專利名稱：微功耗異步風力發電機的制作方法
技術領域：
微功耗異步風力發電機技術領域[0001]本實用新型涉及一種微功耗異步風力發電機。
背景技術：
[0002]全換相風力發電機系統，其變換器將頻率變化的電能轉 換為與電網頻率相同的恒頻電能，采用普通異步發電機通過變換器并網，但由于發電機轉速較高，葉片轉軸與發電機之間需要通過齒輪相哨合，如圖I所示。[0003]圖I中的電路略去了異步發電機轉子的勵磁電路。發明內容[0004]微功耗異步風力發電機整機由葉片、葉片轉軸、異步電機、勵磁正弦發生器組成， 葉片轉軸與異步電機轉軸剛性聯接，勵磁正弦波發生器產生調頻調幅正弦波電流，對異步電機的轉子勵磁；葉片受風轉動，葉片轉軸與葉片聯動，驅動同步電機發電。[0005]圖2是微功耗異步風力發電機(略去了異步發電機轉子的勵磁電路)，異步電機的定子采用調頻調幅正弦波勵磁，輸出電壓與電網同頻、同相、同幅，可直接并入電網。該異步風力發電機組中的葉片轉軸直接驅動異步電機，免除了增速齒輪箱；微功耗異步風力發電機組安裝好就能發電，顛覆了切入風速和切出風速概念；風再小，只要葉片在動，就能發電， 風再大，只要風機括不倒，就能發電，整機機械能損耗和電能損耗都接近零。[0006]圖2是微功耗異步風力發電機原理框圖，葉片轉軸直接驅動異步發電機，無齒輪箱的機械傳動損耗；轉子勵磁電流采用微功耗功率變換獲得，其功率損耗接近零。


[0007]圖I是傳統風力發電機原理圖；[0008]圖2是微功耗異步風力發電機原理圖；具體實施方式
[0009]I、輸出電壓與電網同頻[0010]異步發電機輸出電壓的頻率由下式決定[0011]f = nXp/60+fl (Hz) ； (I)[0012]f:輸出電壓頻率；[0013]fl :轉子勵磁電流頻率；[0014]η:發電機轉軸轉速；[0015]P:發電機轉子極對數。[0016]設電機轉子極對數為2，輸出電壓頻率為50Hz，則由(I)式可計算得風葉轉軸轉速為[0017]N = 50X60/2 = 1500(轉)； (2)[0018]即當異步發電機的極對數為2時，風葉轉軸轉速應為1500轉。異步發電機的極對數是固定不變的，風力發電機的風葉在自然風的驅動下，其轉速一般為12-22轉，為了滿足異步發電機轉速的要求，雙饋感應發電機必須要有增速齒輪箱，把12-22轉增加到1500轉。[0019]從⑵式可以看到，發電機的轉達速η和發電機的極對數P是不可改變的，為了穩定輸出電壓頻率f，只有改變勵磁電流的頻率H。當去掉增速齒輪箱以后，為了保證輸出電壓頻率為50Hz，根據式(I)可以計算出勵磁電流的頻率[0020]fla = f-nXp/60 = 50-12X2/60 = 50-0. 40 = 49. 60 (Hz)[0021]fib = f-nXp/60 = 50-22X2/60 = 50-0. 73 = 49. 27 (Hz)[0022]當風葉轉軸在12-22之間變化時，勵磁電流的頻率應在49. 60-49. 27之間變化，這就保證了輸出電壓的恒頻。[0023]2、輸出電壓與電網同幅[0024]由于感應電動勢的幅值由下式決定[0025]Ey = 4. 44 ΝγΦ1 (3)[0026]其中Ey為感應電動勢，[0027]f為勵磁電流頻率，[0028]Ny為勵磁線圈匝數，Φ I為氣隙磁通，[0030]由(3)式可知，感應電動勢Ny與氣隙磁通Φ I成正比，而Φ I與磁場強度BI成正 t匕，而BI與勵磁電流Il成正比，只要控制勵磁電流Il就可以控制感應電動勢Ey，這就保證了輸出電壓的恒壓。[0031]由于異步發電機轉子的勵磁電流直接取自電網，這也就保證其輸出電壓與電網完全同相。[0032]3、轉子調頻正弦波勵磁電流的產生[0033]轉子勵磁電流應該隨風力大小，其頻率和幅值可調，以保證恒頻、恒壓、同相三要素，可采用“無高頻變換通用變頻器”(專利號201020145045. 5)所描述的方法，產生頻率和幅值可可調的電流，對異步發電機的定子勵磁。[0034]4、全風速發電[0035]按照蒲福風級表，從最低零級到最高17級,風速從0，2m/s到61. 2m/s,微功耗異步風力發電機都能發電。由于免除了增速齒輪箱，風葉轉軸直接驅動異步發電機的轉子，只要風葉在動，發電機的轉子就動，發電機轉子一動，定子就有電流輸出。另外，當葉片轉速為12 轉/s，根據公式(I)可計算出齒輪箱的變比為250，當葉片轉速為I轉/s，根據公式(I)可計算出齒輪箱的變比為3000，此式說明只要存在增速齒輪箱，就不可能低轉速(12轉以下) 發電。[0036]當風力大到足以使葉片轉速達到22轉/m以上時，增速齒輪箱必須停機保護，風力太大，無法承受如此大的機械應力。當免除了增速齒輪箱后，葉片轉軸直接驅動異步發電機，而異步發電機的正常轉速為3000轉/m，風再大，葉片轉軸的轉速也不可能達到3000轉 /m,所以微功耗異步風力發電機可以從最小風力到最大風力,全風速發電。[0037]5、異步電動機的調速[0038]電動機和發電機之間存在可逆關系，當采用調頻正弦波對異步發電機的轉子勵磁，可免除發電機的增速齒輪箱，則當采用調頻正弦波對異步電動機的轉子勵磁，同樣可以 并免除電動機的減速齒輪箱，達到電動機調速的目的。[0039]6、特點[0040]微功耗異步風力發電機正是采用異步發電機發電，免除了增速齒輪箱，免除了全 功率變換器，顯示了異步發電機作為發電機的優勢，大大降低風力發電機的機械能損耗和 電能損耗，具有以下優點[0041]I)免除機械傳動齒輪箱，減少機械能損耗，同時提高發電系統可靠性；[0042]2)免除雙饋感應發電機中轉子勵磁雙向逆變器，或全功率變換器，減少功率變換 過程中的電能損耗；[0043]3)由于采用微功耗功率變換技術獲得轉子的勵磁電流，進一步減小電能損耗；[0044]4)全風速發電，I級軟風啟動，17級颶風發電，只要葉片動就能發電，只要風機不 倒就能發電，向自然界索取更多能量；[0045]5)由于微功耗異步風力發電機整機效率高，對電網索取的功率極少，對電網依賴 的程度極小，因而低電壓穿越功能極佳。
權利要求1. 一種微功耗異步風力發電機，其特征是整機由葉片、葉片轉軸、異步電機、勵磁正弦發生器組成，葉片轉軸與異步電機轉軸剛性聯接，勵磁正弦波發生器產生調頻調幅正弦波電流，對異步電機的轉子勵磁；葉片受風轉動，葉片轉軸與葉片聯動，驅動同步電機發電。
專利摘要微功耗異步風力發電機由葉片、葉片轉軸和異步電機組成，異步電機的轉子采用調頻調幅正弦波勵磁，輸出電壓與電網同頻、同相、同幅，直接并入電網。該異步風力發電機組中的葉片轉軸直接驅動異步電機，免除了雙饋感應發電機中的增速齒輪箱；微功耗異步風力發電機組安裝好就能發電，顛覆了切入風速和切出風速概念；風再小，只要葉片在動，就能發電，風再大，只要風機括不倒，就能發電，整機機械能損耗和電能損耗都接近零。
文檔編號H02J3/38GK202817794SQ20122051269
公開日2013年3月20日 申請日期2012年10月8日 優先權日2012年10月8日
發明者郁百超 申請人:郁百超