微功耗异步风力发电机.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102931677A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102931677A(43)申请公布日2013.02.13(21)申请号201210376963.2(22)申请日2012.10.08(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.H02J3/38(2006.01)F03D9/00(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11页(54)发明名称微功耗异步风力发电机(57)摘要微功耗异步风力发电机由叶片、叶片转轴和异步电机组成，异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，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，免除了双馈感应发电机中的增速齿轮箱；微功耗异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。CN1029367ACN102931677A权利要求书1/1页1.一种微功耗异步风力发电机，其特征是：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，对异步电机的转子励磁；叶片受风转动，叶片转轴与叶片联动，驱动同步电机发电。2CN102931677A说明书1/3页微功耗异步风力发电机技术领域[0001]本发明涉及一种微功耗异步风力发电机。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，采用普通异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中的电路略去了异步发电机转子的励磁电路。发明内容[0004]微功耗异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，对异步电机的转子励磁；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是微功耗异步风力发电机(略去了异步发电机转子的励磁电路)，异步电机的定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；微功耗异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是微功耗异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是传统风力发电机原理图；[0008]图2是微功耗异步风力发电机原理图；具体实施方式[0009]1、输出电压与电网同频[0010]异步发电机输出电压的频率由下式决定：[0011]f＝n×p/60+f1(Hz)；(1)[0012]f：输出电压频率；[0013]f1：转子励磁电流频率；[0014]n：发电机转轴转速；[0015]p：发电机转子极对数。[0016]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：[0017]N＝50×60/2＝1500(转)；(2)3CN102931677A说明书2/3页[0018]即当异步发电机的极对数为2时，风叶转轴转速应为1500转。异步发电机的极对数是固定不变的，风力发电机的风叶在自然风的驱动下，其转速一般为12-22转，为了满足异步发电机转速的要求，双馈感应发电机必须要有增速齿轮箱，把12-22转增加到1500转。[0019]从(2)式可以看到，发电机的转达速n和发电机的极对数p是不可改变的，为了稳定输出电压频率f，只有改变励磁电流的频率f1。当去掉增速齿轮箱以后，为了保证输出电压频率为50Hz，根据式(1)可以计算出励磁电流的频率：[0020]f1a＝f-n×p/60＝50-12×2/60＝50-0.40＝49.60(Hz)[0021]f1b＝f-n×p/60＝50-22×2/60＝50-0.73＝49.27(Hz)[0022]当风叶转轴在12-22之间变化时，励磁电流的频率应在49.60-49.27之间变化，这就保证了输出电压的恒频。[0023]2、输出电压与电网同幅[0024]由于感应电动势的幅值由下式决定：[0025]Ey＝4.44fNyФ1(3)[0026]其中Ey为感应电动势，[0027]f为励磁电流频率，[0028]Ny为励磁线圈匝数，[0029]Ф1为气隙磁通，[0030]