[發(fā)明專利]智能變徑自啟動垂直軸風力發(fā)電裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110356950.4
• 申請日: 2011-11-11
• 公開（公告）號: CN102352818A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發(fā)明（設計）人: 孫兵;魏建華
• 申請（專利權）人: 南通紡織職業(yè)技術學院
• 主分類號: F03D9/00
• 分類號: F03D9/00;F03D3/06;F03D7/06
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發(fā)明涉及一種風力發(fā)電裝置，具體為一種智能變徑自啟動垂直軸風力發(fā)電裝置。

背景技術

風能是一種干凈、儲量極為豐富的可再生能源，本質上是太陽能的一種轉化形式。風力機的類型按照風力機風輪轉軸與風向的位置，可分為水平軸風力機和垂直軸風力機。與水平軸風力機相比，垂直軸風力機可接收任意方向的來風，無需對風裝置，風輪和能量轉換的其它部件，如齒輪、發(fā)電機等，可方便的安裝在地面上，因而不需要建立昂貴的塔架，而且便于維護、保養(yǎng)，從而降低了制造和運行費用。因此，垂直軸風力機逐漸成為小型風力發(fā)電機的首選，研究垂直軸風力機具有廣泛的實際意義和良好的應用前景。

由于風能具有隨機性和不確定性，導致風能的利用率不高，風力機的風輪轉速隨風速變化快，導致輸出電壓變化大、波動快，給風力機的安全穩(wěn)定運行以及后續(xù)的電能處理帶來一定困難。同時，從風力發(fā)電最大功率跟蹤（MPPT——Maximum?Power?Point?Tracking）的角度出發(fā)，由于對于一個特定的風速，風力機只有運行在一個特定的機械角速度下，風力機才會獲得最大的能量轉換效率，因此，針對不同的風速，需要調節(jié)風力機轉速，使風輪葉片的葉尖線速度與風速之比保持不變，從而達到MPPT控制的目的。對于一般風力機，可以利用發(fā)電機轉矩控制和偏航系統(tǒng)來改變風力機的轉速，而對于垂直軸風力機，由于沒有偏航系統(tǒng)，只能通過調節(jié)發(fā)電機轉矩來控制轉速。目前針對發(fā)電機轉矩調節(jié)的研究大多只是立足于對發(fā)電機輸出電能的后續(xù)處理，通過調節(jié)DC/DC變換器觸發(fā)脈沖的占空比來控制發(fā)電機的輸出電功率，進而控制轉矩，實現(xiàn)變速運行，達到風力發(fā)電機最大功率點跟蹤的目的。即：增加觸發(fā)脈沖的占空比，則傳輸?shù)截撦d上的電功率將增加，發(fā)電機輸入的機械功率小于輸出的電功率，轉速將要減小；同理，減小觸發(fā)脈沖的占空比，則傳輸?shù)截撦d上的電功率也將減小，發(fā)電機輸入的機械功率大于輸出的電功率，轉速將要升高。

DC/DC變換器觸發(fā)脈沖占空比的調節(jié)變化需要通過控制算法與風力機的輸出功率變化相對應，當風速變化較快的時候，風力機風輪轉速相應變化加大，導致風力機的輸出功率變化快，給占空比的精確分析計算和及時輸出控制帶來困難。為了確保風力發(fā)電裝置的安全穩(wěn)定運行，也為了能更有效地實現(xiàn)MPPT控制，都需要更多更有效的針對發(fā)電機轉矩的控制方法，使風力機的風輪轉速能夠根據(jù)不斷變化的風速盡量穩(wěn)定在一定的轉速區(qū)間，盡量保持一定的正比例關系，不致產生突變，從而既避免了風力機各種機械傳動零部件的過快磨損，尤其是在風速過大時及時保證設備安全，又能充分發(fā)揮MPPT控制算法的最大功效，避免因為風輪轉速變化過快導致最大功率點跟蹤不及時或控制出錯的故障發(fā)生。

直線翼型結構的垂直軸風力機的葉片采用飛機的機翼型斷面形狀，是利用空氣升力產生的旋轉力矩來工作的，雖然發(fā)電效率比利用空氣阻力產生旋轉力矩的阻力型垂直軸風力機高，但卻存在啟動困難的不足。為了提高升力型垂直軸風力機的啟動性能，目前大多采用升阻復合型葉片結構，通過調節(jié)葉片相對于旋轉切線的角度，實現(xiàn)升力型與阻力型的轉換，導致風輪機構過于復雜，不利于風力機的長期穩(wěn)定運行。通過外加輔助啟動力矩的方法則能夠在不改變升力型垂直軸風力機風輪結構的基礎上實現(xiàn)風力機的自啟動運行，是一種安全有效的方法。

發(fā)明內容

發(fā)明目的：為了解決現(xiàn)有技術中的問題,本發(fā)明提供了一種智能變徑自啟動垂直軸風力發(fā)電裝置，能夠根據(jù)風速大小，實現(xiàn)風輪回轉半徑的改變以及風力機的自啟動運行的裝置。

技術方案：為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所述的一種智能變徑自啟動垂直軸風力發(fā)電裝置，該風力發(fā)電裝置包括：風輪葉片、風輪主軸、上變徑幅桿、底座、下變徑幅桿、變徑連接座、變徑齒條軸、風輪主軸豎槽、滑動軸承、螺栓、防護罩、齒輪軸、第一直齒輪、垂直軸錐齒輪、水平軸錐齒輪、主傳動軸、聯(lián)軸器、伺服電機、電機連接座、自啟動機構電磁離合器、變徑機構電磁離合器、齒輪箱體、第二直齒輪、第三直齒輪、發(fā)電機、從動帶輪、發(fā)電機傳動軸、同步帶、主動帶輪、中間軸；

上述部件的連接關系如下：

風輪主軸上設有風輪主軸豎槽；風輪葉片上部與上變徑幅桿的一端連接；上變徑幅桿的另一端與風輪主軸的頂端連接；風輪葉片下部與下變徑幅桿的一端連接，下變徑幅桿的另一端與變徑連接座連接；變徑連接座安裝于變徑齒條軸上，變徑齒條軸安裝于風輪主軸豎槽內；滑動軸承安裝于變徑齒條軸和風輪主軸豎槽之間；