具有扭矩補償功能的風力發(fā)電機傳動鏈裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及水平軸風力發(fā)電機技術領域，具體涉及水平軸風力發(fā)電機主傳動
目.0
【背景技術】
[0002]傳動系統(tǒng)作為風力發(fā)電機組的重要組成部分之一。保證機組輸出功率穩(wěn)定和風能最大化利用一直是該領域研究人員追求的目標。然而現(xiàn)有的機組傳動系統(tǒng)均需要其他輔助設備(交-直-交變頻器)才能保證其輸出功率穩(wěn)定而并網(wǎng)，加之風力發(fā)電機組常年工作于惡略的自然環(huán)境中，要求其變速運行且受載情況復雜造成了不必要的功率損失，并嚴重影響著機組的使用壽命。
[0003]隨著控制電機技術的發(fā)展，伺服電機技術已經(jīng)相當成熟，且容易實現(xiàn)控制，與風力發(fā)電機傳動鏈結合起來用于補償輸入和輔助輸出，保持傳動鏈輸出轉速穩(wěn)定的前提下，能夠減少功率損失并降低機組成本，可以進一步促進風力發(fā)電技術的發(fā)展。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本實用新型的目的是解決風力發(fā)電機組傳動鏈輸出轉速不穩(wěn)定問題。
[0005]本實用新型是具有扭矩補償功能的風力發(fā)電機傳動鏈裝置，由葉輪1、行星級、兩級平行級、伺服控制電機3、發(fā)電機12和反饋控制系統(tǒng)13組成，葉輪I通過主軸和齒輪箱內(nèi)行星級的行星架2相連接，行星架2驅動三個行星輪6，行星輪6同時與內(nèi)齒圈5和太陽輪7相嚙合；在內(nèi)齒圈5的左側固連了一等大的外齒圈，伺服控制電機3作為扭矩補償端通過第一小齒輪4與外齒圈實現(xiàn)嗤合；太陽輪7通過一較長的軸與第一級平行級得第一大齒輪8連接，第一大齒輪8和第二小齒輪9嚙合構成了第一級平行級增速，第二平行級的第二大齒輪10和第一平行級的第二小齒輪9在同一軸上實現(xiàn)同步運動，大齒輪10和第三小齒輪11嚙合構成了第二級平行級增速運動，第三小齒輪11安裝在齒輪箱輸出軸上。
[0006]本發(fā)明的有益效果是在去除變頻裝置降低機組成本的前提下，保證傳動鏈輸出轉速恒定并減少功率損失，并且實現(xiàn)直接并網(wǎng)。
【附圖說明】
[0007]圖1為本實用新型結構的原理圖；圖2為本實用新型結構的實體結構圖；圖3為本實用新型結構的局部實體圖，附圖標記及對應名稱為:葉輪1，行星架2，伺服控制電機3，第一小齒輪4，內(nèi)齒圈，行星輪6，太陽輪7，第一大齒輪8，第二小齒輪9，第二大齒輪10，第三小齒輪11，發(fā)電機12，反饋控制系統(tǒng)13。
【具體實施方式】
[0008]如圖1、圖2、圖3所示，本實用新型是具有扭矩補償功能的風力發(fā)電機傳動鏈裝置，由葉輪1、行星級、兩級平行級、伺服控制電機3、發(fā)電機12和反饋控制系統(tǒng)13組成，葉輪I通過主軸和齒輪箱內(nèi)行星級的行星架2相連接，行星架2驅動三個行星輪6，行星輪6同時與內(nèi)齒圈5和太陽輪7相嚙合；在內(nèi)齒圈5的左側固連了一等大的外齒圈，伺服控制電機3作為扭矩補償端通過第一小齒輪4與外齒圈實現(xiàn)嚙合；太陽輪7通過一較長的軸與第一級平行級得第一大齒輪8連接，第一大齒輪8和第二小齒輪9嚙合構成了第一級平行級增速，第二平行級的第二大齒輪10和第一平行級的第二小齒輪9在同一軸上實現(xiàn)同步運動，大齒輪10和第三小齒輪11嚙合構成了第二級平行級增速運動，第三小齒輪11安裝在齒輪箱輸出軸上。
[0009]如圖1、圖2所示，第一小齒輪4由伺服控制電機3驅動，與外齒圈相嚙合；葉輪端為傳動鏈裝置的主輸入端，伺服控制電機為傳動鏈的扭矩補償端，發(fā)電機12端為傳動鏈裝置的輸出端。
[0010]本實用新型利用伺服控制電機的輔助輸入對主輸入進行控制補償和對盈余功率輔助輸出，保持傳動系統(tǒng)輸出端的轉速恒定。風力發(fā)電機傳動鏈的作用是將風輪轉換的扭矩經(jīng)過增速齒輪箱后輸出給發(fā)電機，但風力時大時小決定了傳動鏈傳遞的轉速也是變化的，因此發(fā)電機輸出功率不穩(wěn)定而很難實現(xiàn)直接并網(wǎng)發(fā)電。如圖2所示，本實用新型在傳統(tǒng)的風力發(fā)電機傳動鏈基礎上增加了伺服控制電機。如圖2所示，本實用新型對原來的行星系的內(nèi)齒圈進行改進，在內(nèi)齒圈5的左端增加了一個與之固連的外齒圈，實現(xiàn)了第一小齒輪4和齒齒圈5嗤合。風輪為整個傳動鏈系統(tǒng)的主輸入端，伺服控制電機3為輔助輸入/輸出端，發(fā)電機12為主輸出端，通過反饋控制系統(tǒng)13將輸出端和主輸入端的轉速反饋到伺服控制電機，當主輸入端-葉輪I的轉速低于機組運行的額定轉速時，輔助端口經(jīng)過反饋控制系統(tǒng)13換算后提供一定的轉速補償輸入，保證發(fā)電機端口的轉速恒定；當葉輪I的轉速高于系統(tǒng)要求的額定轉速時，傳統(tǒng)的風力發(fā)電機通過變槳或其他方式限制風輪進一步捕獲風能，此裝置在風力發(fā)電機允許的最大風輪轉速范圍內(nèi)不限制風輪繼續(xù)捕獲風能，保證主輸出端轉速恒定的條件下通過反饋控制系統(tǒng)13換算后將盈余的功率利用輔助端輔助輸出，使伺服控制電機作為發(fā)電機運行而輔助發(fā)電，從而減少了功率的損失。主輸入端的動力是由風輪轉化氣動力而來，傳動鏈將機械能轉換為電能后通過輸出端直接并網(wǎng)發(fā)電機，伺服電動機存在三種工作狀態(tài)，分別是從電網(wǎng)獲取電能以電動機形式工作、不工作和作為發(fā)電機工作提供電能三種狀態(tài)。
[0011]當葉輪I輸入的轉速不足以達到發(fā)電機12的額定轉速時，反饋控制系統(tǒng)13將主輸入轉速和輸出轉速反饋到伺服控制電機3，輔助輸入端開始工作，伺服控制電機3帶動第一小齒輪4與行星輪系的內(nèi)齒圈5嚙合，給內(nèi)齒圈5提供一定的轉速，此時由主輸入和輔助輸入的轉速疊加，經(jīng)過增速箱增速后使得轉速能夠達到發(fā)電機12的額定轉速而穩(wěn)定發(fā)電；當風速超過風力發(fā)電機額定工作風速，但仍在機組工作轉速范圍內(nèi)，此時由葉輪I提供的主輸入轉速已超過額定轉速，反饋控制系統(tǒng)13將主輸入轉速和輸出轉速反饋到伺服控制電機3，輔助輸入端以發(fā)電機模式工作，將盈余的功率通過伺服控制電機3輸出而發(fā)電；當葉輪I提供的轉速等于機組額定轉速時，經(jīng)反饋控制系統(tǒng)13計算后，輔助輸入端停止工作，行星輪系的內(nèi)齒圈5保持固定，只作為行星輪的嚙合齒圈。從而通過這三種工作狀態(tài)對傳動鏈的輸出轉速進行控制，最終能夠保持輸出轉速恒定。
[0012]結構的這三種工作狀態(tài)可通過伺服電機的工作特征區(qū)分。其一，當伺服控制電機3的轉速為零即不工作時，系統(tǒng)主輸入端功率除傳動損失外全部傳遞給主發(fā)電機端；其二，當伺服控制電機3作為輔助輸入端時，系統(tǒng)主輸入端功率及伺服電機功率的總和除傳動損失外全部傳遞給主發(fā)電機端；其三，當伺服控制電機3作為輔助輸出時，系統(tǒng)主輸入端的功率除傳動損失外，被分流至主輸出端和伺服電機端。
【主權項】
1.具有扭矩補償功能的風力發(fā)電機傳動鏈裝置，由葉輪(I)、行星級、兩級平行級、伺服控制電機(3)、發(fā)電機(12)和反饋控制系統(tǒng)(13)組成，其特征在于葉輪(I)通過主軸和齒輪箱內(nèi)行星級的行星架(2)相連接，行星架(2)驅動三個行星輪(6)，行星輪(6)同時與內(nèi)齒圈(5)和太陽輪(7)相嗤合；在內(nèi)齒圈(5)的左側固連了一等大的外齒圈，伺服控制電機(3)作為扭矩補償端通過第一小齒輪(4)與外齒圈實現(xiàn)嚙合；太陽輪(7)通過一較長的軸與第一級平行級得第一大齒輪(8)連接，第一大齒輪(8)和第二小齒輪(9)嚙合構成了第一級平行級增速，第二平行級的第二大齒輪(10)和第一平行級的第二小齒輪(9)在同一軸上實現(xiàn)同步運動，大齒輪(10)和第三小齒輪(11)嚙合構成了第二級平行級增速運動，第三小齒輪(11)安裝在齒輪箱輸出軸上。2.根據(jù)權利要求1所述的具有扭矩補償功能的風力發(fā)電機傳動鏈裝置，其特征在于:第一小齒輪(4)由伺服控制電機(3)驅動，與外齒圈相嚙合；葉輪端為傳動鏈裝置的主輸入端，伺服控制電機為傳動鏈的扭矩補償端，發(fā)電機(12)端為傳動鏈裝置的輸出端。
【專利摘要】具有扭矩補償功能的風力發(fā)電機傳動鏈裝置，由葉輪（1）、行星級、兩級平行級、伺服控制電機（3）、發(fā)電機（12）和反饋控制系統(tǒng)（13）組成，葉輪（1）通過主軸和齒輪箱內(nèi)行星級的行星架（2）相連接，行星架（2）驅動三個行星輪（6），行星輪（6）同時與內(nèi)齒圈（5）和太陽輪（7）相嚙合；在內(nèi)齒圈（5）的左側固連了一等大的外齒圈，伺服控制電機（3）作為扭矩補償端通過第一小齒輪（4）與外齒圈實現(xiàn)嚙合；太陽輪（7）通過一較長的軸與第一級平行級得第一大齒輪（8）連接，第一大齒輪（8）和第二小齒輪（9）嚙合構成了第一級平行級增速，第二平行級的第二大齒輪（10）和第一平行級的第二小齒輪（9）在同一軸上實現(xiàn)同步運動，大齒輪（10）和第三小齒輪（11）嚙合構成了第二級平行級增速運動，第三小齒輪（11）安裝在齒輪箱輸出軸上。
【IPC分類】F03D9/00
【公開號】CN204921265
【申請?zhí)枴緾N201520694753
【發(fā)明人】趙榮珍, 劉宏, 靳伍銀, 鄭玉巧, 葉舟, 王群旺, 張娟
【申請人】蘭州理工大學
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年9月10日