CN1295192A - 超低速风力发电机 - Google Patents

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汪敦泳
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Abstract

超低速风力发电机为一由转动盘、固定盘、风轮叶片、固定轮、立竿、集电环盘、舵杆、尾舵和逆变器组成的***。转动盘和固定盘构成该***的发电机,逆变器包括50赫正弦波振荡器、整形电路、低压输出电路和倒相推挽电路。本***中的发电机的优点,一是具有超低速建压特点,能在叶片转速低于每分钟100转时正常发电,为弱风地区风力资源的开发利用提供了新途径;二是结构简易,铁芯无开槽,也无电枢绕组,易维修,使用寿命长。

Description

超低速风力发电机
本发明涉及一种风力发电机，尤其是一种超低速风力发电机。
现有技术的风力发电机，因发电机本身不具有超低速运行性能，故用此类发电机设计的风力发电机，便不能适应在微弱风速条件的正常发电，从而限制了在广大的弱风能地区的推广使用。
本发明的任务是设计一种超低速发电机和能向负载输出工频正弦波电能的逆变器，从而使装有这种超低速发电机和逆变器的风力发电机组，能在极低风速下正常运行和发电。
这一任务是这样实现的：本发明的基本结构型式是一个由转动盘1、固定盘2、风轮叶片3、固定轴4、立竿5、集电环盘6、舵杆7、尾舵8和逆变器所组成的***。本发明正是对这一***的主要构件提出了改进设计，一是采用由转动盘1和固定盘2组成发电机，二是采用由整流器和逆变器组成电子装置，保证向负载输出稳定的工频正弦波220伏交流电。
所述发电机的转动盘为一园形盘体，其上镶嵌若干块成偶数的单体永久磁体，各磁体间留有相等的间隙，如此便构成一单体永久磁体沿园盘周向呈环状排列的转动盘，在此转动盘的另一侧面安装风轮叶片。
和风轮的转动盘相对应，还相向设置另一固定盘，两盘相间，留有一定空气隙，固定盘上安装若干组带铁芯的感应线圈，其线圈数量和转动盘上镶嵌的永久磁体相等。如此设置，当风推动叶片，使转动盘旋转时，其上镶嵌的呈环状分布的永久磁体便形成一旋转磁场，且使与之相向安装的固定盘上的感应线圈，因切割磁力线而产生感应电流。这种由转动盘和固定盘所构成的发电机，因启动力矩小，即使在微弱风速条件下，风叶也能驱动转动盘转动，并从感应线圈输出工频交流电。
此感应电流经集电环输送至整流器后，变为直流电并贮于蓄电瓶中。待需向负载供电时，再通过逆变器，将贮于蓄电瓶中的直流电，转变为工频正弦波220伏交流电。
上述的逆变器由下述电路组成，即一个包括有六反相器、施密特触发器、钳制电路和调频电路构成的50赫正弦波振荡器以及整形电路、低压输出电路、倒相推挽电路和跟踪电路。
这一逆变器的工作原理为：由整流器或蓄电瓶中引入的直流电，经振荡器产生50赫交流信号，并通过整形电路对波形整形，变为标准形工频正弦波信号，再经倒相和推挽电路作功率放大后，由升压变压器的次级，向负载提供240V-220V的正弦波工频电。
由上述可知，本发明的优点，一是由转动盘和固定盘构成的发电机，具备良好的超低速建压特点，为解决弱风发电的难题开辟了新的途径。使用实践证明，即使叶片转速低于每分钟100转，也能正常发电。这一优点为我国广大的微风地区风力资源的开发利用提供了希望；二是这种发电机产生的电能，为标准形正弦波工频电，能满足不同负载特性的要求，适合各种家庭用电装置使用；三是发电机不沿袭常规的转子、定子结构，铁芯无开槽，也无电枢绕组，故整机结构简易、紧凑、安全牢固，运行平稳可靠，易维修，使用寿命长。
以下结合附图，对本发明的实施进行详述，其中：
图1为本发明风力发电机的外观图。
图2为本发明发电机的轴向剖视图。
图3为本发明发电机的转动盘结构示意图。
图4为本发明发电机的固定盘结构示意图。
图5为本发明发电机的集电环结构示意图。
图6为本发明发电机的集电环的剖视图。
图7为本发明发电机的逆变器电原理图。
由图1可知，本发明的风力发电机由下述构件组成：由转动盘1和固定盘2构成的盘式发电机，发电机的固定盘通过固定轴4和立竿5连成一体，风轮叶片3安装在发电机的转动盘2上，装在立竿下端的集电环盘以及舵杆7和尾舵8，以及逆变器。
上述的盘式发电机，如图2、图3和图4所示，为由转动盘1和固定盘2构成。其转动盘为一园形盘体9，其上沿全周边镶嵌8块单片永久磁体10，各磁体间有相等的间隙11；和此转动盘1相向设置另一固定盘2，其上安装有和转动盘1上永久磁体10数量相等的、8只带铁芯14的感应线圈15。
上述的集电环盘，如图5、图6所示，装于立竿下端，且通过立竿和盘式发电机相连接。此集电环盘6，分内外两层环，外层环接触片16和内层环接触片17之间，均填有绝缘材料18。当风驱动叶片转动，使盘式发电机发电时，两只集电环接触片16、17，因和固定于盖盘19上的两只触头20，通过压力簧21的作用，而保持良好的接触性能，且将由盘式发电机从固定盘上的感应线圈产生的感应电流，向负载输出。
上述逆变器，如图7所示，其构成为：一个由六反相器Ic1的1、2、3集成组件、施密特触发器Ic2、二极管D1、电容C1和电阻R2组成的钳制电路、一个由电阻R1、电位器W3和电容C1组成的调频电路和耦合电容C2所组成的50赫正弦波振荡器；一个由六反相器Ic1中的4、5、6集成组件、电位器W1和W2、电阻R3、R4、R5、R6和电容C3组成的整形电路；一个由功放管BG1和变压器B1组成的低压输出电路；一个由三极管BG2及BG3、电阻R9、R10、R11、R12、热敏电阻R13、R14和功放管BG4、BG5组成的倒相推挽电路；一个由电容C4、电阻R17组成的滤波稳压电路和一个由变压器B2抽头线圈、电阻R16、电容C5构成的负反馈跟踪电路。在上述电路中，变压器B1的次级0、1、2端，分别和倒相电路的0、1、2端对应相接。
上述逆变器的工作原理，如图7所示，由整流器或蓄电瓶输入的24伏直流电，在正弦波振荡器中产生50赫交流信号，经整形电路整形后，由功放管BG1和变压器B1输出大于6.5伏的正弦波信号，再经倒相推挽电路进行功率放大后，由升压变压器B2转换为240-220伏的工频交流电，向用电装置供电。
在图7中，从升压变压器引入的5伏交流电，经电阻R16、电容C5组成的反馈电路，由F端向功放管BG1提供同步跟踪信号，而双整形电路则是将前级送入的波形电压，通过交替调节电位器W1、W2，实现二次整形，从而使由振荡器产生的波形畸变大为减小，达到标准正弦波形。
由触发器Ic2引出的反馈交流信号，经钳制电路，可实现调频和稳频作用。而由升压变压器B2的初级中点及三极管BG1和整流电源相连，向逆变器供给24伏直流电源。
按上述设计方案，本发明的风力发电机，在有风压时，风驱动叶片，使盘式发电机的转动盘因转动而产生旋转磁场，且使固定盘上的带铁芯的感应线圈产生感应电流。此感应电流经集电环输出，再经整流后，向蓄电瓶充电。当需用电时，逆变器再将贮于电瓶中的直流电，转变为工频正弦波220伏交流电，向用电装置供电。
按上述图2、图3和图4所示的本发明的发电机，当转动盘上的单片永久磁体为8只，而固定盘上的感应线圈也为8只时，若将8只感应线圈作全并联接线，则只要风速达到94rpm，即可产生50赫工频正弦波交流电。故本发电机是一种具有超低速建压特性、适用于在广大弱风地区推广使用的风力发电机。

Claims (3)

1、超低速风力发电机由转动盘、固定盘、风轮叶片、固定轴、立竿、集电环盘、舵杆、尾舵和逆变器所组成的***。其特征在于：
所述的转动盘为一圆形盘体，其上镶嵌若干块成偶数的单体永久磁体，各磁体间留有相等的间隙，如此便构成一单体永久磁体沿圆盘周向呈环状排列的转动盘，在此转动盘的另一侧面安装风轮叶片。
和转动盘相对应，还相向设置另一固定盘，两盘之间，留有空气隙，固定盘上安装若干组带铁芯的感应线圈，其线圈数量和转动盘上镶嵌的永久磁体相等。
2、根据权利要求1所述的风力发电机，其特征在于，逆变器的构成为：一个由六反相器Ic1的1、2、3集成组件、施密特触发器Ic2、二极管D1、电容C1和电阻R2组成的钳制电路、一个由电阻R1、电位器W3和电容C1组成的调频电路和藕合电容C2所组成的50赫正弦波振荡器；一个由六反相器Ic1中的4、5、6集成组件、电位器W1和W2、电阻R3、R4、R5、R6和电容C3组成的整形电路；一个由功放管BG1和变压器B1组成的低压输出电路；一个由三极管BG2及BG3、电阻R9、R10、R11、R12、热敏电阻R13、R14和功放管BG4、BG5组成的倒相推挽电路；一个由电容C4、电阻R17组成的滤波稳压电路和一个由变压器B2的抽头线圈、电阻R16、电容C5构成的负反馈跟踪电路。在上述电路中，变压器B1的次级0、1、2端，分别和倒相电路的0、1、2端对应相接。
3、根据权利要求1所述的风力发电机，其特征在于，集成环盘装于立竿下端，且通过立竿和盘式发电机相连接。此集电环盘6，分内外两层环，外层环接触片16和内层环接触片17之间，均填有绝缘材料18。当风驱动叶片转动，使盘式发电机发电时，两只集电环接触片16、17，因和固定于盖盘19上的两只触头20，通过压力簧21的作用，而保持良好的接触性能，且将由盘式发电机从固定盘上的感应线圈中产生的感应电流，向负载输出。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN101235794B (zh) * 2007-12-17 2011-07-06 黄金伦 高低速风轮共塔架
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