[實用新型]微功耗異步風力發電機

有效

• 申請號: 201220512696.2
• 申請日: 2012-10-08
• 公開（公告）號: CN202817794U
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 郁百超
• 申請（專利權）人: 郁百超
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;F03D9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種微功耗異步風力發電機。

背景技術

全換相風力發電機系統，其變換器將頻率變化的電能轉換為與電網頻率相同的恒頻電能，采用普通異步發電機通過變換器并網，但由于發電機轉速較高，葉片轉軸與發電機之間需要通過齒輪相嚙合，如圖1所示。

圖1中的電路略去了異步發電機轉子的勵磁電路。

發明內容

微功耗異步風力發電機整機由葉片、葉片轉軸、異步電機、勵磁正弦發生器組成，葉片轉軸與異步電機轉軸剛性聯接，勵磁正弦波發生器產生調頻調幅正弦波電流，對異步電機的轉子勵磁；葉片受風轉動，葉片轉軸與葉片聯動，驅動同步電機發電。

圖2是微功耗異步風力發電機(略去了異步發電機轉子的勵磁電路)，異步電機的定子采用調頻調幅正弦波勵磁，輸出電壓與電網同頻、同相、同幅，可直接并入電網。該異步風力發電機組中的葉片轉軸直接驅動異步電機，免除了增速齒輪箱；微功耗異步風力發電機組安裝好就能發電，顛覆了切入風速和切出風速概念；風再小，只要葉片在動，就能發電，風再大，只要風機括不倒，就能發電，整機機械能損耗和電能損耗都接近零。

圖2是微功耗異步風力發電機原理框圖，葉片轉軸直接驅動異步發電機，無齒輪箱的機械傳動損耗；轉子勵磁電流采用微功耗功率變換獲得，其功率損耗接近零。

附圖說明

圖1是傳統風力發電機原理圖；

圖2是微功耗異步風力發電機原理圖；

具體實施方式

1、輸出電壓與電網同頻

異步發電機輸出電壓的頻率由下式決定：

f＝n×p/60+f1(Hz)；????(1)

f：輸出電壓頻率；

f1：轉子勵磁電流頻率；

n：發電機轉軸轉速；

p：發電機轉子極對數。

設電機轉子極對數為2，輸出電壓頻率為50Hz，則由(1)式可計算得風葉轉軸轉速為：

N＝50×60/2＝1500(轉)；????(2)

即當異步發電機的極對數為2時，風葉轉軸轉速應為1500轉。異步發電機的極對數是固定不變的，風力發電機的風葉在自然風的驅動下，其轉速一般為12-22轉，為了滿足異步發電機轉速的要求，雙饋感應發電機必須要有增速齒輪箱，把12-22轉增加到1500轉。

從(2)式可以看到，發電機的轉達速n和發電機的極對數p是不可改變的，為了穩定輸出電壓頻率f，只有改變勵磁電流的頻率f1。當去掉增速齒輪箱以后，為了保證輸出電壓頻率為50Hz，根據式(1)可以計算出勵磁電流的頻率：

f1a＝f-n×p/60＝50-12×2/60＝50-0.40＝49.60(Hz)

f1b＝f-n×p/60＝50-22×2/60＝50-0.73＝49.27(Hz)

當風葉轉軸在12-22之間變化時，勵磁電流的頻率應在49.60-49.27之間變化，這就保證了輸出電壓的恒頻。

2、輸出電壓與電網同幅

由于感應電動勢的幅值由下式決定：

Ey＝4.44fNyΦ1????(3)

其中Ey為感應電動勢，

f為勵磁電流頻率，

Ny為勵磁線圈匝數，

Φ1為氣隙磁通，

由(3)式可知，感應電動勢Ny與氣隙磁通Φ1成正比，而Φ1與磁場強度B1成正比，而B1與勵磁電流I1成正比，只要控制勵磁電流I1就可以控制感應電動勢Ey，這就保證了輸出電壓的恒壓。

由于異步發電機轉子的勵磁電流直接取自電網，這也就保證其輸出電壓與電網完全同相。

3、轉子調頻正弦波勵磁電流的產生

轉子勵磁電流應該隨風力大小，其頻率和幅值可調，以保證恒頻、恒壓、同相三要素，可采用“無高頻變換通用變頻器”(專利號：201020145045.5)所描述的方法，產生頻率和幅值可可調的電流，對異步發電機的定子勵磁。

4、全風速發電

按照蒲福風級表，從最低零級到最高17級，風速從0,2m/s到61.2m/s，微功耗異步風力發電機都能發電。由于免除了增速齒輪箱，風葉轉軸直接驅動異步發電機的轉子，只要風葉在動，發電機的轉子就動，發電機轉子一動，定子就有電流輸出。另外，當葉片轉速為12轉/s，根據公式(1)可計算出齒輪箱的變比為250，當葉片轉速為1轉/s，根據公式(1)可計算出齒輪箱的變比為3000，此式說明只要存在增速齒輪箱，就不可能低轉速(12轉以下)發電。