专利名称：无刷励磁同步风力发电机组的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种风力发电机组，尤其是一种高速无刷励磁同步风力发电机组。
背景技术：
随着环保节能意识的提高，近年来风力发电设备的发展极其迅速。目前风力发电 机主要有永磁发电机和异步发电机两大类，特别是转速在1000-1800转/分的异步双馈发 电机。 永磁发电机是在转子上安装有永久磁铁，发电机的转子旋转时，其旋转磁场切割 定子绕组就会在发电机定子上产生电压。 风力发电机的桨叶转速一般都较低，这就要求永磁发电机要具有相当多的极对 数，使得发电机组的径向尺寸和高空平台尺寸都比较大，因而风塔支柱结构的受力很大，这 会导致塔身结构的投资增大；此外，永磁材料在长期运行中不可避免的存在退磁的问题，高 空充磁或更换磁极也是一件非常麻烦的事情。 异步双馈发电机由于集电环故障率高，后期维修工作量大，另外，异步双馈发电机 体积和重量较大。
发明内容本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种无刷励磁同步风力 发电机组，具有能量转换率高，制造成本低，运行安全可靠的特点。 为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是一种无刷励磁同步风力发电 机组，包括有一塔筒15，塔筒15上部设有机舱14，机舱14外设有风向仪风速标7，机舱14 内设有轮毂1、变桨装置2、齿轮箱3、同步发电机4、励磁整流器5、同步励磁机6、偏航装置 8、变流系统11和PLC控制柜10，轮毂1输入端设有叶片13，轮毂1的输出端设有变桨装置 2，轮毂1的输出轴经过齿轮箱3与发电机4连接，发电机4经励磁整流器5与同步励磁机 6同轴连接，轮毂1的一侧设有偏航装置8，偏航装置8连接有机舱底盘9，同步发电机4通 过地面变流系统11与电网12相连；PLC控制柜10分别与变桨装置2、偏航装置8、变流系 统11，同步励磁机6、风速仪风向标7电路连接。 所述的偏航装置8与机舱底盘9通过齿轮啮合。 可编程控制器(Programmable Logic Controller)简称PLC，如上所述的PLC控制 柜10是以可编程控制器为核心的控制柜，本系统中为了节省机舱空间，PLC控制柜10分为 主从两个柜体，分别置于机舱和机塔。 本实用新型采用偏航装置8与机舱底盘连接。PLC控制柜10分为主从两个柜体，以 便节省机舱空间，同时，两个柜子各自配备自身的CPU，这样，当出现通讯中断等故障以后， 各柜可以分别按照故障等级执行事先编好的紧急处理程序。 由于采用高速无刷励磁同步风力发电机，所以在电压调节和工作效率以及可靠性
3等方面具有发电机系统无法相比的稳定性和经济性；这种发电机具有同等功率下体积小、
效率高和安装方便的特点；并且，因为省去了集电环，所以提高了安全性能。 由于采用了励磁整流器5与同步励磁机6，所以能够实现额定功率下的最优输出
功率调节；由于采用可以实现全功率逆变的变流系统ll，不仅能够提高供电电源的质量，
而且将发电机组和电网隔离，能实现低电压穿越，保证整体电网的安全的优点。 该技术方案与直驱永磁方案相比，不存在磁性减弱、发电机结构复杂、电机制造难
度和体积加大等问题，更有利于分散系统危险，技术风险更小；与异步双馈方案相比，又具
有并网容易、电能质量高等优点。 本实用新型由于采用了 PLC控制柜10实现对整个发电机组的自动化控制，所以具 有以下优点 —、控制技术自动控制与远程监控。实现风功率曲线与发电功率、输出、幅值、频 率控制、整体自动控制、实现风机的自动化运行和安全发电性能。 二、变桨控制通过编码器采集到的主轴转速，及根据风功率数值，调节叶片的角 度，满足发点控制系统参数，得到较平稳的功率输出。减少对电网的冲击，得到最佳的发电 效果。使风速在3m-15m/s得到最佳发电量，提高13X的发电效应。 三、恒频控制频率调节范围50HZ至60HZ。变流装置受定额要求进行调解达到恒
频要求。以保证电压频率输出相对稳定精度±1% .具有稳定的频率、电流、电压控制和抗
电网跌落能力。减少变流装置输出与发电机产生分布电感分布电容的设计。 因此，本实用新型具有发电量高、安全可靠、运行成本低、使用寿命长，实现对风机
的整体自动化控制的特点。
图1是本实用新型的结构示意图。 图2是本实用新型机舱14的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的结构原理和工作原理作进一步详细说明。 —种无刷励磁同步风力发电机组，包括有一塔筒15，塔筒15上部设有机舱14，机 舱14外设有风向仪风速标7，机舱14内设有轮毂1、变桨装置2、齿轮箱3、发电机4、励磁 整流器5、同步励磁机6、偏航装置8、变流系统11和PLC控制柜10，轮毂1输入端设有叶片 13，轮毂1的输出端设有变桨装置2，轮毂1的输出轴经过齿轮箱3与发电机4连接，发电机 4经励磁整流器5与同步励磁机6同轴连接，轮毂1的一侧设有偏航装置8，偏航装置8连 接有机舱底盘9，发电机4与地面变流系统11电路连接后进入电网12。 PLC控制柜10分别 与变桨装置2、偏航装置8、变流系统11，同步励磁机6、风速仪风向标7电路连接。所述的 PLC控制柜10分为主从两个柜体。所述的PLC控制柜10配备有CPU处理器。 本实用新型的2丽高速无刷励磁同步风力发电机组是在塔筒15上固定了机舱14， 机舱14由轮毂1 、变桨装置2 、齿轮箱3 、发电机4 、励磁整流器5 、同步励磁机6 、偏航装置8 、 变流系统ll， PLC控制柜10构成。在轮毂1上装有变桨装置2，轮毂1的输出轴经过齿轮 箱3与发电机4连接，同步励磁机6经励磁整流器5与发电机4同轴连接，侧面装有偏航装置8，发电机4通过地面变流系统11与电网12相连。在轮毂l上固定有叶片13 ;在机舱14的外面设有风向仪风速标7。 PLC控制柜10分别与变桨装置2、发电机4、同步励磁机6、风速仪风向标7、偏航装置8、变流系统11电路连接。 发电机4的速度和温度都是通过PLC控制柜10来检测和控制的。同时，PLC控制柜10还接受风速仪风向标7发送的风速风向信号，从而输出信号给偏航装置8和变桨装置2，由偏航装置8控制机舱底盘9的转动，以达到使叶片1总是对着风的目的。再由变桨装置2控制叶片1的锥角，从而在低风速情况下得到最大的转动扭矩，在额定功率上控制功率输出。PLC控制柜根据同步发电机4的转速以及风速计算出目标功率，然后输送给同步励磁机6以便提供适当的励磁电压。 本实用新型的2丽高速无刷励磁同步风力发电机实现了对风机的整体控制，采用全功率逆变技术，在很大程度上提高供电电源的质量，保证了风速风向采集成数字信号，经处理完成功率控制、整流、输出、故障排除等权限的智能化控制。[0026] 本实用新型的工作原理是 叶片13带动轮毂1转动，轮毂1经齿轮箱3增速带动发电机4运转，并且同步励磁机6经励磁整流器5与发电机4同轴连接，同步励磁机根据PLC控制柜10提供的目标功率对发电机4励磁，将输出的电输送到地面变流系统11后进入电网12，PLC控制柜IO还接受风速仪风向标7发送的风速风向信号，从而输出信号给偏航装置8和变桨装置2，由偏航装置8控制机舱底盘9的转动，以使叶片1总是对着风向。
权利要求一种无刷励磁同步风力发电机组，包括有一塔筒(15)，塔筒(15)上部设有机舱(14)，机舱(14)外设有风向仪风速标(7)，机舱(14)内设有轮毂(1)，其特征在于，在轮毂(1)上设有变桨装置(2)，轮毂(1)的输出轴经过齿轮箱(3)与发电机(4)连接，发电机(4)经励磁整流器(5)与同步励磁机(6)同轴连接，轮毂(1)的一侧设有偏航装置(8)，发电机(4)与地面变流系统(11)电路连接后进入电网(12)；在轮毂(1)上固定有叶片(13)；PLC控制柜(10)分别与变桨装置(2)、偏航装置(8)、同步励磁机(6)、风速仪风向标(7)、变流系统(11)电路连接。
2. 根据权利要求1所述的一种无刷励磁同步风力发电机组，其特征在于，所述的PLC控制柜(10)分为主从两个柜体。
3. 根据权利要求1或2所述的一种无刷励磁同步风力发电机组，其特征在于，所述的偏航装置(8)与机舱底盘(9)通过齿轮啮合。
专利摘要一种无刷励磁同步风力发电机组，包括一塔筒15，塔筒15上部设有机舱14，机舱14的外设有风向仪风速标7，机舱14内设有轮毂1，轮毂1输入端设有叶片13，轮毂1的输出端设有变桨装置2，轮毂1的输出轴经过齿轮箱3与发电机4连接，发电机4经励磁整流器5与同步励磁机6同轴连接，轮毂1的一侧设有偏航装置8，叶片13带动轮毂1经齿轮箱3增速后带动发电机4运转，同步励磁机对发电机4励磁，并将输出的电输送入电网12，PLC控制柜10将风速仪风向标7的信号，传给偏航装置8和变桨装置2，使叶片1总对着风向，具有发电量高、安全可靠、运行成本低、使用寿命长，实现对风机的整体自动化控制的特点。
文档编号F03D9/00GK201448187SQ20092003345
公开日2010年5月5日 申请日期2009年6月8日 优先权日2009年6月8日
发明者孟彦京, 常杰, 张文苑, 朱玉国, 杨海艳, 郑恩让, 陈景文, 马汇海 申请人:山东长星集团有限公司;陕西科技大学