微功耗风力发电机.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102797637A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102797637A(43)申请公布日2012.11.28(21)申请号201210322568.6(22)申请日2012.09.04(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)H02P9/48(2006.01)H02J3/38(2006.01)权利要求书权利要求书1页1页说明书说明书66页页附图附图1010页(54)发明名称微功耗风力发电机(57)摘要微功耗风力发电机由叶片和同步电机组成，同步电机的定子采用调频调幅方波励磁，输出功率恒频恒压，可直接并入电网。该同步发电机组中的风叶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；采用同步发电机转子励磁，免除了双馈感应发电机中的励磁双向逆变器或全功率变换器；由于免除了增速齿轮箱，微功耗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，只要叶片可以动，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。CN1027963ACN102797637A权利要求书1/1页1.一种微功耗风力发电机，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。2CN102797637A说明书1/6页微功耗风力发电机技术领域[0001]本发明涉及一种微功耗风力发电机。背景技术[0002]图1是双馈感应发电机工作原理框图，通过叶轮将风能转变为机械转距(风轮转动惯量)，通过主轴传动链，经过齿轮箱增速到异步发电机的转速后，通过励磁变流器励磁而将发电机的定子电能并入电网。如果超过发电机同步转速，转子也处于发电状态，通过变流器向电网馈电。[0003]最简单的风力发电机可由叶轮和发电机两部分构成，立在一定高度的塔干上，这是小型离网风机。最初的风力发电机发出的电能随风变化时有时无，电压和频率不稳定，没有实际应用价值。为了解决这些问题，现代风机增加了齿轮箱、偏航系统、液压系统、刹车系统和控制系统等。[0004]齿轮箱可以将很低的风轮转速(1500千瓦的风机通常为12-22转/分)变为很高的发电机转速(发电机同步转速通常为1500转/分)。同时也使得发电机易于控制，实现稳定的频率和电压输出。偏航系统可以使风轮扫掠面积总是垂直于主风向。[0005]根据变速恒频变桨矩风机的特点，国内目前装机的电机一般分为二类：[0006]1、异步型：[0007]1)笼型异步发电机；功率为600/125kW、750kW、800kW、1250kW，定子向电网输送不同功率的50Hz交流电。[0008]2)绕线式双馈异步发电机；功率为1500kW定子向电网输送50Hz交流电，转子由变频器控制，向电网间接输送有功或无功功率。[0009]2、同步型：[0010]1)永磁同步发电机；功率为750kW1200kW1500kW由永磁体产生磁场，定子输出经全功率整流逆变后向电网输送50Hz交流电。[0011]2)电励磁同步发电机；由外接到转子上的直流电流产生磁场，定子输出经全功率整流逆变后向电网输送50Hz交流电。[0012]同步发电机的电压变化率约为20～40％，一般工业和家用负载都要求电压保持基本不变，为此，随着负载电流的增大，必须相应地调整励磁电流。高速同步发电机因大多数发电机与原动机同轴联动，火电厂都用高速汽轮机作原动机，所以汽轮发电机通常用高转速的2极电机，其转速达3000转/分(在电网频率为60赫时，为3600转/分)。核电站多用4极电机，转速为1500转/分(当电网频率为60赫时，为1800转/分)。为适应高速、高功率要求，高速同步发电机在结构上，一是采用隐极式转子，二是设置专门的冷却系统。[0013]上述同步、异步风力发电机有以下缺点：[0014]1)必须增速齿轮箱，方能达到电机的同步转速，机械能损耗大；[0015]2)必须双向逆变器或全功率变换器，电能损耗大；[0016]3)切入风速时开始发电、切出风速时锁定电机，即风小不能发电，风大不能发电，3CN102797637A说明书2/6页很难伺候不说，浪费太多风能；[0017]4)直接采用市电励磁，低电压穿越性能极差。发明内容[0018]图2是微功耗风力发电机原理框图，叶片转轴直接驱动同步发电机，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。微功耗风力发电机由叶片、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