专利名称：恒压变功率风力发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种恒压变功率风力发电机，具有稳定输出电压并根据风速改变输出功率的功能，属风力发电技术领域。
背景技术：
我们知道风力发电机输出电压受到风速的制约，当风速小时浆 叶转速变慢，发电机输出电压也随之下降，甚至低于额定值，当风速大时浆叶转速变快，发电机输出电压与功率也随之上升，当风速进一步增加超过额定值时，这时如不采取降压与限功率措施，将会对发电机、浆叶、控制器等造成不可逆的伤害。现有的技术大致采取如下措施1、变浆距方式，当风速增大时浆叶沿自身轴方向转动，改变浆叶的迎风攻角，达到减少吸收风能的效果，如专利”风力发电机的变桨距机构“[200810121931]所述；2、变尾翼方式，当风速增大时改变尾翼与浆叶间的夹角，以减小浆叶的迎风面积，达到减少吸收风能的效果，如专利”风力发电机强风保护转动座与尾翼追风结构”[200920162986]所述；3、限功率方式，通过控制器或其它电子装置，使发电机间断工作，达到稳定输出电压与限制输出功率的目的。这些现有的技术都存在以下不足1、上述各种方式都有一个共同之点，当风速超过额定值时，采用限制风力发电机的输出功率，这样就使大量的风力资源白白浪费了 ；2、变浆距与变尾翼方式都属外部机械运动方式，实践证明在恶劣的自然环境中最容易发生故障，也需经常维护保养，但是风力发电机特殊的工作场所，使维护保养工作犹为困难；3、自然界的风力变化具有突然性与不可预测性，单靠变浆距与变尾翼方式是无法保证输出电压的稳定性，这样就必然增加了控制器或其它电子装置的负担，也就是增加了使用成本。
发明内容
本发明提供一种恒压变功率风力发电机，使风力发电机具有稳定输出电压并根据风速改变输出功率的功能。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是总控制器[6]并联在发电机相输出回路中，过零检测装置[4]串联在发电机相输出回路中，并把信号传输给总控制器[6]，磁钢电机[5]依据总控制器[6]输出的信号带动转动磁钢[3]转动，发电机相电枢绕组[2]由若干段组成，在每二段电枢绕组[2]间接有一组转换开关[I]，改变转换开关[I]的通断，可使电枢绕组[2]间呈串联或并联状态，转换开关[I]的通断受总控制器[6]发出的信号控制；总控制器[6]还可并联在发电机线输出回路中，过零检测装置[4]串联在发电机每相输出回路中，每相转换开关[I]的通断受总控制器[6]发出的信号控制；还可用一只过零检测装置[4]串联在输出回路中；还可增加风速检测装置[7]，把其检测到的风速信号直接传输给总控制器[6];转换开关[I]可以是继电器、功率MOS管、双向可控娃。本发明的有益效果是可以采用定浆距与无尾翼结构形式，利用改变磁场强度的方式实现了恒压的功能，根据风速改变电枢绕组的串、并联，从而实现了变功率的功能，可充分利用风力资源，并且无外露的机械传动装置。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图I是转换开关是继电器的单相系统工作联系示意图；图2是用三只过零检测装置三相系统工作联系示意图；图3是用一只过零检测装置三相系统工作联系示意图；图4是增加了风速检测装置的系统工作联系示意图；图5是转换开关是功率MOS管的示意图；图6是转换开关是双向可控硅的示意图。
图中1是转换开关，2是电枢绕组，3是转动磁钢，4是过零检测装置，5是磁钢电机，6是总控制器，7是风速检测装置。
具体实施例方式在图I中，是单相系统工作联系示意图，总控制器[6]并联在发电机相输出回路中，过零检测装置[4]串联在发电机输出回路中，并把信号传输给总控制器[6]，磁钢电机依据总控制器[6]输出的信号带动转动磁钢[3]转动，发电机每相电枢绕组[2]由若干段组成，在每二段电枢绕组[2]间接有一组转换开关[I]，改变转换开关[I]的通断，可使电枢绕组[2]间呈串联或并联状态，转换开关[I]的通断受总控制器[6]发出的信号控制。当风速增大时，浆叶转速同时增加，发电机输出电压也提高，当总控制器[6]测得输出回路电压超出额定值，就发出指令驱动磁钢电机[5]转动，从而使磁场强度减弱，降低了发电机输出电压，这样就形成一闭环控制回路，稳定了输出电压。反之当风速减小时，通过这一闭环控制回路，仍可稳定了输出电压，实现了恒压的功能。转动磁钢[3]调节磁场强度的方式可参照专利2011200520648[调磁型永磁电机]中提出的技术。当风速进一步增大时，总控制器[6]根据设定的参数，驱动转换开关[I]改变工作状态，使电枢绕组[2]由串联改为并联，如果电枢绕组[2]由N段组成，由串联改为并联则截面积是原来的N倍，这样发电机的功率也就提高N倍，实现了变功率的功能，可更为有效地利用风能。由串联改为并联，输出电压势必下降，但风力加大，发电机转速提高，弥补了下降的电压。反之当风速减小时，总控制器[6]根据设定的参数，驱动转换开关[I]改变工作状态，电枢绕组[2]由并联改为串联，使发电机在微风中仍能输出输出功率，极大地提高了对凤能的利用。为减小因电枢绕组[2]的串、并联变换，造成电压过大地波动，通过总控制器[6]可以分段地动改变转换开关[I]工作状态，这是很容易做到的。电枢绕组[2]具有一定的电感量，在断开时会产生较高的自感电势，有可能对系统造成一定的危害，因此在输出回路中串联过零检测装置[4]，使转换开关[I]在电流为零时断开，达到尽量减小自感电势的目的。在图中转换开关[I]是采用一组双联继电器，所有的器件都可方便地安置在电机内部。在图2中，是三相系统工作联系示意图，图中未具体画出转换开关[I]的结构，总控制器[6]并联在发电机线输出回路中，过零检测装置[4]串联在发电机每相输出回路中，并把信号传输给总控制器[6]，磁钢电机[5]依据总控制器[6]输出的信号带动转动磁钢转动，发电机每相电枢绕组[2]由若干段组成，在每二段电枢绕组[2]间接有一组转换开关[I]，改变转换开关[I]的通断，可使电枢绕组[2]间呈串联或并联状态，每相转换开关[I]的通断受总控制器[6]发出的信号控制。我们知道三相发电机每相的电流相位不同，因此用三只过零检测装置[4]分别检测每相电流，用以控制各相转换开关[I]工作状态。在图3中，也是三相系统工作联系示意图，图中未具体画出转换开关[I]的结构，但只用一只过零检测装置[4]，我们知道三相发电机每相的电流相位差为120°，可以用一相过零检测装置[4]的信号推算出另二相电枢绕组[2]的过零信号，因为发电机的转速变化不会太大，精度还是满足要求的。在图4中，在系统中增加了风速检测装置[7]，把其检测到的风速信号及时传输给总控制器[6]，当风速突然变化时，浆叶与发电机的转速变化有一个延时过程，总控制器检测到的电压变化也延时。增加风速检测装置[7]就可及时把风速变化信息传递给总控制器[6]，从而发出信号驱动磁钢电机[5]运动，使转动磁钢[3]转动，还到迅速调节电压的目的。 在图5中，转换开关[I]采用的是功率MOS管，当中间一组功率MOS管导通，二侧二组功率MOS管截止时，二只电枢绕组[2]呈串联状态，当中间一组功率MOS管截止，二侧二组功率MOS管导通时，二只电枢绕组[2]呈并联状态，从而改变了电枢绕组[2]的截面积，实现了变功率的目的。在图6中，转换开关[I]采用的是双向可控硅，当中间一组双向可控硅导通，二侧二组双向可控硅截止时，二只电枢绕组[2]呈串联状态，当中间一组双向可控硅截止，二侧二组双向可控硅导通时，二只电枢绕组[2]呈并联状态，从而改变了电枢绕组[2]的截面积，实现了变功率的目的。
权利要求
1.恒压变功率风力发电机，由转换开关[I]、电枢绕组[2]、转动磁钢[3]、过零检测装置[4]、磁钢电机[5]、总控制器[6]组成，其特征是总控制器[6]并联在发电机相输出回路中，过零检测装置[4]串联在发电机相输出回路中，并把信号传输给总控制器[6]，磁钢电机[5]依据总控制器[6]输出的信号带动转动磁钢[3]转动，发电机相电枢绕组[2]由若干段组成，在每二段电枢绕组[2]间接有一组转换开关[I]，改变转换开关[I]的通断，可使电枢绕组[2]间呈串联或并联状态，转换开关[I]的通断受总控制器[6]发出的信号控制。
2.恒压变功率风力发电机，由转换开关[I]、电枢绕组[2]、转动磁钢[3]、过零检测装置[4]、磁钢电机[5]、总控制器[6]组成，其特征是总控制器[6]并联在发电机线输出回路中，过零检测装置[4]串联在发电机每相输出回路中，并把信号传输给总控制器[6]，磁钢电机[5]依据总控制器[6]输出的信号带动转动磁钢[3]转动，发电机每相电枢绕组[2]由若干段组成，在每二段电枢绕组[2]间接有一组转换开关[I]，改变转换开关[I]的通断，可使电枢绕组[2]间呈串联或并联状态，每相转换开关[I]的通断受总控制器[6]发出的信号控制。
3.恒压变功率风力发电机，由转换开关[I]、电枢绕组[2]、转动磁钢[3]、过零检测装置[4]、磁钢电机[5]、总控制器[6]组成，其特征是总控制器[6]并联在发电机线输出回路中，用一只过零检测装置[4]串联在输出回路中，并把信号传输给总控制器[6]，磁钢电机[5]依据总控制器[6]输出的信号带动转动磁钢[3]转动，发电机每相电枢绕组[2]由若干段组成，在每二段电枢绕组[2]间接有一组转换开关[I]，改变转换开关[I]的通断，可使电枢绕组[2]间呈串联或并联状态，每相转换开关[I]的通断受总控制器[6]发出的信号控制。
4.根据权利要求1、2、3所述的恒压变功率风力发电机，其特征是还包括风速检测装置[7]，把其检测到的风速信号直接传输给总控制器[6]。
5.根据权利要求1、2、3、4所述的恒压变功率风力发电机，其特征是转换开关[I]可以是继电器、功率MOS管、双向可控硅。
全文摘要
恒压变功率风力发电机，总控制器并联在相或线输出回路中，过零检测装置串联在相输出回路中，把信号传输给总控制器，磁钢电机依据总控制器输出的信号带动转动磁钢转动，相电枢绕组由若干段组成，每二段电枢绕组间接有一组转换开关，改变转换开关的通断，可使电枢绕组间呈串、并联状态，转换开关的通断受总控制器发出的信号控制；过零检测装置串联在发电机每相输出回路中；还可用一只过零检测装置串联在输出回路中，还可增加风速检测装置，转换开关可以是继电器、功率MOS管、双向可控硅。用改变磁场强度的方式实现了恒压的功能，用改变电枢绕组的串、并联实现了变功率的功能，可充分利用风力资源，并且无外露的机械传动装置。
文档编号H02P9/48GK102780440SQ20111012029
公开日2012年11月14日 申请日期2011年5月11日 优先权日2011年5月11日
发明者向可为 申请人:向可为