专利名称：宽风速二次可控有触点式风能吸收器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及风力发电领域，特别涉及一种宽风速二次可控有触点式风能吸收 器。
背景技术：
目前，国内外市场上可见的大中型(百KW以上)风力发电系统多为并网系统，中 小型风力发电系统一般独立运行。在风力发电系统中，由于风力大小在任意长短的时间段 都在变，风机所吸收和输出的功率(能量)是一个时刻变化的量，因此，风力发电机输出端 口的电压(指闭路电压)的频率和幅值均是不断变化的量。因此其输出端很难直接带恒定 负载。在实用中一般将风力发电机输出的能量进行整流，再把整流后的脉动直流能量储存 入蓄电池，直流负载直接由蓄电池供电，交流负载则由蓄电池通过逆变装置供电。这就是目 前中小型风力发电系统的标准供用电模式。在这种通用的模式中，最常见的弊端是风能利 用系数小，可利用的风速范围很窄。高速风能得到利用则低速风能被浪费，低速风能被利用 则高速风能必有一部分被浪费。特别是中低速风能被浪费现象十分严重，以至于收不到风 力发电的预期效果。实用中尽管有通过DC/DC电源提高整流电压的技术，但由于其内部存 在整流、逆变等中间环节，其调压范围内存在限制能量输入的较大区域，所以效率不高，因 此应用实例不很多。绝大多部分的实例如图1所示。 在"图l"实例中、风力发电机输出电压标称值为48V，在额定风速(7-8级)下整 流器输入交流脉动三相电压为48-50V(线电压)左右，整流输出直流为64. 5-67. 5V左右， 被充电电池组电压为5X12 = 60V。只有当风力为7-8级风速左右时，整流器输出闭路电压 才能略高于电池组端电压(60V)，使电池处于被充电状态，风能可通过整流器随时储存于电 池组E和电容C之中。当风力为6级及以下时，发电机闭路脉动端电压将低于47V，此时整 流器输出直流端电压将低于63V，此时只能给亏电的电池组作微充电。当风力为5级及以下 时，整流器直流输出电压将低于55V，风力为4级以下时，直流侧输出会更低(45V以下)，在 直流输出电压等于或低于电池组端电压的情况下，风能将无法给蓄电池充电，即风能无法 存储于电池内，当然也无法供60V及以上电压等级的负载或装置使用，因此，此时的风力发 电机形同虚设。风能全部消耗于机械系统的磨损和飞转与风力的磨损运动中，不但浪费了 唾手可得的风能，还置风力发电机于破坏性飞转的危险之中，或者是使发电机不停的处于 耗能制动的限速过程中，即使不引起风力发电机故障，也会大大降低发电机使用寿命。
实用新型内容本实用新型的目的是克服上述不足问题，提供一种宽风速二次可控有触点式风能 吸收器，能够根据基本风速的大小改变风能存储路径、从而使整流环节的直流输出电压能 在宽风速范围内满足充电需求，使风力发电机系统的蓄电池始终处于充电状态，即保证风 机叶片所吸收的绝大部分有效风能都可以被接收和储存，从而提高风力发电机的系统利用 效率。这种电路和装置结构简单、实现容易、体积小、成本低，便于推广。[0005] 本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是提供一种宽风速二次可控有触 点式风能吸收器。所述宽风速二次可控有触点式风能吸收器包括多绕组输出变压器，多路 可控开关组件、可控整流器和选通控制盒；多绕组输出变压器的输出端与风力发电机输出 端相接，多绕组输出变压器的各二次绕组分别与对应的可控开关组件主触点之一侧连接， 各可控开关组件触点之另一侧连接可控整流器输入端，整流器的输出端正负极分别与蓄电 池正负极及直流负载的正负极相连接。 根据本实用新型所述的宽风速二次可控有触点式风能吸收器一优选技术方案是
所述多绕组输出变压器的原边接有带报警接点的三相电压检测仪表，所述三相电压检测仪
表输出端连接选通控制盒；所述选通控制盒的多线输出端连接各可控开关组件线圈。 根据本实用新型所述的宽风速二次可控有触点式风能吸收器一优选技术方案是
所述三相电压监视仪表采用电压变换器、电压互感器或带极限输出接点的电压表。 根据本实用新型所述的宽风速二次可控有触点式风能吸收器一优选技术方案是
所述多绕组输出变压器的副边为多绕组输出，采用工频或低频的铝芯、铜芯特殊或普通电
力变压器。 根据本实用新型所述的宽风速二次可控有触点式风能吸收器一优选技术方案是 所述可控整流装置是可控硅、二级管、三级管、IGBT或IPM电力电子器件或模块的任一种。 根据本实用新型所述的宽风速二次可控有触点式风能吸收器一优选技术方案是 所述选通开关盒是具有计算、比较、和控制输出功能的单片机或工控机或计算机或PLC的 智能控制仪器或设备。 根据本实用新型所述的宽风速二次可控有触点式风能吸收器一优选技术方案是
所述可控开关组件是继电器、接触器、启动器、实现手动或自动的通断开关装置的任一种。 本实用新型的宽风速二次可控有触点式风能吸收器的有益的技术效果是通过加
装本实用新型的风力发电系统，当实际风速接近额定风速范围时，原边电压直接整流；当实
际风速偏离额定风速范围时，经过副边相应绕组升压后整流；即拓宽了可利用风速的范围，
提高了风力发电机的利用系数，又避免了风力发电机因空载而飞转的危害，实践已证明效
果极佳。
图1是现有技术的小型风力发蓄电系统能量吸收、转换、存储和输送的原理电路 图； 图2是本实用新型的装有宽风速二次可控有触点式风能吸收器的小型风力发蓄 电系统能量吸收、转换、存储和输送的原理电路图； 图3是本实用新型实施例的装有宽风速二次可控有触点式风能吸收器的小型风 力发蓄电系统能量吸收、转换、存储和输送的原理电路图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本实用新型做详细说明。 请参照图2，在风力发电机输出端与蓄电池之间增设一套"宽风速二次可控有触点 式风能吸收器"，由一台多绕组(副边)输出的电力变压器(以下简称"变压器")、一组多回路三相交流开关组(每个开关组由开关线圈和开关主触点构成。以下简称"开关组")、一组 三相可控整流器(以下简称"整流器")、一个智能型选通控制盒(以下简称"控制盒")和 一组电压监测仪表(以下简称"电压表")组成(见图2)。变压器原边绕组(单)与风力 发电机输出线相接，副边每个绕组连接一组三相交流可控开关主触点(以下简称开关"开 关主触点")，开关主触点的另一端均并接于可控整流器输入端。可控整流器输出正负极分 别与蓄电池及负载的正负极相接。开关主触点受开关线圈控制，而开关组线圈与控制盒输 出端相连接，受控制盒控制，控制盒输入端与变压器原边绕组的检测仪表相接。由控制盒根 据发电机输出的线电压(即风速)值控制各开关组的通断，即变压器副边各绕组的输出与 否受控制盒控制。当风速大于或等于额定风速时，变压器工作于直接传递能量状态，原边三 相线路直接通过对应的开关组直接被整流。当风速小于额定风速时，变压器工作于升压传 送能量状态，风能通过变压器原边、副边升压线圈和对应的开关组向可控整流器提供整流 电源。 所述变压器是具有多变比输出的电力变压器，其副边线圈为多组，每组线圈匝数 对原边线圈的匝数比不同，从而保证在同一原线圈电压下，不同的副边绕组可得到不同值 的副边电压。 所述开关组是指可以被手动或自动控制的继电器、接触器、启动器等通断类控制装置。 所述整流器组为现代电力电子类无触点开关，系指可控硅或二级管或三级管或 IGBT或IPM等电力电子类器件或模块(包括GTR、 GT0、 P-M0SFET、 IGCT等)。 所述的智能型选通控制盒是具有计算、比较、和控制输出功能的单片机或工控机 或计算机或PLC等智能控制类仪器或设备。 所述电压检测仪表是电压信号的检测与变换仪表，系指电压变送器、电压互感器、 带有极限输出接点的电压检测或监测类仪表。 请参照图3 :本实用新型一具体实施例是风力发蓄电系统中的电力变压器副边 为4组绕组，其相对于原边的变压比分别为1/1 (直通组)、1/1. 25 (B2组)、1/1. 5 (B3组) 和1/1.75(B4组)。各组分别与编号相同的开关主触点连接。中间被充电的蓄电池电压为 2X12v = 24v。并接于蓄电池的灯具负载工作电压为24v。 风力发电机工作时，由选通控制盒根据实测得的风机输出端的电压值的大小，控 制一组开关主触点处于闭合状态，其余开关主触点处于断开状态。即风机工作时只有一组 绕组可以通过整流器向电池注入能量并向负载供电，其他绕组均处于空载无输出状态。例 如，当风力在额定风速范围时，控制盒控制"K/'开关触点闭合而其它开关触点断开，蓄电 池得到的充电能量直接来自发电机输出端；当风速低于额定风速致使风机输出端电压低于 20v时，"K/，开关主触点闭合而其他开关主触点被断开，蓄电池得到的充电能量来自绕组 "B/的输出；当风速再小、风机输出端电压低于16. 3v时"K/开关主触点被选通而其他开关 主触点被断开，蓄电池得到的充电能量来自绕组"B/组的输出端；同理，当风速更小、风机 输出端电压低于14v时，"K/开关主触点被选通，此时蓄电池得到的充电能量来自绕组"B/' 的输出端。显然，变压器二次绕组分级和可控整流配合，可保证有效风速得到最充分利用。 系统中的变压器原边线圈始终处于闭合且存在空载损耗的状态，因此风机输出端 不会出现虚假电压，因而把风机输出端电压作为判断风速大小的物理信号是可靠的。[0026] 以上内容是结合具体的优选技术方案对本实用新型所作的进一步详细说明，不能 认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术 人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视 为属于本实用新型的保护范围。
权利要求一种宽风速二次可控有触点式风能吸收器，其特征在于所述宽风速二次可控有触点式风能吸收器包括多绕组输出变压器，多路可控开关组件、可控整流器和选通控制盒；多绕组输出变压器的输出端与风力发电机输出端相接，多绕组输出变压器的各二次绕组分别与对应的可控开关组件主触点之一侧连接，各可控开关组件触点之另一侧连接可控整流器输入端，各整流器的输出端正负极分别与蓄电池正负极及直流负载的正负极相连接。
2. 根据权利要求1所述的宽风速二次可控有触点式风能吸收器，其特征在于所述多 绕组输出变压器的原边接有带报警接点的三相电压检测仪表，所述三相电压检测仪表输出 端连接选通控制盒；所述选通控制盒的多线输出端连接各可控开关组件线圈。
3. 根据权利要求2所述的宽风速二次可控有触点式风能吸收器，其特征在于所述三 相电压监视仪表是电压变换器、电压互感器或带极限输出接点的电压表。
4. 根据权利要求3所述的宽风速二次可控有触点式风能吸收器，其特征在于所述多 绕组输出变压器的副边为多绕组输出，采用工频或低频的铝芯、铜芯特殊或普通电力变压 器。
5. 根据权利要求4所述的宽风速二次可控有触点式风能吸收器，其特征在于所述可控整流器是可控硅、二级管、三级管、IGBT或IPM类电力电子器件或模块的任一种。
6. 根据权利要求5所述的宽风速二次可控有触点式风能吸收器，其特征在于所述选 通控制盒是具有计算、比较、和控制输出功能的单片机、工控机、计算机、或PLC的智能控制 仪器或设备。
7. 根据权利要求6所述的宽风速二次可控有触点式风能吸收器，其特征在于所述可 控开关组件是继电器、接触器、启动器、实现手动或自动的通断开关装置的任一种。
专利摘要本实用新型公开了一种宽风速二次可控有触点式风能吸收器，包括多绕组输出变压器，多路可控开关组件、整流器和选通控制盒；多绕组输出变压器的输出端与风力发电机输出端相接，多绕组输出变压器的各二次绕组分别与对应的可控开关组件主触点之一侧连接，各可控开关组件触点之另一侧连接可控整流器输入端，可控整流器的输出端正负极分别与蓄电池正负极及直流负载的正负极相连接。本实用新型根据基本风速的大小改变风能存储路径、使整流环节的直流输出电压在宽风速范围内满足充电需求，使蓄电池始终处于充电状态，保证风机叶片所吸收的绝大部分有效风能都被接收和储存，提高风力发电机系统利用效率；结构简单、实现容易、体积小、成本低，便于推广。
文档编号H02J7/32GK201523253SQ20092001502
公开日2010年7月7日 申请日期2009年7月1日 优先权日2009年7月1日
发明者孙毅彪 申请人:孙毅彪