家用系列自稳压微型水力发电机的制作方法

专利名称:家用系列自稳压微型水力发电机的制作方法
本发明是一种专供用户家庭使用的利用农家宅边屋旁零星微小的水力资源发电并能自动地调整稳定发电机电压的装置。
家用系列自稳压微型水力发电机是适应农村联产承包责任制发展的需要，是开发利用微小水能资源，解决边远山区农户用电问题的新型水电装置。
目前我国生产的最小功率的系列水电机组中，还没有专供农户家庭使用的功率在2千瓦以下，低水头(3～4米)、小流量(0.035～0.065米3/秒)的水力发电设备产品，现有功率最小的系列定型产品是3、5、8千瓦三种，而且是以冲击式高水头型产品为主，其引水管一般长几十米，最长的达百多米，有些机组引水管部分的投资往往比发电机组本身还要高出许多，此外大多需要建造电站厂房。国外如印度、秘鲁和罗马尼亚等国家，最小功率的水电装置均在5千瓦以上，也多为高水头型。上述农家微小水能资源大多还没被开发利用。近年来有些地方开始注意了低水头、小功率发电机组的生产，如功率从0.6～12千瓦的轴伸贯流式水电装置，属低水头型，但这些产品的水轮机输出轴大多通过皮带轮或齿轮变速机构与固定在水面或岸边上的发电机相接，构成分装式结构。目前国内外独立的小功率水力发电机(5千瓦以下)都没有变载调速稳压系统，普遍存在着当用电负载变化时，机组输出电压在相当大的范围内剧烈波动，经常导致烧损用电设备。
为了解决这个问题，通常的做法是靠人工监视机组电压并相应手动开闭阀门，这样不仅电站值班人员工作十分紧张，劳动强度大，而且也难于保证变载情况下电压的稳定。1983年3～12月在中国专利局与北京冶金设计情报研究所计算机室经国际连机检索均未见有相同的研究与产品。有些厂家在功率稍大的机组上采用自动调节可动导叶与可控硅连续自动负载调节系统，这些稳压调速装置虽属必要，但这部分投资与主机相比所占比重很大，特别是在2千瓦以下的水电机产品中显得特别复杂和昂贵，其费用要占整套发电装置的一半以上，农民买不起，推广不开，不适于农家单户使用。
本发明的目的是要提供一种适合于农家单户使用的，电压为单相220伏，功率为1000、1500、2000瓦系列，低水头(3～4米)，小流量(0.035～0.065米3/秒)微型水力发电装置，它不但具有电压型自动稳压稳频性能及防止水轮发电机组飞逸的性能，而且结构紧凑，造价不超过每瓦0.8元，比同功率其它水电机组的造价低52%，组成整装微型灯泡贯流式结构。
本装置主要由微型发电机〔1〕、〔2〕、〔3〕、〔4〕、〔5〕;水轮机〔5〕、〔6〕、〔7〕、〔8〕、〔9〕和电子自动稳压调节器〔10〕、〔11〕三部分组成，其主要内容如下1.发电机设计成高转速型，同步转速为3000转/分，其定子〔2〕有主、付二个绕组〔4〕组成，转子〔3〕采用鼠笼形结构，将励磁电容按一定的接线方式接入绕组，其发电机壳〔1〕同时又为灯泡壳体，组成微型单相双绕组电容式异步发电机，外形为灯泡型结构。
2.水轮机导水座〔6〕采用变截面增速的固定导叶〔9〕导水机构，从而组成高速型水轮机额定转速为3000转/分，且与发电机同轴〔5〕省除一般机组中的增速齿轮机构，这样结构大大简化，与发电机构成合一的整体，适应多种水源环境条件，扩大了使用范围。
3.电压型自动稳压装置〔10〕，是不同于国内外现有小水电中采用调速器以及电流型负载调节器，也不采用一般的水电阻做内载，而是利用用电负载变化时引起发电机输出电压的变化与整定电压之差值信号，通过线性集成比例积分放大和触发电路，控制可控硅的导通状态，相应自动配接平衡负载电阻〔11〕，使发电机始终保持在额定范围内运行，有效可靠地解决了自动稳压问题。同时解决了当无外负载时水轮发电机组飞逸的问题，这是上述家用微小功率水力发电机多年来未能解决的关键技术。自动稳压装置的型式，除上述电压型外，还可以有电流型、电抗型、电阻型和电容型等多种型式。目前国内外均尚未见有类似的自稳压装置，1983年我所曾首次研制出电流型负载调节器。本发明与电流型调节器相比，其电压相对稳定性能提高50%，感性负载能力加强，系统进一步简化，成本降低，为系列产品的稳定运行创造重要条件。
本发明是这样实现的小水流按箭头所示方向流经高速微型水轮机，经固定导水叶〔9〕的导向作用，使水流按一定角度的方向冲向转轮叶片〔8〕，同时因为水轮机的出水口截面急剧变小，致使水流速度急速加快，高速度的水流使转轮获得高转速，带动发电机发出额定230伏单相交流电，并通过电子自动稳压装置〔10〕、〔11〕的平衡调节作用，使电压始终保持在220伏额定范围内运行。此时的外负载从零到额定功率(1000、1500、2000瓦)范围内任意变化时，其电压始终保持在220伏±5%范围内长期可靠运行。
主要技术特征1.系列额定功率1000、1500、2000瓦2.额定电压单相230伏3.额定频率50赫芝4.适用水头4米以下5.自动稳压性能220伏±5%6.变载后自动稳压过程时间＜0.5秒
7.每瓦造价不超过0.8元应用实例江苏溧阳某山区小村，利用山涧长流水，在村边合适的地理位置，修建了一个塘坝蓄水，并经溢流闸保持水位，测得水头3.7米，流量大于0.04米3/秒，选用1000瓦水力发电机组，采用管道式，只需用4～5天时间就安装完毕。安装时在水力发电机组的上方，装一只控制流量的蝴蝶阀或其它水闸，电子自动稳压装置放在农户家中，发出的电经架空线(或其它导线)输向用户，首先通入自动稳压装置，外负载(即用电设备)的电源来自稳压装置的输出插口，这样组成一独立的发、供、用电系统。发电前必须将外负载全部切除，否则电压不能建立。开机时缓慢开启蝴蝶阀或水闸，流量逐步加大，水轮发电机转速不断增加达某一转速时开始发电，电压随闸门的开启逐步升高，达某一电压时，自动稳压装置会自动地将内负载(即平衡负载)投入，当电压达到220伏时，停止开闸，稳定发电15分钟后，再细调一次电压务使发电机达到额定状态(220伏、1000瓦)下运行，此时将水闸开度位置做好记号，并固定好。这样开机发电即告完毕，以后开机只需要将水闸开到这一位置即可。合上自动稳压装置上的负载总开关，向用电设备供电，在额定1000瓦功率范围内，无论用电设备(电灯、电视机、收音机、洗衣机、电风扇、电饭煲等)开关如何变更切换，由于自动稳压装置的平衡调节作用，其输出电压均保证在额定220伏±5%范围内运行，确保了用电的安全可靠。
权利要求
1.一种小功率、低水头、小流量的发电装置，其特征在于采用变载调速稳压系统的单相双绕组电容式异步发电机。
2.按照权利要求
1所说的发电机的变载调速稳压系统，其特征在于利用用电负载变化时引起发电机输出电压的变化，经线性集成比例积分放大器放大和触发电路，用可控硅控制平衡负载电阻。
3.按照权利要求
1所说的发电装置，其特征在于除电压型外还可采用电流型、电抗型、电阻型和电容型等型式。
4.按照权利要求
1所说的发电装置，其特征在于水轮机与发电机同轴。
5.按照权利要求
1所说的发电装置，其特征是电机壳(1)同时又为灯泡壳体，其定子绕组(4)有主、付二个绕组，转子(3)采用鼠笼形结构，组成1000、1500、2000瓦系列微型单相双绕组电容式异步发电机。
专利摘要
一种利用农村低水头(3～4米)、小流量(0.035～0.065米3/秒)、零星微小的水力资源发电并能自动地调整稳定发电机电压的新型家庭发电设备系列产品。为微型灯泡贯流式结构。功率1000、1500、2000瓦。电压单相交流230伏。频率50赫。主要由微型发电机、水轮机和电子自动稳压调节器三部分组成。用于偏远山区、丘陵等地，供用户作为生活及微型加工的电源。可适合多种安装形式和水源条件。
文档编号F03B13/06GK85101727SQ85101727
公开日1987年1月17日 申请日期1985年4月1日
发明者赵树楷, 朱兴武, 沈志娟 申请人:农牧渔业部南京农业机械化研究所, 中国农牧渔业国际合作公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan