微功耗同步风力发电机.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102996350A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102996350A(43)申请公布日2013.03.27(21)申请号201210398505.9(22)申请日2012.10.09(71)申请人郁百超地址430077湖北省武汉市徐东大街349-15-1-601号(72)发明人郁百超(51)Int.Cl.F03D9/00(2006.01)H02K7/18(2006.01)H02P9/04(2006.01)H02P9/14(2006.01)权利要求书权利要求书1页1页说明书说明书33页页附图附图33页(54)发明名称微功耗同步风力发电机(57)摘要微功耗同步风力发电机由叶片、叶片转轴和同步电机组成，同步电机的转子采用调频调幅方波励磁，输出电压与电网同频、同相、同幅，可以直接并入电网。该同步风力发电机中的叶片转轴直接驱动同步电机，免除了双馈感应发电机中的增速齿轮箱；微功耗同步风力发电机组安装好就能发电，颠覆了切入风速和切出风速概念；风再小，只要叶片在动，就能发电，风再大，只要风机括不倒，就能发电，整机机械能损耗和电能损耗都接近零。CN1029635ACN102996350A权利要求书1/1页1.一种微功耗同步风力发电机，其特征是：整机由叶片、叶片转轴、同步电机、励磁方波发生器组成，叶片转轴与同步电机转轴刚性联接，励磁方波发生器产生调频调幅对称方波电流，对同步电机的转子励磁；叶片受风转动，叶片转轴与叶片联动，驱动同步电机发电。2CN102996350A说明书1/3页微功耗同步风力发电机技术领域[0001]本发明涉及一种微功耗同步风力发电机。背景技术[0002]全换相风力发电机系统，其变换器将频率变化的电能转换为与电网频率相同的恒频电能，采用普通同步发电机通过变换器并网，但由于发电机转速较高，叶片转轴与发电机之间需要通过齿轮相啮合，如图1所示。[0003]图1中的电路略去了同步发电机转子的励磁电路。发明内容[0004]微功耗同步风力发电机整机由叶片、叶片转轴、异步电机、励磁正弦发生器组成，叶片转轴与异步电机转轴刚性联接，励磁正弦波发生器产生调频调幅正弦波电流，对同步电机的转子励磁；叶片受风转动，叶片转轴与叶片联动，驱动同步电机发电。[0005]图2是微功耗同步风力发电机(略去了同步发电机转子的励磁电路)，同步电机的转子采用调频调幅正弦波励磁，输出电压与电网同频、同相、同幅，可直接并入电网。该异步风力发电机组中的叶片转轴直接驱动异步电机，免除了增速齿轮箱；微功耗同步风力发电机组安装好就能发电，颠覆了切入风速和切出风速概念；风再小，只要叶片在动，就能发电，风再大，只要风机括不倒，就能发电，整机机械能损耗和电能损耗都接近零。[0006]图2是微功耗同步风力发电机原理框图，叶片转轴直接驱动异步发电机，无齿轮箱的机械传动损耗；转子励磁电流采用微功耗功率变换获得，其功率损耗接近零。附图说明[0007]图1是传统全换相风力发电机原理图；[0008]图2是微功耗同步风力发电机原理图；[0009]图3是极性反转电源；[0010]图4是极性反转电源输出电压的仿真波形；具体实施方式[0011]1、输出电压与电网同频[0012]同步发电机输出电压的频率由下式决定：[0013]f＝n×p/60(Hz)；(1)[0014]f：输出电压频率；[0015]n：发电机转轴转速；[0016]p：发电机转子极对数。[0017]设电机转子极对数为2，输出电压频率为50Hz，则由(1)式可计算得风叶转轴转速为：3CN102996350A说明书2/3页[0018]N＝50×60/2＝1500(转)；(2)[0019]即当同步发电机的极对数为2时，风叶转轴转速应为1500转。[0020]设电机转子极对数为20，输出电压频率为50Hz，则由(1)式可计算得风叶转轴转速为：[0021]N＝50×60/20＝150(转)；(3)[0022]即当同步发电机转子的极对数为20时，风叶转轴转速应为150-300转。[0023]设电机转子的极对数为200，输出电压频率为50Hz，则由(1)式可计算得风叶转轴转速为：[0024]N＝50×60/200＝15(转)；(4)[0025]即当同步发电机转子的极对数为200时，风叶转轴转速应为15转，正好落入风叶典型转速之内。比较式(2)、(3)、(4)可知，要获得相同的输出频率，增加同步发电机的极对数，可减少风叶转轴的转速，即风叶转轴的转速n和电机的极对数p成反比。风叶转轴的转速一般为12-22之间，在免除增速齿轮箱的前提下，为了获得50Hz的输出频率，必须增加发电机转子上的极对数，但工艺上不可能无限增加发电机的极对数，在一个发电机的转子制作200个极对，显然不切实际。[0026]电机转子上的极