本發明的單機模組無刷微動能發電機200的實施例中，是在第一側蓋215或是第二側蓋216的中心區域分別配置一個培林軸承250或是培林軸承260。培林軸承250及培林軸承260的中心具有通孔251及通孔261，其中，第一側蓋215的通孔251是與連接裝置210的第一端的中空開口部位相對應，而第二側蓋216的通孔261是與連接裝置210的第二端的中空開口部位相對應。而選擇在第一側蓋215或是第二側蓋216上配置培林軸承250或是培林軸承260之目的，是與前述目的相同，不在贅述之。此外，在單機模組的無刷微動能發電200運作時，可以進一步配置一個旋轉軸203，用以貫穿連接裝置210的中空部，並固接在連接裝置210上。其中，固接方式可以選擇使用一種的鎖固件，例如:一種螺絲。
接著，在本發明的單機模組無刷微動能發電機200構造中，是進一步在定子鐵芯205中的圓盤體211兩個面均配置有24級的高反電動勢繞組214，使得單機模組無刷微動能發電200可以較一般定子鐵芯只在圓盤體214的一側邊上配置高反電動勢繞組繞線組的發電效果更好或是更高。
接著，請參考圖3，是本發明的節能無刷微動能發電裝置的示意圖。如圖3所示，本發明的節能無刷微動能發電機裝置120，是由圖2中的單機模組無刷微動能發電機200所組成。其中，當單機模組無刷微動能發電機200中的定子鐵芯205上的繞線組214與輸入電源連接時，即可作為節能無刷微動能發電裝置120的單機輸入模組1210，而當單機模組無刷微動能發電機200中的定子鐵芯205上的繞線組214與負載端100連接時，即可作為節能無刷微動能發電裝置120的單機輸出模組1220。在本發明的節能無刷微動能發電裝置120的實施例中，是使用旋轉軸203將一個單機輸入模組1210與至少一個單機輸出模組1220串聯(cascade)連接。而在一較佳實施例中，是選擇使用一個單機輸入模組1210，並在單機輸入模組1210的相鄰兩側邊上，分別配置一個單機輸出模組，例如: 相鄰的左側邊配置一個單機輸出模組1220，而在相鄰的右側邊配置一個單機輸出模組1230，之後，使用一個旋轉軸203通過每一個單機輸出模組上的通孔1251將三個單機輸出模組串聯(cascade)連接成一體。當單機輸入模組1210中的定子鐵心205接上電源後，就會驅單機輸入模組1210中的轉子212-1與轉子212-2轉動。接著，通過旋轉軸203的連接，進一步帶動單機輸出模組1220及單機輸出模組1230中的轉子212-1和轉子212-2轉動。最後，由單機輸出模組1230上的定子鐵心205及單機輸出模組1230上的定子鐵心205產生輸出功率。
如圖3所示，在完成串聯後，以同樣的電壓源輸入條件，經過量測，可以得到的輸出效益達到1.92倍，如下表所示。
輸入電壓(DC )/電流(A) 輸出電壓(DC )/電流(A) 輸出效益(Pt/Pi)
單機模組發電機組(1210): VDC=71.9伏特 I=10,1 安培 輸入功率 (Pi)= 720 w 單機模組發電機組(1220): VDC=94.2伏特 I=7.2安培 模組1 出功率(Po1)=678 w 1.92
單機模組發電機組(1230): VDC=94.8伏特 I=7.4 安培 模組2 出功率(Po1)=701.5 w
總輸出功率 Pt=Po1+Po2=1380 w
通過上述的說明，本發明的節能無刷微動能發電裝置120可以在僅需提供少量電力，就能產生總和倍數以上的電力出來。特別是本發明還可以通過結構上的彈性設計，進一步通過旋轉軸203來將串接多個單機輸出模組時，就可以形成一種電源倍增節能系統(Energy saving of power multiplication system，ESPMS)。此種電源倍增節能系統(ESPMS)可應用於各類高用電量產品上，例如：電動汽車、家用供應電、工業用電等。
接著，請參考圖4，是本發明的節能無刷微動能發電裝置與市電電源裝置並聯控制系統的控制流程示意圖。在圖4的控制流程中，是以節能無刷微動能發電裝置120所能提供的輸出功率作為控制參數，其中，P1為節能無刷微動能發電裝置120最大輸出功率，因此，本發明是根據檢測出負載端100消耗功率值的大小，來做為切換節能無刷微動能發電裝置120或是市電電源裝置110的依據，例如:當控制模組130中的控制裝置131檢測出負載端100的消耗功率值小於P1時，代表節能無刷微動能發電裝置120能夠供應負載端100的功率消耗，因此，控制裝置131會驅動雙電源切換控制器140從市電電源裝置110切換至節能無刷微動能發電裝置120。而當控制模組130中的控制裝置131檢測出負載端100的功率消耗值大於P1時，代表節能無刷微動能發電裝置120不能供應負載端100足夠的功率消耗，因此，控制裝置131會驅動雙電源切換控制器140從節能無刷微動能發電裝置120切換至市電電源裝置110。
接著，詳細說明圖4的控制流程。首先，如步驟41所示的開始階段，是可以設定為圖1中的系統架構是連接至市電電源110，故可以提供系統架構10的電源需求。
接著，如步驟42所示，控制模組130中的控制裝置131開始對負載端(100)的功率消耗值進行檢測，並將檢測到的功率消耗值儲存至記憶裝置133中。其中，在本發明的實施例中，控制裝置131會每秒檢測一次負載端100的輸出功率。
接著，如步驟43所示，控制裝置131會將檢測到的負載端100功率消耗值與儲存在記憶裝置133中的P1功率值進行比較，以判斷負載端100的功率消耗值是否小於P1功率值，當控制裝置131判斷結果是負載端100的功率消耗值小於P1功率值時，代表節能無刷微動能發電裝置120能夠供應負載端100所需的功率消耗，則進行步驟44。
在步驟44中，控制裝置131啟動雙電源切換開關140，並切換供應負載端100的電源，在本步驟的實施例中，啟動雙電源切換開關140會從市電電源裝置110切換至節能無刷微動能發電裝置120，改由節能無刷微動能發電裝置120提供電力至負載端100。否則，當控制裝置131判斷結果是負載端100的功率消耗值仍然大於P1功率值時，代表節能無刷微動能發電裝置120不能提供能夠供應負載端100所需的功率消耗，則保持由市電電源裝置110提供電力至負載端100。
再接著，如步驟45所示，當雙電源切換開關140已經改由節能無刷微動能發電裝置120提供電力至負載端100時，控制裝置131會判斷節能無刷微動能發電裝置120的啟動狀況。在步驟45中，控制裝置131會檢測節能無刷微動能發電裝置120輸出的電壓、電流、頻率及相角等資料是否穩定。當控制裝置131判斷節能無刷微動能發電裝置120的啟動不正常時，則會重新啟動節能無刷微動能發電裝置120。
之後，如步驟46所示，當控制裝置131判斷節能無刷微動能發電裝置120啟動正常後，控制裝置131會啟動啟動調速器135，用以通過調速器135來調節節能無刷微動能發電裝置120 中第一轉子212-1及第二轉子212-2的轉速，使節能無刷微動能發電裝置120中的轉子轉速接近同步轉速，例如:使節能無刷微動能發電裝置120的輸出功率達到所須的轉速頻率與市電接近同步，主要的目的是要保護電器設備。
接著，如步驟47所示，控制裝置131判斷節能無刷微動能發電裝置120的輸出功率是否大於負載端100的功率消耗，例如：當偵測出的負載端100的功率消耗是5KW時，則調速器135會自動調節轉速，使得節能無刷微動能發電裝置120能確保其所提供的輸出功率超過5KW，以便能確保提供足夠的輸出功率至負載端100。否則，當控制裝置131判斷結果是節能無刷微動能發電裝置120的輸出功率仍是小於負載端100的功率消耗時，則調速器135會自動調節轉速以提供足夠的輸出電力至負載端100。
再接著，如步驟48所示，控制裝置131會每秒檢測一次負載端100的輸出功率，當控制裝置131判斷節能無刷微動能發電裝置120達到最大輸出功率值P1的設定值時，則代表節能無刷微動能發電裝置120不能供應負載端100所需的功率消耗，則進行步驟49。
在步驟49中，控制裝置131再啟動雙電源切換開關140，並切換供應負載端100的電源。例如：當控制裝置131偵測到負載端100的輸出功率超出發電機輸出的功率設定的P1值，例如：當P1設定值為10KW時，而實際輸出功率值為10.1KW時，控制裝置131啟動雙電源切換開關140，並從節能無刷微動能發電裝置120切換至市電電源裝置110，改由市電電源裝置110提供電力至負載端100。否則，當控制裝置131判斷結果是負載端100的功率消耗值仍然小於P1功率值時，則保持由節能無刷微動能發電裝置120提供電力至負載端100。最後，控制裝置131持續對負載端100的功率消耗值進行檢測，並將檢測到的功率消耗值儲存至記憶裝置133中，如步驟42所示。通過本發明中的控制模組130對負載端100實際功率消耗的狀況進行檢測，使得本發明的控制模組130可以根據負載端100的功率消耗來驅動雙電源切換開關140器選擇節能無刷微動能發電裝置120或是市電電源裝置110進行供電，藉以使得用戶能夠達到節能的效果。
接下來，本發明進一步披露另一種並聯控制系統的實施例，特別是一種配置有儲能電池組、節能無刷微動能發電裝置與市電電源裝置並聯的控制系統及其操作方法。
請參考圖5，為本發明的一種配置有儲能電池組、節能無刷微動能發電裝置與市電電源裝置並聯控制系統架構示意圖。如圖5所示，並聯控制系統20包含：控制模組130是由控制裝置131、記憶裝置133及逆變器裝置137所組成，其中，控制裝置131的第一端是與負載端100連接，用以偵測並記錄負載端100的功率消耗情形。記憶裝置133是與控制裝置131的第二端連接，用以紀錄並儲存控制裝置131偵測到的負載端100的功率消耗值，控制裝置131的第三端是連接至雙電源開關器500的一端，以及，逆變器裝置137的第一端是與控制裝置131的第四端連接。而逆變器裝置137的第二端是與雙電源開關器500的一端連接，而逆變器裝置137的第三端是連接至節能無刷微動能發電裝置200及儲能電池組300，其中，節能無刷微動能發電裝置200及儲能電池組300都是輸出直流(DC)電壓至逆變器裝置137。雙電源開關器500的一端是連接至市電電源400，其中，市電電源400是以交流(AC)電壓形式供應。以及，雙電源開關器500輸出端則是連接至負載端100。
根據上述並聯控制系統20的連接架構，是先通過控制模組130中的控制裝置131來決定逆變器裝置137是將節能無刷微動能發電裝置200或是儲能電池組300輸出至雙電源開關器500，之後，再由控制裝置131來控制雙電源開關器500輸出節能無刷微動能發電裝置200或是儲能電池組300或是市電電源400至負載端100。特別要說明的是，無論逆變器裝置137是選擇將節能無刷微動能發電裝(200或是儲能電池組300輸出至雙電源開關器500，逆變器裝置137都會將節能無刷微動能發電裝置200或是儲能電池組300所提供的直流(DC) 電壓升壓並轉換成交流(AC)電壓，因此，本發明的並聯控制系統20通過雙電源開關器500後，都是以交流電壓提供。此外，節能無刷微動能發電裝置200輸出的直流電壓經過逆變器裝置137升壓處理後，是以市電電源的規格提供至雙電源開關器500，故在本實施例中的並聯控制系統20就不需要使用並聯控制系統10中的調速器135，就可以達到保護電器設備的效果。
接著，請繼續參考圖5，控制裝置131的一端還可以連接至一個切換電路140，當控制裝置131選擇使用節能無刷微動能發電裝置200提供電力時，需要提供一個啟動電壓，因此，可以通過切換電路140選擇一個啟動電壓。在本實施例中，啟動電壓可以由太陽能板110提供，也可以由一個備用儲能電池152來提供，例如: 當太陽西下後，太陽能板110可能無法提供足夠的啟動電壓時，若此時的備用儲能電池152儲存有足夠的啟動電壓時，控制裝置131就會驅動切換電路140與備用儲能電池152連接，用以作為節能無刷微動能發電裝置200的啟動電壓。反之亦然。
在本發明圖5所示的並聯控制系統20的實施例中，節能無刷微動能發電裝置200是與圖2及圖3中所示的節能無刷微動能發電裝置相同。其中，儲能電池組300可以是一種太陽能儲能模組，例如:配置在住宅或是工廠屋頂上的太陽能板的儲能模組。或是，儲能電池組300，也可以是一種由磷酸鐵鋰電池所形成的儲能電池組。因此，本發明對於儲能電池組300的材料組合並不加以限制。
在本發明圖5所示的並聯控制系統20的實施例中，當節能無刷微動能發電裝置200成功的啟動後，可以將輸出的直流電壓輸出至逆變器裝置137，另一方面，可以通過逆變器裝置137中回路，將節能無刷微動能發電裝置200輸出的部分電壓對儲能電池組300充電，並可以在充電完成後，視負載端100所需的功率提供輸出電壓。同樣的，當節能無刷微動能發電裝置200成功的啟動後，也可以以另一回路對備用儲能電池152進行充電，使得備用儲能電池152能夠隨時保持在可用的狀態。
很明顯的是，本發明圖5所示的並聯控制系統20的運轉邏輯是，當節能無刷微動能發電裝置200滿足負載端100所需的功率時，以節能無刷微動能發電裝置200的輸出電壓提供至負載端100。當儲能電池組300妥當且滿足負載端100所需的功率時，則可以選擇儲能電池組300的輸出電壓提供至負載端100。因此，當節能無刷微動能發電裝置200及儲能電池組300都能通過逆變器裝置137提供至負載端100時，可以將儲能電池組300作為一種不斷電裝置，以作為並聯控制系統20從市電電源400切換至節能無刷微動能發電裝置200後，節能無刷微動能發電裝置200重新啟動期間的功率供應裝置。或是當節能無刷微動能發電裝置200意外停止再重新開機期間負載端100的功率供應裝置。很明顯的，當本發明圖5所示的並聯控制系統20運作時，除非負載端的功率需求大於節能無刷微動能發電裝置200或是儲能電池組300的輸出電壓時，才需要使用市電電源400來供應負載端的功率需求，否則，都是由節能無刷微動能發電裝置200及儲能電池組300之間交互切換來供應負載端的功率需求。因此，通過本發明所建構的並聯控制系統20，可以有效的達到節省使用市電電源400的效果。
接著，請參考圖6，是本發明圖5實施例的控制流程示意圖。首先，要說明的是，在圖5實施例中，是進一步先將一個儲能電池組300與一個節能無刷微動能發電裝置200一起並聯後，再與市電電源裝置400並聯控制。
在圖6的控制流程中，是以節能無刷微動能發電裝置200及儲能電池組300所能提供的輸出功率作為控制參數，其中，P1為節能無刷微動能發電裝置200及儲能電池組300最大輸出功率，因此，本發明是根據控制模組130檢測出負載端100消耗功率值的大小，來做為切換節能無刷微動能發電裝置200、儲能電池組300或是市電電源裝置400的依據，例如:當控制模組130中的控制裝置131檢測出負載端100的消耗功率值小於P1時，代表節能無刷微動能發電裝置200或是儲能電池組300能夠供應負載端100的功率消耗，因此，控制裝置131會驅動雙電源開關器140從市電電源裝置400切換至節能無刷微動能發電裝置200或是儲能電池組300。而當控制模組130中的控制裝置131檢測出負載端100的功率消耗值大於P1時，代表節能無刷微動能發電裝置200或是儲能電池組300不能供應負載端100足夠的功率消耗，因此，控制裝置131會驅動雙電源開關器140從節能無刷微動能發電裝置200或是儲能電池組300切換至市電電源裝置400。同時，當本發明的並聯控制系統20選擇以節能無刷微動能發電裝置200或是儲能電池組300提供負載端100的功率消耗時，在由市電電源裝置400切換回節能無刷微動能發電裝置200時，控制裝置131會先驅動逆變器裝置137以儲能電池組300提供負載端100的功率消耗，一直到節能無刷微動能發電裝置200正常啟動後，再由控制裝置131驅動逆變器裝置137切換成以節能無刷微動能發電裝置200提供負載端100的功率消耗。以上所述的控制過程，將在以下內容詳細說明。
接著，詳細說明圖6的控制流程。首先，如步驟610所示的開始階段，此時，是可以設定為圖5中的系統架構是連接至市電電源400，故可以提供圖5所示的並聯控制系統20的電源需求，同時，節能無刷微動能發電裝置200則處在尚未啟動的狀態下。此外，在說明圖6的控制流程的過程中，也請一併參考圖5的並聯控制系統20架構。
接著，如步驟611所示，控制模組130中的控制裝置131持續對負載端100的功率消耗值進行檢測，並將檢測到的功率消耗值儲存至記憶裝置133中。其中，在本發明的實施例中，控制裝置131會每秒檢測一次負載端100的輸出功率。
接著，如步驟620所示，控制裝置131會將檢測到的負載端100功率消耗值與儲存在記憶裝置133中的P1功率值進行比較，以判斷負載端100的功率消耗值是否小於P1功率值，當控制裝置131判斷結果是負載端100的功率消耗值小於P1功率值時，代表節能無刷微動能發電裝置200或是儲能電池組300能夠供應負載端100所需的功率消耗，則進行步驟630。
在步驟630中，控制裝置131會通過逆變器裝置137檢查儲能電池組300是否能夠即時提供負載端100的功率消耗。如果儲能電池組300可以提供能夠即時提供負載端100的功率消耗時，則儲能電池組300可以提供直流電壓至逆變器裝置137上。此時，控制裝置131可以選擇直接至步驟660中，選擇並聯在逆變器裝置137上的儲能電池組300輸出電壓至雙電源開關器500，當控制裝置131確認儲能電池組300經過逆變器裝置137升壓至負載端100所需的交流電壓時，由控制裝置131控制雙電源開關器500，將提供負載端100的功率消耗由市電電源裝置400切換成儲能電池組300。例如：當偵測出的負載端100的功率消耗是5KW時，則逆變器裝置137會自動將儲能電池組300提供的直流電壓升壓至5KW的交流電壓，使得儲能電池組300能確保其所提供的輸出功率超過5KW，以便能確保提供足夠的輸出功率至負載端100。此外，當儲能電池組300可以提供直流電壓至逆變器裝置137時，控制裝置131也可以選擇繼續使用市電電源裝置400來供應負載端100的功率消耗，而不直接切換成儲能電池組300來供應負載端100。此時，控制裝置131可以選擇進入步驟640的啟動節能無刷微動能發電裝置200的程式。
接著，請參考步驟640，當控制裝置131 執行啟動節能無刷微動能發電裝置200的程式中，會先通過切換電路150來選擇啟動節能無刷微動能發電裝置200的啟動電源的狀況。在本發明的實施例中，節能無刷微動能發電裝置200的啟動電源包括有太陽能板110及備用電池組120。例如:在白天且日照充足時，控制裝置131可以控制切換電路150選擇使用太陽能板110的電壓來啟動節能無刷微動能發電裝置200。若當在黑夜或是日照不足時，控制裝置131可以控制切換電路150選擇使用備用電池組120的電壓來啟動節能無刷微動能發電裝置200。因此，在一較佳實施例中，控制裝置131可以根據所在地點每日的時間做為控制切換電路140的依據。
接著，請參考步驟650所示，當節能無刷微動能發電裝置200被啟動後，控制裝置131會持續檢測節能無刷微動能發電裝置200所輸出的直流電壓是否到達設定的額定值。若控制裝置131判斷節電裝置200輸出的額定值穩定後，一方面可以將輸出的直流電壓提供至逆變器裝置137上，另一方面，若控制裝置131檢測出儲能電池組300的電力不足時，則可以讓節能無刷微動能發電裝置200對儲能電池組300進行充電程式，直到儲能電池組300充滿備用為止。
在接著，在完成步驟650後的一個較佳的運作過程中，此時連接至逆變器裝置137上的節能無刷微動能發電裝置200及儲能電池組300都具備能夠供應負載端100所需的功率消耗。此時，如步驟660所示，控制裝置131就可以通過對逆變器裝置137的控制，來決定由節能無刷微動能發電裝置200或是儲能電池組300通過升壓電路，將直流電壓轉換及升壓至與市電電源裝置400相位相同的交流電壓輸出至雙電源開關器140。
最後，如步驟670所示，此時在雙電源開關器140上已經連接有節能無刷微動能發電裝置200或是儲能電池組300以及市電電源裝置400。若當控制裝置131決定要以節能無刷微動能發電裝置200或是儲能電池組300作為負載端100的功率供應時，則由控制裝置131控制雙電源開關器140將輸出切換至節能無刷微動能發電裝置200或是儲能電池組300來供應負載端100所需的功率消耗。
接著要強調本發明的並聯控制系統20設計優點。當節能無刷微動能發電裝置200在步驟650完成啟動後，控制裝置131就可以控制逆變器裝置137將節能無刷微動能發電裝置200至流電壓通過升壓電路，將直流電壓轉換及升壓至與市電電源裝置400相位相同的交流電壓輸出至雙電源開關器140。緊接著，再控制雙電源開關器140從市電電源裝置400切換成節能無刷微動能發電裝置200來供應負載端100所需的功率消耗。若經過一段時間的運轉後，根據圖5及圖6，此時的儲能電池組300也應該是到達設定的額定值。之後，控制裝置131就可以根據負載端100所需的功率隨時通過雙電源開關器140來切換成市電電源裝置400或是節能無刷微動能發電裝置200來供應負載端100。即使在由市電電源裝置400切換成節能無刷微動能發電裝置200的瞬間，節能無刷微動能發電裝置200發生不可預期的停機或是當機，或是要對節能無刷微動能發電裝置200進行例行性的維修或是檢測期間，本發明的並聯控制系統20都可以即時的使用儲能電池組300進行不斷電的銜接。很明顯的，當本發明的並聯控制系統20已經使用節能無刷微動能發電裝置200來供應負載端100所需的功率後，在正常運作下，僅有一種狀況需要切換成市電電源裝置400，這種狀況就是應負載端100所需的功率(P1)超過節能無刷微動能發電裝置200或是儲能電池組300所能提供的功率時，才需要使用到市電電源裝置400。因此，在未來發生各種能源危機時，造成市電電源裝置400的使用成本大幅度的增加時，通過本發明的並聯控制系統20設計，可以節省大量使用市電電源裝置400的費用，特別是工業用戶。此外，若當發生不可預期意外狀況，造成市電電源裝置400無法供電，而節能無刷微動能發電裝置200也無法及時供電時，仍能通過儲能電池組300來供應負載端100，以爭取各種搶救或是應變的時間。因此，本發明的並聯控制系統20設計，除了可以節省使用市電電源裝置400的電費外，還可以大幅度的增加並聯控制系統20的穩定度及妥善率。
以上所述僅為本發明較佳的實施方式，並非用以限定本發明權利的範圍。同時以上的描述，對於相關技術領域中具有通常知識者應可明瞭並據以實施，因此其他未脫離本發明所揭露概念下所完成之等效改變或修飾，應均包含於本發明的專利要求範圍中。
10:節能無刷微動能發電裝置與市電電源裝置並聯控制系統 100:負載端 110:市電電源 110:太陽能板 120:節能無刷微動能發電裝置 1210:單機輸入模組 1220、1230:單機輸出模組 1251:通孔 130:控制模組 131:控制裝置 133:記憶裝置 135:調速器 137:逆變器裝置 140:雙電源開關器 200:單機模組無刷微動能發電機 203:旋轉軸 205:定子鐵芯 210:連接裝置 211:圓盤體 212-1:第一轉子 212-2:第二轉子 213:定位槽 214:繞線組 215:第一側蓋 216:第二側蓋 222-1:線圈固定絕緣套 222-2:線圈固定絕緣套 250:培林軸承 260:培林軸承 251:通孔 261:通孔 300:儲能電池組 400:市電電源 500:雙電源開關器
圖1是表示本發明的一種節能無刷微動能發電裝置與市電電源裝置並聯控制系統的系統架構示意圖。 圖2是表示本發明的一種單機模組無刷微啟動發電機的結構爆炸示意圖。 圖3是表示本發明的節能無刷微動能發電裝置的示意圖。 圖4是表示本發明的節能無刷微動能發電裝置與市電電源裝置並聯控制系統的控制流程示意圖。 圖5是表示本發明的節能無刷微動能發電裝置與市電電源裝置並聯控制系統的另一實施例的示意圖。 圖6是表示相應圖5實施例的控制流程示意圖。
10:節能無刷微動能發電裝置與市電電源裝置並聯控制系統
100:負載端
110:市電電源
120:節能無刷微動能發電裝置
130:控制模組
131:控制裝置
133:記憶裝置
135:調速器
140:雙電源開關器

Claims (16)

  1. 一種節能無刷微動能發電裝置與市電電源裝置並聯控制系統，是由一雙電源開關器的一第一端將一節能無刷微動能發電裝置與一市電電源裝置並聯連接，而該雙電源開關器的一第二端連接至一負載端，包括: 一控制模組是由一控制裝置、一記憶裝置及一調速器所組成，其中， 該控制裝置的一第一端是與該雙電源開關器的一第三端連接； 該控制裝置的一第二端是與該負載端連接； 該控制裝置的一第三端是與一記憶裝置連接；以及 該控制裝置的一第四端是與該調速器連接，而該調速器的另一端是與該節能無刷微動能發電裝置的一輸入電源連接，其中， 該調速器根據該負載端的一功率消耗情形來調整該節能無刷微動能發電裝置的一輸入電源功率。
  2. 如請求項1所述的節能無刷微動能發電裝置與市電電源裝置並聯控制系統，其中該所述雙電源開關器中具有一個切換端，且所述切換端是與所述控制裝置電性連接。
  3. 如請求項1所述的節能無刷微動能發電裝置與市電電源裝置並聯控制系統，其中該節能無刷微動能發電裝置是由多個單機模組無刷微動能發電機串接所組成。
  4. 如請求項3所述的節能無刷微動能發電裝置與市電電源裝置並聯控制系統，其中通過一個旋轉軸將該些單機模組無刷微動能發電機串接所組成。
  5. 如請求項3所述的節能無刷微動能發電裝置與市電電源裝置並聯控制系統，其中該單機模組無刷微動能發電機包括:一個定子鐵芯及一對間隔相鄰配置於該定子鐵芯兩側面的一第一轉子及一第二轉子所組成，其中，該第一轉子及該述第二轉子是通過一個連接裝置固接在該定子鐵芯的兩側邊。
  6. 如請求項5所述的節能無刷微動能發電裝置與市電電源裝置並聯控制系統，其中該調速器用以調節該節能無刷微動能發電裝置中的一第一轉子及一第二轉子的轉速。
  7. 如請求項5所述的節能無刷微動能發電裝置與市電電源裝置並聯控制系統，其中該定子鐵芯為中空的圓盤體並在該中空週邊的圓盤體的兩側面各配置有多個間隔相鄰的定位槽，以及將一個高反電動勢繞組配置在該定位槽上。
  8. 如請求項1所述的節能無刷微動能發電裝置與市電電源裝置並聯控制系統，其中該節能無刷微動能發電裝置中，進一步配置一個勵磁裝置，用於調節該節能無刷微動能發電裝置的勵磁電流。
  9. 一種並聯控制系統，是由控制模組將儲能電池組、節能無刷微動能發電裝置、市電電源裝置並聯所組成，並通過雙電源開關器提供負載端所需的功率，該並聯控制系統包括: 該控制模組是由一控制裝置、一記憶裝置及逆一變器裝置所組成，其中， 該控制裝置的一第一端是與該雙電源開關器的一端連接； 該控制裝置的一第二端是與該負載端連接； 該控制裝置的一第三端是與該記憶裝置連接； 該控制裝置的一第四端是與該雙電源開關器連接；以及 該控制裝置的一第五端是與該逆變器裝置的一端連接；其中， 該逆變器裝置的另一端是與該節能無刷微動能發電裝置及該儲能電池組的一輸出端連接； 該雙電源開關器進一步與該市電電源裝置、該逆變器裝置的一輸出端連接；其中， 該逆變器裝置根據該負載端的一功率需求將該節能無刷微動能發電裝置或是該儲能電池組的一直流輸入電源通過一升壓電路來調整至與該市電電源裝置一致的功率。
  10. 如請求項9所述的並聯控制系統，其中該逆變器裝置還有一端是與該儲能電池組的一輸入端連接。
  11. 如請求項9所述的並聯控制系統，更進一步包括一個切換開關，用以連接一太陽能板及一備用電池組。
  12. 如請求項求9所述的並聯控制系統，其中該儲能電池組是一種太陽能板的儲能模組。
  13. 如請求項9所述的並聯控制系統，其中該儲能電池組是一種磷酸鐵鋰電池所形成的一儲能電池組。
  14. 如請求項9所述的並聯控制系統，其中該節能無刷微動能發電裝置是由多個單機模組無刷微動能發電機串接所組成。
  15. 如請求項14所述的並聯控制系統，其中通過一個旋轉軸將該些單機模組無刷微動能發電機串接所組成。
  16. 如請求項14所述的並聯控制系統，其中該單機模組無刷微動能發電機包括:一個定子鐵芯及一對間隔相鄰配置於該定子鐵芯兩側面的一第一轉子及一第二轉子所組成，其中，該第一轉子及該第二轉子是通過一個連接裝置固接在該定子鐵芯的兩側邊。
TW111112775A 2022-04-01 2022-04-01 節能無刷微動能發電裝置與市電電源裝置的並聯控制系統 TW202341598A (zh)

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