本发明属于发电机技术领域，具体地涉及一种全风速范围风力发电机。
背景技术：
现有垂直轴风力发电机在常规风力下虽然可以进行发电。但要求启动的风力等级高，因为过低的风力等级无法转动扇叶；在运转后，当风力等级过高时会导致旋转轴带动发电机转速过快，影响使用寿命，甚至导致结构损坏；同时转速过高会导致发电机的输出频率过高，增加后端调频装置的投入。甚至超过风电所产生的效益。当风力等级超出风叶旋转承受后需要将风叶刹车抱死，以免损坏。
全风速范围风力发电机可以适应不同的风速，风速很小时可以起将扇叶张开到最大，增加风机叶片的输入力臂长度，输入转矩增加；当风量过高时，可以将叶片缩小，减小风机叶片的输入力臂长度，从而减小输入转矩，达到输入转矩与阻力矩的平衡。使得在风力过高时不会对风叶转速影响。实现全风速下均可以进行正常的发电。全风速范围风力发电机采用恒频发电机，当需要大功率输出时可以多台并联使用。
全风速范围风力发电机采用垂直轴结构型式，可在不同风力等级下进行正常工作的风力发电机，尤其适用于台风环境使用。全风速范围风力发电的旋转轴垂直于地面，多片扇叶均匀排列在周围，扇叶的方向与旋转轴平行，可以适应来自不同方向的风。在风力发电机底部的升降机构，将扇叶升高或降低来调节全风速发电机的扇叶旋转直径，从而调节风机输入转矩，以适应不同的风速。
如图1所示，现有的垂直轴风力发电机的扇叶由4-5个叶片组成，采用空气动力学原理，在风的作用下沿着中轴旋转，带动发电机旋转进行发电。然后通过输电线将电能传输进行利用。垂直轴发电机的扇叶是固定不变的，当风力等级升高时，风功率密度增加，作用到风机叶的力增大，即电机的输入扭矩增大，因此旋转速度就会随之增大，发电机的输入功率就会变大，输出电压、频率升高。当风力等级过高时，风机叶的因输入转矩会过大而使风机叶片的旋转速度过高，导致发电机的旋转转速过快，长时间严重影响其寿命，甚至导致结构性永久损坏；旋转速度过高还会导致发电机的输出电压和频率过高，超出逆变器的调节能力，无法使用。要加大后端电能处理装置的投入，大量浪费资金投入。因此在正常使用过程中，当风力等级超出风叶旋转承受后需要将风叶抱死，以免损坏。此时的风力发电机将无法进行正常发电，使得风力发电机成为不稳定的电源。如并入电网使用，电网需为其提供相同容量的备份，降低了其他发电方式的负载率，增加了发电成本。
技术实现要素：
本发明旨在克服现有技术的缺陷，针对上述问题，提供了一种全风速范围风力发电机。在不同风速下不间断发电，即使台风等特大级风力的恶劣天气也能稳定输出。
为了解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：
一种全风速范围风力发电机，包括可升降扇叶1、支撑臂2、旋转轴3、发电机4和扇叶升降机构5，其特征在于，在旋转轴3上通过支撑臂2固定连接有多个均匀分布的可升降扇叶1，旋转轴3下端通过联轴装置与发电机4固定连接，在发电机4下部安装有扇叶升降机构5，在旋转轴、发电机、扇叶升降机构外表面设有防护外壳6；在防护外壳的顶端或/和防护外壳上部安装多个风力采集传感器，风力采集传感器实时采集到的风力数据，中央处理器通过实时计算、调节进行处理分析得出扇叶高度及扇叶旋转半径，中央处理器通过控制升降机构的升降来调节支撑臂的张开角度值达到上述的调节，以适应外界风力的变化，保障在全范围风力下扇叶能够正常运转。
优选的，当风力小时，通过扇叶升降机构使得可升降扇叶举升起来，达到支撑臂与旋转轴垂直的状态；可升降扇叶的动力臂达到最长，在转速和作用在可升降扇叶上的风压相同的情况下，由于力臂最大，稳定风速下最大输入功率。
优选的，当风速变大，通过扇叶升降机构将发电机与旋转轴降低，使得可升降扇叶高度降低，旋转直径减小，输入力臂减小，保持输入功率不变化。
优选的，当遇到特大级风力时，由于风功率及风密度增强，作用在每个可升降扇叶上的力急剧增加，继续降低可升降扇叶，降低输入力臂来保持输入功率和转速，实现即使在特大级风力状态下也能稳定发电。
优选的，发电机4采用变速恒频发电机直接输出无谐波工频电源，多台发电机并网使用。
优选的，可升降扇叶数量为4-5个。
与现有技术相比较，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明可以适应全风速，在不同风速下不间断发电，即使台风等特大级风力的恶劣天气也能稳定输出。不同风速下通过改变风机叶片的旋转半径来改变输入扭矩，根据发电机输出功率的要求，中央处理器通过实时计算、调节扇叶力臂长度，达到在各种风力等级下稳定发电的目的。
2、发电机采用变速恒频发电机，在输入端进行速度调节，发电机可以直接输出工频电源，不需要变流装置及蓄电池，发出的电源无谐波，质量高，可以多台自行组网，也可以并入国家电网使用，而不需要在发电机的后端增加并车装置。在外表面是防护外壳，可以防护外部风沙雨雪，保证内部元件正常运行。
附图说明
图1是现有的全风速范围风力发电机的结构示意图。
图2是本发明全风速范围风力发电机的工作状态示意图。
图3是本发明全风速范围风力发电机的另一工作状态示意图。
图4是本发明全风速范围风力发电机的另一工作状态示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图2-4所示，全风速范围风力发电机，包括可升降扇叶1、支撑臂2、旋转轴3、发电机4和扇叶升降机构5，在旋转轴3上通过支撑臂2固定连接有多个均匀分布的可升降扇叶1，可升降扇叶数量为4-5个。旋转轴3下端通过联轴装置与发电机4固定连接，在发电机4下部安装有扇叶升降机构5，在旋转轴、发电机、扇叶升降机构外表面设有防护外壳6；在防护外壳的顶端或/和防护外壳上部安装多个风力采集传感器，风力采集传感器实时采集到的风力数据，中央处理器通过实时计算、调节进行处理分析得出扇叶高度及扇叶旋转半径，中央处理器通过控制升降机构的升降来调节支撑臂的张开角度值达到上述的调节，以适应外界风力的变化，保障在全范围风力下扇叶能够正常运转。
外部的风力传感器在时时的检测风力大小，根据发电机输出功率的要求，中央处理器通过实时计算、调节扇叶力臂长度，达到在各种风力等级下稳定发电的目的。风力采集传感器是一种很常见的采集风力大小的传感器，这属于常用元件。可以安装在防护外壳的顶端或适合的位置，也可以多点安装。
中央处理器不会与扇叶等连接。通过升降机构即升降油缸来调节扇叶的高低，即增大或减小输入的力臂，因为输入力矩是输入风力和输入力臂的乘积，所以调节力臂即调节了力矩。输入功率等于转矩与转速的乘积。
如图2所示，根据外部传感器反馈的风力大小计算出扇叶升降距离，进而调节发电机升降，旋转轴跟随升降，达到适合的扇叶高度。在外表面是防护外壳，可以防护外部风沙雨雪，保证内部元件正常运行。在风力小时，通过扇叶升降机构使得扇叶举升起来，达到扇叶支撑臂与旋转轴垂直的状态。这时可升降扇叶的动力臂达到最长，由于输入功率等于转矩与转速的乘积，而转矩又等于力与力臂的乘积，所以在转速和作用在可升降扇叶上的风压相同的情况下，由于力臂最大，提高风机的输入功率，稳定风速下最大输入功率。
如图3所示，支撑臂减小角度的示意图。当风速变大，通过扇叶升降机构将发电机与旋转轴降低，使得可升降扇叶高度降低，旋转直径减小，从而输入力臂减小，克服风力的加大对风机输入功率的影响，保持输入功率不变化。
如图4所示，当遇到特大级风力天气时的缩小角度示意图。当遇到台风等特大级风力的天气时，由于风功率及风密度进一步增强，作用在每个扇叶上的力急剧增加，可以继续降低扇叶，降低输入力臂来保持输入功率和转速，实现即使在台风状态下也能稳定发电。
全风速范围风力发电机采用变速恒频发电机，直接输出无谐波工频电源，单台发电机即可以发出符合标准的工频交流电，直接提供给负载使用；当一台发电机不能满足负载功率要求时，可以将多台发电机并网使用，提供大功率稳定输出；同时根据使用要求，也可以将全风速范围风力发电机与国家电网并网使用。
以上所述仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。