专利名称：风力发动机大风停机时的安全保护方法
技术领域：
本发明涉及一种风力发动机大风停机时的安全保护方法。
背景技术：
主轴系统对于设置有齿轮箱的风力发动机而言， 一般包括轮毂、主轴、齿轮 箱、高速轴和发电机，对于不包括齿轮箱的风力发动机而言， 一般包括轮毂、主轴 和发电机，例如直驱型风力发动机。风力发动机大风停机一般是通过制动装置抱死 主轴系统的控制方法来实现停机的。例如，2007年4月29日公告的CN2837540Y 中国实用新型专利说明书公布了一种风力发动机停机的制动装置，这种制动装置能 够实现平稳停机制动，但是，它没有考虑停机制动后，尤其是大风时，停机制动后 制动装置对叶片和主轴系统的振动问题。
变桨距风力发动机在风速超过切出风速时一般采取顺桨(即叶片桨矩角调整 至90度方位)措施，同时主轴系统上的制动装置抱闸而停机。
然而，刮大风时风向和风速的快速变化，偏航系统来不及反应，所以风向和 风速的变化会对叶片的翼形产生攻角，从而导致叶片气动载荷的大幅增加。当制动 装置的制动盘设置在主轴上，制动后，相当于轮毂固定，这时风载容易激发叶片的 振动，进而造成风力发动机的损坏；当制动装置的制动盘设置在高速轴上时，制动 后，高速轴被抱死，这时，叶片和主轴系统完全暴露在外载荷作用下，容易激发叶 片在平面内的振动，并耦合地引起主轴系统的扭转振动，进而造成风力发动机的损 坏，尤其是叶片和齿轮箱的损坏。
已有另一种大风停机的方法，在风力发动机遇到大风顺桨停机时，制动装置 不抱死而将主轴和叶轮(叶片和轮毂)放空，使其在大风中自由转动。这种大风停 机方法在一定程度上防止了叶片和主轴系统的过载，但对抑制振动的效果并不明 显。
发明内容
本发明的目的在于提供一种风力发动机大风停机时的安全保护方法，避免风 力发动机在停机时因振动而被损坏。
为了实现所述目的，本发明的风力发动机大风停机时的安全保护方法，其特 点是，在风力发动机的发电机上形成磁场和闭合回路，借助风力发动机的主轴系统 的转动使所述闭合回路和所述磁场相对转动，从而在所述闭合回路中形成电流，利 用所述电流的热损耗来产生阻尼，此时，主轴系统处于不抱死状态。
刮大风时，本发明的方法不是直接将风力发动机抱死，也不是完全将风力发 动机放开，而是通过在发电机上形成磁场和闭合回路，通过闭合回路中的电流的热 损耗形成阻尼，从而将风力发动机具有的振动能量转换成热能来消耗掉，进而实现 了风力发动机的减振，防止了大风停机时振动对风力发动机的潜在的损坏。
所述的风力发动机大风停机时的安全保护方法，其进一步的特点是，该发电 机是双馈型发电机，将发电机的转子和定子二者之中的一个的线圈的至少一相绕组 接入直流电源以形成所述磁场，且将发电机的转子和定子二者之中的另一个的线圈 的至少一相绕组形成所述闭合回路。
所述的风力发动机大风停机时的安全保护方法，其进一步的特点是，该发电 机是永磁同步发电机，借助发电机的转子的永磁体形成所述磁场，且将发电机的定 子的线圈的至少一相绕组形成所述闭合回路。
所述的风力发动机大风停机时的安全保护方法，其进一步的特点是，该发电 机是异步发电机，将发电机的定子的线圈的至少一相绕组接入直流电，以形成所述 磁场，将发电机的转子的线圈的至少一相绕组形成所述闭合回路。
所述的风力发动机大风停机时的安全保护方法，其进一步的特点是，该发电 机为励磁式同步发电机，借助发电机的转子中的直流激励形成所述磁场，将发电机 的定子的线圈的至少一相绕组形成所述闭合回路。
所述的风力发动机大风停机时的安全保护方法，其进一步的特点是，所述闭 合回路包括电阻。闭合回路中包括电阻时，电阻连同绕组自身的电阻可加快振动能 量的消耗。
所述的风力发动机大风停机时的安全保护方法，其进一步的特点是，所述闭 合回路是由绕组短接形成。闭合回路是由绕组短接形成时，对振动能量的消耗，可
4以由绕组自身的电阻发热来进行。
本发明的前述目的、技术方案和优点将在下面的描述中详细说明。
图1是本发明的第一实施例中的风力发动机的示意图2是图1中的风力发动机的部分结构示意图3是图1中的风力发动机的发电机的示意图4是图1中的风力发动机的发电机的一变化例的示意图;
图5是本发明的第二实施例的风力发动机的示意图6是图5中的风力发动机的发电机的示意图。
具体实施例方式
下面将结合较佳的实施例对本发明进行详细的描述，应当注意的是，在后 述的描述中，尽管所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是有些术语 则是申请人按其判断来选择的，其详细含义应根据本发明欲揭示的精神来理 解。
第一实施例
如图1和图2所示，风力发动机包括叶片1、变桨装置、主轴系统以及机 舱9。该主轴系统主要由轮毂2、主轴4、齿轮箱5、高速轴6、发电机8组成。 叶片1根部可转动地设置于轮毂2上，变桨装置驱动叶片1转动来调整叶片1 的桨距角，轮毂2与主轴4联接，主轴4与齿轮箱5的输入端联接，齿轮箱5 的输出端与发电机8通过高速轴6联接。主轴4可转动地设置于机舱9上，齿 轮箱5和发电机8之间设有制动装置，制动装置设置于机舱9上。在图l和图 2中，没有显示变桨装置和制动装置。
如图3所示，(是不是应该是如图1、 2和3所示，因为图3中没有叶片1 等)发电机8为双馈型感应电机。在风力发动机正常工作时，风驱动叶片l和 轮毂2转动，并通过主轴4和齿轮箱5将风能传递至发电机8。发电机8的定 子82上的线圈与电网连接，发电机转子81上的线圈通过滑环装置与变流器连接，当转子81转动时，在定子82中生成感应电流馈入电网。
在风速过大而超过切出风速，例如风速达到25m/s时，风力发动机需要顺 桨停机，为此，利用变桨装置驱动叶片1调整桨距角至90度，以使叶片1处 于顺桨位置，此时制动装置不投入工作，而使叶片l和主轴4处于自由转动状 态，由于叶片1处于顺桨(桨距角为90度)的位置，所以轮毂2和叶片1会 缓慢转动或往复转动，然后将发电机8和电网脱开，以防止对电网的不良影响， 由于大风时，风向和风速的快速变化，叶片l会在平面内振动，并引起主轴系 统扭转振动，为了避免风力发动机因该振动而受损，依据本发明的风力发动机 大风停机时的安全保护方法，在发电机定子82的三相线圈中的至少一相接入 直流电84，形成固定磁场，对应地将发电机转子81的三相线圈中的至少一相 短接形成闭合电路或者串入电阻83形成闭合电路，这样，在风向变化导致叶 片l平面内的振动，并引起主轴系统扭转振动时，发电机转子81和定子82之 间产生相对运动，在转子81的闭合电路中产生感应电流，该感应电流通过转 子81线圈自身的电阻或者串入的电阻83发热而损耗，消耗了振动的能量，起 到了阻尼的效果，达到减小叶片l平面内振动和主轴系统扭转振动的目的，最 终保护了风力发动机免受振动损坏。
另外，在前述的方法中，如图4所示，还可以将定子82和转子81的接线 方式互换，即在发电机转子81中的至少一相线圈中接入直流电84形成磁场， 而将发电机定子82线圈中的至少一相短接或者串入电阻83后形成闭合电路， 也可以形成阻尼作用，避免大风停机时风力发动机受损。
第二实施例
如图5和6所示，在本实施例中，风力发动机是直驱型风力发动机，其包 括叶片ll、变桨装置(未显示)、主轴系统、主轴系统上的制动装置以及机舱 19。该主轴系统主要由轮毂12、主轴14和发电机18组成，叶片ll的根部可 转动地设置于轮毂12上，变桨装置驱动叶片11转动来调整桨距角，轮毂12 与发电机转子81联接，轮毂12可旋转地设置在主轴14上，主轴14和机舱19 固定联接，发电机18为低速永磁同步发电机，永磁体85设置于转子81上。 当风驱动叶片11和轮毂12转动时，发电机转子81围绕定子82中心转动。由于电磁感应作用，在定子82中生成感应电流，再通过变流器馈入电网。
在风速过大而超出切出风速，例如风速达到25m/s时，需要顺桨停机。此 时，利用变桨装置驱动叶片11来调整叶片11的桨距角至90度，并将发电机 18和电网脱开，主轴系统上的制动装置不投入工作，以使叶片ll和主轴系统 自由转动，此时，由于叶片ll处于顺桨(桨距角为90度)的位置，所以轮毂 12和叶片11会缓慢转动或往复转动。为了避免风力发动机因振动而受损，依 据本发明的风力发动机大风停机时的安全保护方法，将发电机定子82上的线 圈的至少一相绕组短接或者串入电阻83后短接形成闭合的电路。大风时风向 和风速快速变化，引起叶片11在平面内的振动，并稱合地引起主轴系统的扭 转振动。由于电磁感应作用，在定子82的线圈中就会形成感应电流，由于转 子线圈自身的电阻或者串入的电阻83发热而发生电损耗，消耗了振动的能量， 相当于起到了阻尼的效果，达到减小叶片11平面内的振动和主轴系统扭转振 动的目的，最终保护风力发动机免受振动损坏。
依据本发明的思路，还可以做出这样的推理和延伸当发电机为异步发电 机时，在顺桨停机且叶片和轮毂空转情况下，发电机定子线圈中的至少一相接 入直流电，在电机转子中生成感应电流，再通过电阻发热耗散掉振动的能量， 起到了阻尼的作用，达到减小叶片平面内振动和主轴系统扭转振动的目的。最 终保护风力发动机免受损坏。
另外，当发电机为励磁式的同步发电机时，在顺桨停机时且叶轮叶片和轮 毂空转的情况下，发电机转子中接入直流激励(或者本来就存在)，而将定子 线圈中的至少一相短接或者串入电阻后形成闭合电路。风力发动机的主轴系统 扭转振动时，由于电磁感应作用，在定子中生成感应电流，再通过电阻发热耗 散掉振动的能量，起到了阻尼的作用。达到减小叶片平面内振动和主轴系统扭 转振动的目的，最终保护风力发动机免受振动损坏。
虽然本发明己以较佳实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，任何熟 悉本领域的一般技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，应当可作出种种 的等效的变化或替换。因此，本发明的保护范围当视后附的本申请权利要求所 界定的范围为准。
权利要求
1.一种风力发动机大风停机时的安全保护方法，其特征在于，在风力发动机的发电机上形成磁场和闭合回路，借助风力发动机的主轴系统的转动使所述闭合回路和所述磁场相对转动，从而在所述闭合回路中形成电流，利用所述电流的热损耗来产生阻尼，此时，主轴系统处于不抱死状态。
2. 如权利要求l所述风力发动机大风停机时的安全保护方法，其特征在于， 该发电机是双馈型发电机，将发电机的转子和定子二者之中的一个的线圈的至少一 相绕组接入直流电源以形成所述磁场，且将发电机的转子和定子二者之中的另一个 的线圈的至少一相绕组形成所述闭合回路。
3. 如权利要求1所述风力发动机大风停机时的安全保护方法，其特征在于， 该发电机是永磁同步发电机，借助发电机的转子的永磁体形成所述磁场，且将发电 机的定子的线圈的至少一相绕组形成所述闭合回路。
4. 如权利要求1所述风力发动机大风停机时的安全保护方法，其特征在于， 该发电机是异步发电机，将发电机的定子的线圈的至少一相绕组接入直流电，以形 成所述磁场，将发电机的转子的线圈的至少一相绕组形成所述闭合回路。
5. 如权利要求1所述风力发动机大风停机时的安全保护方法，其特征在于， 该发电机为励磁式同步发电机，借助发电机的转子中的直流激励形成所述磁场，将 发电机的定子的线圈的至少一相绕组形成所述闭合回路。
6. 如权利要求2至5中任一项权利要求所述风力发动机大风停机时的安全保 护方法，其特征在于，所述闭合回路包括电阻。
7. 如权利要求2至5中任一项权利要求所述的风力发动机大风停机时的 安全保护方法，其特征在于，所述闭合回路是由绕组短接形成。
全文摘要
风力发动机大风停机时的安全保护方法，用于避免风力发动机在大风停机时因振动而受损，该安全保护方法的特点是在风力发动机的发电机上形成磁场和闭合回路，借助风力发动机的主轴系统的转动使所述闭合回路和所述磁场相对转动，从而在所述闭合回路中形成电流，利用所述电流的热损耗来产生阻尼，此时，主轴系统处于不抱死状态。
文档编号H02P3/06GK101567653SQ200810036358
公开日2009年10月28日 申请日期2008年4月21日 优先权日2008年4月21日
发明者周宏孝, 张成林 申请人:上海驰风机电科技有限公司