专利名称：微功耗异步风力发电机的制作方法
技术领域：
微功耗异步风力发电机技术领域[0001]本实用新型涉及一种微功耗异步风力发电机。
背景技术：
[0002]全换相风力发电机系统，其变换器将频率变化的电能转 换为与电网频率相同的恒频电能，采用普通异步发电机通过变换器并网，但由于发电机转速较高，叶片转轴与发电机之间需要通过齿轮相哨合，如图I所示。[0003]图I中的电路略去了异步发电机转子的励磁电路。发明内容[0004]微功耗异步风力发电机整机由叶片、叶片转轴、异步电机、励磁正弦发生器组成， 叶片转轴与异步电机转轴刚性联接，励磁正弦波发生器产生调频调幅正弦波电流，对异步电机的转子励磁；叶片受风转动，叶片转轴与叶片联动，驱动同步电机发电。[0005]图2是微功耗异步风力发电机(略去了异步发电机转子的励磁电路)，异步电机的定子采用调频调幅正弦波励磁，输出电压与电网同频、同相、同幅，可直接并入电网。该异步风力发电机组中的叶片转轴直接驱动异步电机，免除了增速齿轮箱；微功耗异步风力发电机组安装好就能发电，颠覆了切入风速和切出风速概念；风再小，只要叶片在动，就能发电， 风再大，只要风机括不倒，就能发电，整机机械能损耗和电能损耗都接近零。[0006]图2是微功耗异步风力发电机原理框图，叶片转轴直接驱动异步发电机，无齿轮箱的机械传动损耗；转子励磁电流采用微功耗功率变换获得，其功率损耗接近零。
[0007]图I是传统风力发电机原理图；[0008]图2是微功耗异步风力发电机原理图；具体实施方式
[0009]I、输出电压与电网同频[0010]异步发电机输出电压的频率由下式决定[0011]f = nXp/60+fl (Hz) ； (I)[0012]f:输出电压频率；[0013]fl :转子励磁电流频率；[0014]η:发电机转轴转速；[0015]P:发电机转子极对数。[0016]设电机转子极对数为2，输出电压频率为50Hz，则由(I)式可计算得风叶转轴转速为[0017]N = 50X60/2 = 1500(转)； (2)[0018]即当异步发电机的极对数为2时，风叶转轴转速应为1500转。异步发电机的极对数是固定不变的，风力发电机的风叶在自然风的驱动下，其转速一般为12-22转，为了满足异步发电机转速的要求，双馈感应发电机必须要有增速齿轮箱，把12-22转增加到1500转。[0019]从⑵式可以看到，发电机的转达速η和发电机的极对数P是不可改变的，为了稳定输出电压频率f，只有改变励磁电流的频率H。当去掉增速齿轮箱以后，为了保证输出电压频率为50Hz，根据式(I)可以计算出励磁电流的频率[0020]fla = f-nXp/60 = 50-12X2/60 = 50-0. 40 = 49. 60 (Hz)[0021]fib = f-nXp/60 = 50-22X2/60 = 50-0. 73 = 49. 27 (Hz)[0022]当风叶转轴在12-22之间变化时，励磁电流的频率应在49. 60-49. 27之间变化，这就保证了输出电压的恒频。[0023]2、输出电压与电网同幅[0024]由于感应电动势的幅值由下式决定[0025]Ey = 4. 44 ΝγΦ1 (3)[0026]其中Ey为感应电动势，[0027]f为励磁电流频率，[0028]Ny为励磁线圈匝数，Φ I为气隙磁通，[0030]由(3)式可知，感应电动势Ny与气隙磁通Φ I成正比，而Φ I与磁场强度BI成正 t匕，而BI与励磁电流Il成正比，只要控制励磁电流Il就可以控制感应电动势Ey，这就保证了输出电压的恒压。[0031]由于异步发电机转子的励磁电流直接取自电网，这也就保证其输出电压与电网完全同相。[0032]3、转子调频正弦波励磁电流的产生[0033]转子励磁电流应该随风力大小，其频率和幅值可调，以保证恒频、恒压、同相三要素，可采用“无高频变换通用变频器”(专利号201020145045. 5)所描述的方法，产生频率和幅值可可调的电流，对异步发电机的定子励磁。[0034]4、全风速发电[0035]按照蒲福风级表，从最低零级到最高17级,风速从0，2m/s到61. 2m/s,微功耗异步风力发电机都能发电。由于免除了增速齿轮箱，风叶转轴直接驱动异步发电机的转子，只要风叶在动，发电机的转子就动，发电机转子一动，定子就有电流输出。另外，当叶片转速为12 转/s，根据公式(I)可计算出齿轮箱的变比为250，当叶片转速为I转/s，根据公式(I)可计算出齿轮箱的变比为3000，此式说明只要存在增速齿轮箱，就不可能低转速(12转以下) 发电。[0036]当风力大到足以使叶片转速达到22转/m以上时，增速齿轮箱必须停机保护，风力太大，无法承受如此大的机械应力。当免除了增速齿轮箱后，叶片转轴直接驱动异步发电机，而异步发电机的正常转速为3000转/m，风再大，叶片转轴的转速也不可能达到3000转 /m,所以微功耗异步风力发电机可以从最小风力到最大风力,全风速发电。[0037]5、异步电动机的调速[0038]电动机和发电机之间存在可逆关系，当采用调频正弦波对异步发电机的转子励磁，可免除发电机的增速齿轮箱，则当采用调频正弦波对异步电动机的转子励磁，同样可以 并免除电动机的减速齿轮箱，达到电动机调速的目的。[0039]6、特点[0040]微功耗异步风力发电机正是采用异步发电机发电，免除了增速齿轮箱，免除了全 功率变换器，显示了异步发电机作为发电机的优势，大大降低风力发电机的机械能损耗和 电能损耗，具有以下优点[0041]I)免除机械传动齿轮箱，减少机械能损耗，同时提高发电系统可靠性；[0042]2)免除双馈感应发电机中转子励磁双向逆变器，或全功率变换器，减少功率变换 过程中的电能损耗；[0043]3)由于采用微功耗功率变换技术获得转子的励磁电流，进一步减小电能损耗；[0044]4)全风速发电，I级软风启动，17级飓风发电，只要叶片动就能发电，只要风机不 倒就能发电，向自然界索取更多能量；[0045]5)由于微功耗异步风力发电机整机效率高，对电网索取的功率极少，对电网依赖 的程度极小，因而低电压穿越功能极佳。
权利要求1. 一种微功耗异步风力发电机，其特征是整机由叶片、叶片转轴、异步电机、励磁正弦发生器组成，叶片转轴与异步电机转轴刚性联接，励磁正弦波发生器产生调频调幅正弦波电流，对异步电机的转子励磁；叶片受风转动，叶片转轴与叶片联动，驱动同步电机发电。
专利摘要微功耗异步风力发电机由叶片、叶片转轴和异步电机组成，异步电机的转子采用调频调幅正弦波励磁，输出电压与电网同频、同相、同幅，直接并入电网。该异步风力发电机组中的叶片转轴直接驱动异步电机，免除了双馈感应发电机中的增速齿轮箱；微功耗异步风力发电机组安装好就能发电，颠覆了切入风速和切出风速概念；风再小，只要叶片在动，就能发电，风再大，只要风机括不倒，就能发电，整机机械能损耗和电能损耗都接近零。
文档编号H02J3/38GK202817794SQ20122051269
公开日2013年3月20日 申请日期2012年10月8日 优先权日2012年10月8日
发明者郁百超 申请人:郁百超