專利名稱：同步發(fā)電機直接并網(wǎng)的風力發(fā)電機組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于風力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種同步發(fā)電機直接并網(wǎng)的風力發(fā)電機組。
背景技術(shù)：
風力發(fā)電機作為清潔能源在當前得到了廣泛的應(yīng)用，目前大型商用風力發(fā)電機主要有三種類型雙饋變速恒頻風力發(fā)電機、半直驅(qū)變速恒頻發(fā)電機和直接驅(qū)動變速恒頻發(fā)電機。在這些應(yīng)用當中，由于風速的不穩(wěn)定，造成由槳葉和輪轂組成的風輪轉(zhuǎn)速是不穩(wěn)定的。這就使發(fā)電機輸出的頻率不穩(wěn)定，無法直接將發(fā)電機并入電網(wǎng)。為解決這個問題，都采用了變流裝置使發(fā)電機的頻率與電網(wǎng)的頻率解耦，實現(xiàn)變速的風機向電網(wǎng)輸送恒定頻率的 電能。雙饋發(fā)電機是定子直接連接電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子連接變流裝置，通過向轉(zhuǎn)子輸送轉(zhuǎn)差頻率的電力，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子輸出恒定頻率的目的，在額定轉(zhuǎn)速以下，轉(zhuǎn)子連接的變流器從電網(wǎng)吸收功率，輸送轉(zhuǎn)差頻率的電能到轉(zhuǎn)子，為磁場提供電網(wǎng)頻率的勵磁電流，使定子產(chǎn)生電網(wǎng)頻率的電能。在額定轉(zhuǎn)速以上，轉(zhuǎn)子變流裝置通過向電網(wǎng)輸送功率，產(chǎn)生負的轉(zhuǎn)差頻率的電能，保證旋轉(zhuǎn)磁場的頻率與電網(wǎng)相同，定子與轉(zhuǎn)子同時向電網(wǎng)輸送電能。半直驅(qū)及直接驅(qū)動的風力發(fā)電機應(yīng)用都是采用變流裝置將發(fā)電機變化頻率的電能轉(zhuǎn)換成直流電然后再逆變到電網(wǎng)來實現(xiàn)發(fā)電。上述提及的幾種技術(shù)方案無一例外的采用了變流裝置，對電網(wǎng)有諧波干擾及在低電壓狀態(tài)下的穿越能力不佳等缺點。為此，期望有調(diào)速裝置能夠?qū)崿F(xiàn)將風輪變化的速度轉(zhuǎn)換成恒定速度的裝置，采用同步發(fā)電機直接聯(lián)接電網(wǎng)，實現(xiàn)如火電或水電同樣的發(fā)電機效
果O
發(fā)明內(nèi)容針對上述存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種同步發(fā)電機直接并網(wǎng)的風力發(fā)電機組。它采用具有調(diào)速裝置的傳動機構(gòu)，使風機輸入變化的轉(zhuǎn)速在調(diào)速裝置的調(diào)節(jié)下輸出恒定轉(zhuǎn)速。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的本發(fā)明包括塔筒、風輪、機艙及置于機艙內(nèi)的發(fā)電機，所述發(fā)電機通過傳動機構(gòu)與風輪連接，所述傳動機構(gòu)包括主軸、增速箱、調(diào)速裝置和聯(lián)軸器，增速箱一端連接主軸，另一端通過調(diào)速裝置連接聯(lián)軸器，聯(lián)軸器與發(fā)電機的輸入軸端連接，發(fā)電機的定子與電網(wǎng)直接連接，主軸與風輪連接。所述發(fā)電機為同步發(fā)電機。所述調(diào)速裝置包括輸入軸,連接增速箱；輸出軸，與其輸入軸軸心相同，通過聯(lián)軸器連接發(fā)電機的輸入軸端；太陽輪，安裝于所述輸出軸上；[0013]差動輪，為帶有內(nèi)齒和外齒的齒輪，與太陽輪同軸心，安裝于所述輸入軸上，所述差動輪分別與電機輪和行星輪嚙合，且與電機輪和與行星輪之間具有不同的傳動比；行星輪，至少為一個，均勻分布于太陽輪和差動輪之間，分別與太陽輪和差動輪嚙合；電機輪，與差動電機輸出軸連接，并與差動輪外齒圈嚙合；外框架，與輸入軸、輸出軸端通過軸承連接，并分別連接電機輪外殼和發(fā)電機組增速箱；輸入軸、輸出軸和差動電機輸出軸上均設(shè)有速度傳感器，差動電機及各速度傳感器分別與發(fā)電機組的控制器連接。所述行星輪通過其轉(zhuǎn)軸安裝在行星輪架上，行星輪架通過軸承安裝在輸入軸上。所述行星輪為多個時，沿圓周均布，分別通過其轉(zhuǎn)軸安裝在行星輪架上。所述差動輪固定在·差動輪架上，差動輪架通過軸承安裝在輸入軸端的行星輪架上。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明采用具有差動技術(shù)的可變速比的調(diào)速裝置，其電能質(zhì)量好，對電網(wǎng)沒有高次諧波干擾；電網(wǎng)故障時對電網(wǎng)的支撐能力強，不存在低電壓穿越問題；風力發(fā)電機系統(tǒng)可靠性高，風機內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，成本低。其調(diào)速裝置具有機械自動調(diào)節(jié)功能，改變增速箱最終的輸出轉(zhuǎn)速，可以擁有自動調(diào)節(jié)速比的功能。本發(fā)明中的調(diào)速這孩子根據(jù)輸入轉(zhuǎn)速的不同，通過差動電機提供動力使電機輪轉(zhuǎn)動，通過行星輪與太陽輪和差動輪的嚙合傳動，調(diào)節(jié)傳動比，它可以根據(jù)要求增大或減小增速比，從而達到改變太陽輪的轉(zhuǎn)速效果，使輸出軸轉(zhuǎn)速達到發(fā)電機轉(zhuǎn)速要求。本發(fā)明還可以用于風力發(fā)電機調(diào)速技術(shù)領(lǐng)域。

圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖I中調(diào)速裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為圖2的傳動示意圖。圖4為圖2中行星輪傳動示意圖。圖中1、風輪，2、主軸，3、增速箱，4、調(diào)速裝置，41、輸入軸，42、太陽輪，43、行星輪，431、行星輪架，432、轉(zhuǎn)軸，44、差動輪，441、差動輪架，45、電機輪，451、電機輪外殼，46、差動電機，47、輸出軸,48、外框架,5、聯(lián)軸器,6、發(fā)電機。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例具體描述本發(fā)明。實施例如圖I所示，本發(fā)明包括塔筒、風輪I、機艙及置于機艙內(nèi)的發(fā)電機6，所述發(fā)電機6為同步發(fā)電機，通過傳動機構(gòu)與風輪I連接，所述傳動機構(gòu)包括主軸2、增速箱
3、調(diào)速裝置4和聯(lián)軸器5，增速箱3 —端連接主軸2，另一端通過調(diào)速裝置4連接聯(lián)軸器5，聯(lián)軸器5與發(fā)電機6的輸入軸端連接，發(fā)電機6的定子與電網(wǎng)直接連接，主軸2與風輪I連接。如圖2-圖4所示，本發(fā)明中采用的調(diào)速裝置4包括輸入軸41，連接風力發(fā)電機組增速箱的輸出軸；[0030]輸出軸47，連接發(fā)電機的輸入軸，與輸入軸41的軸心相同；太陽輪42，安裝于輸出軸47上；差動輪44,為帶有內(nèi)齒和外齒的齒輪，固定在差動輪架441上,差動輪架441通過軸承安裝在輸入軸41端的行星輪架431上，與太陽輪42同軸心；所述的差動輪44分別與電機輪45和行星輪43嚙合，且與電機輪45和與行星輪43之間具有不同的傳動比；行星輪43至少為一個(本例為三個)，具體數(shù)量根據(jù)變速箱輸出轉(zhuǎn)速以及本發(fā)明調(diào)速裝置輸出軸47最終輸出轉(zhuǎn)速的傳動比決定，均勻分布于太陽輪42和差動輪44之間，分別與太陽輪42和差動輪44嚙合；行星輪43通過其轉(zhuǎn)軸432安裝在行星輪架431上，行星輪架431通過軸承安裝在輸入軸41上；電機輪45，與差動電機46輸出軸連接，并與差動輪44外齒圈嚙合；輸入軸41、輸出軸47和差動電機46輸出軸上均設(shè)有速度傳感器,差動電機46及各速度傳感器分別與發(fā)電機組的控制器連接。電機輪45的動力依靠差動電機46提供，控制器根據(jù)檢測的速度控制差動電機46正轉(zhuǎn)速度、反轉(zhuǎn)速度及停止轉(zhuǎn)送的命令。本發(fā)明中調(diào)速裝置的工作原理發(fā)電機組的增速箱連接輸入軸41旋轉(zhuǎn)，帶動行星輪43轉(zhuǎn)動，行星輪43圍繞太陽輪42嚙合公轉(zhuǎn)，同時自轉(zhuǎn)帶動太陽輪42轉(zhuǎn)動，行星輪43自轉(zhuǎn)和太陽輪42有調(diào)節(jié)傳動比和改變轉(zhuǎn)速效果，差動電機46提供動力使電機輪45轉(zhuǎn)動，電機輪45嚙合差動輪44，差動輪44嚙合行星輪43，經(jīng)過兩次傳動比增大太陽輪42的轉(zhuǎn)速，使輸出軸47轉(zhuǎn)速達到發(fā)電機轉(zhuǎn)速要求。當輸入軸41的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化,轉(zhuǎn)速增大或者減小，各速度傳感器檢測轉(zhuǎn)速的變化，反饋給控制器，控制器通過計算輸出命令使差動電機46轉(zhuǎn)動，補償外部驅(qū)動端與輸出軸7之間的速度差。當輸入軸I端的轉(zhuǎn)速低于輸出軸47的設(shè)定轉(zhuǎn)速時，本發(fā)明的差動電機46按增加轉(zhuǎn)速的方向旋轉(zhuǎn)，從電網(wǎng)上吸收能量。當輸入軸I端轉(zhuǎn)速高于輸出軸7特定轉(zhuǎn)速時，差動電機46按減小轉(zhuǎn)速的方向旋轉(zhuǎn)，這時，差動電機46通過本發(fā)明的調(diào)速裝置向電網(wǎng)回饋能量。通過調(diào)節(jié)控制原理，使本發(fā)明的調(diào)速裝置的輸出轉(zhuǎn)速在輸入軸41變化速度時保證輸出軸47的轉(zhuǎn)速恒定。本發(fā)明工作原理風輪I經(jīng)過風力吹動旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生扭矩，連接主軸2，并且通過主軸傳遞轉(zhuǎn)速和扭矩，主軸2連接增速箱3，增速箱3有增速作用，使輸出轉(zhuǎn)速提高，增速箱3的輸出軸連接調(diào)速裝置4，由于風力的不穩(wěn)定導致風機的輸入轉(zhuǎn)速也在不斷變化，所以調(diào)速裝置4可以根據(jù)增速箱3的輸出轉(zhuǎn)速的不同自動調(diào)節(jié)，使調(diào)速裝置4的最終輸出轉(zhuǎn)速保持恒定(即同步發(fā)電機6的額定發(fā)電轉(zhuǎn)速)，調(diào)速裝置4和發(fā)電機6之間由聯(lián)軸器5連接，最終完成整個傳動，使同步發(fā)電機6可以脫離傳統(tǒng)變流裝置而直接并網(wǎng)發(fā)電。本發(fā)明不僅適用風機調(diào)速，也適用于其他期望將輸入變化轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成恒定轉(zhuǎn)速的應(yīng)用場合。
權(quán)利要求1.一種同步發(fā)電機直接并網(wǎng)的風力發(fā)電機組，包括塔筒、風輪、機艙及置于機艙內(nèi)的發(fā)電機，其特征在于所述發(fā)電機通過傳動機構(gòu)與風輪連接，所述傳動機構(gòu)包括主軸、增速箱、調(diào)速裝置和聯(lián)軸器，增速箱一端連接主軸，另一端通過調(diào)速裝置連接聯(lián)軸器，聯(lián)軸器與發(fā)電機的輸入軸端連接，發(fā)電機的定子與電網(wǎng)直接連接，主軸與風輪連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的同步發(fā)電機直接并網(wǎng)的風力發(fā)電機組，其特征在于所述發(fā)電機為同步發(fā)電機。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的同步發(fā)電機直接并網(wǎng)的風力發(fā)電機組，其特征在于所述調(diào)速裝置包括 輸入軸，連接增速箱； 輸出軸，與其輸入軸軸心相同，通過聯(lián)軸器連接發(fā)電機的輸入軸端； 太陽輪，安裝于所述輸出軸上； 差動輪，為帶有內(nèi)齒和外齒的齒輪，與太陽輪同軸心，安裝于所述輸入軸上，所述差動輪分別與電機輪和行星輪嚙合，且與電機輪和與行星輪之間具有不同的傳動比； 行星輪，至少為一個，均勻分布于太陽輪和差動輪之間，分別與太陽輪和差動輪嚙合； 電機輪，與差動電機輸出軸連接，并與差動輪外齒圈嚙合； 外框架，與輸入軸、輸出軸端通過軸承連接，并分別連接電機輪外殼和發(fā)電機組增速箱； 輸入軸、輸出軸和差動電機輸出軸上均設(shè)有速度傳感器，差動電機及各速度傳感器分別與發(fā)電機組的控制器連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述同步發(fā)電機直接并網(wǎng)的風力發(fā)電機組，其特征在于所述行星輪通過其轉(zhuǎn)軸安裝在行星輪架上，行星輪架通過軸承安裝在輸入軸上。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述同步發(fā)電機直接并網(wǎng)的風力發(fā)電機組，其特征在于所述行星輪為多個時，沿圓周均布，分別通過其轉(zhuǎn)軸安裝在行星輪架上。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述同步發(fā)電機直接并網(wǎng)的風力發(fā)電機組，其特征在于所述差動輪固定在差動輪架上，差動輪架通過軸承安裝在輸入軸端的行星輪架上。
專利摘要一種同步發(fā)電機直接并網(wǎng)的風力發(fā)電機組，屬于風力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。包括塔筒、風輪、機艙及置于機艙內(nèi)的發(fā)電機，所述發(fā)電機通過傳動機構(gòu)與風輪連接，所述傳動機構(gòu)包括主軸、增速箱、調(diào)速裝置和聯(lián)軸器，增速箱一端連接主軸，另一端通過調(diào)速裝置連接聯(lián)軸器，聯(lián)軸器與發(fā)電機的輸入軸端連接，發(fā)電機的定子與電網(wǎng)直接連接，主軸與風輪連接。本實用新型采用具有差動技術(shù)的可變速比的調(diào)速裝置，其電能質(zhì)量好，對電網(wǎng)沒有高次諧波干擾；電網(wǎng)故障時對電網(wǎng)的支撐能力強，不存在低電壓穿越問題；風力發(fā)電機系統(tǒng)可靠性高，風機內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，成本低。
文檔編號F03D9/00GK202718814SQ20122032229
公開日2013年2月6日 申請日期2012年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月4日
發(fā)明者王冠一, 劉衍選 申請人:沈陽華創(chuàng)風能有限公司