專利名稱：寬風(fēng)速一次可控有觸點(diǎn)式風(fēng)能吸收器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
寬風(fēng)速一次可控有觸點(diǎn)式風(fēng)能吸收器
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，特別是寬風(fēng)速一次可控有觸點(diǎn)式風(fēng)能吸收器。背景技術(shù)：
目前國內(nèi)外市場上可見的大中型(百KW以上)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)多為并網(wǎng)系統(tǒng)，中小 型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)一般獨(dú)立運(yùn)行。在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，由于風(fēng)力大小在任意長短的時間段都 在變，風(fēng)機(jī)所吸收和輸出的功率(能量)是一個時刻變化的量，即風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出端口的電 壓(指閉路電壓)的頻率和幅值均是不斷變化的量。因此其輸出端很難直接帶恒定負(fù)載或 并入電網(wǎng)。在并網(wǎng)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，其風(fēng)能轉(zhuǎn)化的電能在并網(wǎng)前不但要做整流、逆變、平 波、升壓等電氣方面的技術(shù)處理，還要對葉片的速度和速率加以控制、對系統(tǒng)進(jìn)行增速或減 速等較復(fù)雜的技術(shù)處理。在獨(dú)立運(yùn)行的中小風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，一般將風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的能 量進(jìn)行整流，再把整流后的脈動直流能量儲存入蓄電池，直流負(fù)載直接由蓄電池供電，交流 負(fù)載則由蓄電池通過逆變裝置供電。這就是目前中小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)供用電模式。 在這種通用的模式中，最常見的弊端是風(fēng)能利用系數(shù)小，可利用的風(fēng)速范圍很窄。高速風(fēng)能 得到利用則低速風(fēng)能被浪費(fèi)，低速風(fēng)能被利用則高速風(fēng)能必有一部分被浪費(fèi)。特別是中低 速風(fēng)能被浪費(fèi)現(xiàn)象十分嚴(yán)重，以至于收不到風(fēng)力發(fā)電的預(yù)期效果。以圖1為例說明如下如“圖1”所示、風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出電壓標(biāo)稱值為48V，在額定風(fēng)速(7-8級)下整流 器輸入交流脈動三相電壓為48-50V (線電壓)左右，整流輸出直流為64. 5-67. 5V左右，被 充電電池組電壓為5X 12 = 60V。只有當(dāng)風(fēng)力為7-8級風(fēng)速左右時，整流器輸出閉路電壓才 能略高于電池組端電壓(60V)，使電池處于被充電狀態(tài)，風(fēng)能可通過整流器隨時儲存于電池 組E和電容C之中。當(dāng)風(fēng)力為6級及以下時，發(fā)電機(jī)閉路脈動端電壓將低于47V，此時整流 器輸出直流端電壓將低于63V，只能給虧電的電池組作微充電。當(dāng)風(fēng)力為5級及以下時，整 流器直流輸出電壓將低于55V，風(fēng)力為4級及以下時，直流側(cè)輸出會更低(45V以下)，在直 流輸出電壓等于或低于電池組端電壓的情況下，風(fēng)能將無法給蓄電池充電，即風(fēng)能無法存 儲于電池內(nèi)，當(dāng)然也無法供60V及以上電壓等級的負(fù)載或裝置使用，因此，此時的風(fēng)力發(fā)電 機(jī)形同虛設(shè)。風(fēng)能全部消耗于機(jī)械系統(tǒng)的磨損和飛轉(zhuǎn)與風(fēng)力的磨損運(yùn)動中，不但浪費(fèi)了唾 手可得的風(fēng)能，還置風(fēng)力發(fā)電機(jī)于破壞性飛轉(zhuǎn)的危險之中，或者是使發(fā)電機(jī)不停的處于耗 能制動的限速過程中，即使不引起風(fēng)力發(fā)電機(jī)故障，也會大大降低發(fā)電機(jī)使用壽命。就技術(shù) 而言，雖然可以通過DC/DC電源使整流電壓升高，以保證電池處于充電狀態(tài)，但在DC/DC電 源內(nèi)部不但存在整流、高頻逆變、交流升壓和可控再整流等能量損失，而且在整流過程中的 限壓輸出還直接抑制了較高風(fēng)速的能量利用，使高風(fēng)速能量的一大部分消耗于能耗制動的 過程中，因而使系統(tǒng)利用系數(shù)明顯降低，故在實(shí)用中沒有得到推廣。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服上述不足問題，提供一種寬風(fēng)速一次可控有觸點(diǎn)式風(fēng)能 吸收器。該裝置能夠根據(jù)基本風(fēng)速改變風(fēng)能存儲路徑、使整流環(huán)節(jié)的直流輸出電壓始終滿
3足充電條件，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的蓄電池始終處于充電狀態(tài)，即保證風(fēng)機(jī)葉片所吸收的絕 大部分有效風(fēng)能都可以被接收和儲存，從而提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)利用效率。這種裝置結(jié) 構(gòu)簡單、實(shí)現(xiàn)容易、體積小、成本低，便于推廣。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供的一種寬風(fēng)速一次可控有觸點(diǎn)式風(fēng)能吸收 器。所述寬風(fēng)速一次可控有觸點(diǎn)式風(fēng)能吸收器包括多繞組輸入變壓器、多路主開關(guān)、電壓 檢測儀表、整流器和智能型選通控制盒；所述主開關(guān)由開關(guān)主觸點(diǎn)和開關(guān)線圈組成；所述 多繞組輸入變壓器的原邊各繞組通過開關(guān)主觸點(diǎn)與風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出端同相并接，所述多繞 組輸入變壓器的二次繞組與整流器連接，整流器的正負(fù)極輸出端與蓄電池和直流負(fù)載相連 接。所述電壓檢測儀表的輸入端與風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出端線或多繞組輸入變壓器的二次繞組Bl 輸出端連接；所述電壓檢測儀表的輸出端連接選通控制盒，智能控制盒輸出端連接開關(guān)組 的線圈。根據(jù)本實(shí)用新型所述的寬風(fēng)速一次可控有觸點(diǎn)式風(fēng)能吸收器一優(yōu)選技術(shù)方案是: 所述電壓檢測儀表，采用電壓變送器、電壓互感器或帶極限輸出接點(diǎn)的電壓表。根據(jù)本實(shí)用新型所述的寬風(fēng)速一次可控有觸點(diǎn)式風(fēng)能吸收器一優(yōu)選技術(shù)方案是: 所述選通開關(guān)盒是具有計算、比較和控制輸出功能的單片機(jī)或工控機(jī)或計算機(jī)或PLC等智 能控制儀器或設(shè)備。根據(jù)本實(shí)用新型所述的寬風(fēng)速一次可控有觸點(diǎn)式風(fēng)能吸收器一優(yōu)選技術(shù)方案是: 所述多繞組輸入變壓器是工頻或低頻的鋁芯、銅芯特殊或普通電力變壓器。根據(jù)本實(shí)用新型所述的寬風(fēng)速一次可控有觸點(diǎn)式風(fēng)能吸收器一優(yōu)選技術(shù)方案是: 所述多路主開關(guān)是繼電器、接觸器、啟動器等可以電動控制的通斷控制裝置。根據(jù)本實(shí)用新型所述的寬風(fēng)速一次可控有觸點(diǎn)式風(fēng)能吸收器一優(yōu)選技術(shù)方案是: 所述整流器為一般整流裝置或可控整流裝置，是二極管或三級管或可控硅或IGBT或IPM電 力電子器件或模塊。本實(shí)用新型有益的技術(shù)效果是加裝本實(shí)用新型產(chǎn)品的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)實(shí)際風(fēng)速 接近額定風(fēng)速范圍時，風(fēng)機(jī)輸出電壓直接整流；當(dāng)實(shí)際風(fēng)速偏離額定風(fēng)速范圍時，通過改變 原邊繞組升壓后整流、充電。即拓寬了可利用風(fēng)速的范圍，提高了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的利用系數(shù)， 又避免了風(fēng)力發(fā)電機(jī)因空載而飛轉(zhuǎn)的危害。實(shí)踐已證明效果極佳。
圖1為現(xiàn)有的中小型風(fēng)力發(fā)蓄電系統(tǒng)能量吸收、轉(zhuǎn)換、存儲和輸送的原理電路圖。圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的寬風(fēng)速一次可控有觸點(diǎn)式風(fēng)能吸收器的小型風(fēng)力發(fā) 蓄電系統(tǒng)能量吸收、轉(zhuǎn)換、存儲和輸送的原理示意圖。圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例的寬風(fēng)速一次可控有觸點(diǎn)式風(fēng)能吸收器的多繞組輸入 變壓器原邊為4組繞組的小型風(fēng)力發(fā)蓄電系統(tǒng)能量吸收、轉(zhuǎn)換、存儲和輸送的原理示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。請參照圖2，圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的寬風(fēng)速一次可控有觸點(diǎn)式風(fēng)能吸收器的 小型風(fēng)力發(fā)蓄電系統(tǒng)能量吸收、轉(zhuǎn)換、存儲和輸送的原理示意圖。[0017]本實(shí)施例中，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出端與蓄電池之間增設(shè)一套“寬風(fēng)速一次可控有觸 點(diǎn)式風(fēng)能吸收器”，由一臺多繞組(原邊)輸入、單繞組輸出的電力變壓器、一組多回路主開 關(guān)(由開關(guān)主觸點(diǎn)和開關(guān)線圈構(gòu)成)、一個智能型選通控制盒、一組可控整流器和一套電壓 監(jiān)測儀表組成(如圖2所示)。變壓器原邊各繞組通過相應(yīng)的開關(guān)主觸點(diǎn)同相并聯(lián)于風(fēng)力 發(fā)電機(jī)輸出端，副邊繞組連接可控整流器，可控整流器輸出端正負(fù)極連接蓄電池及直流負(fù) 載的正負(fù)端。各開關(guān)主觸點(diǎn)受各自的開關(guān)線圈控制、開關(guān)線圈受智能型選通控制盒控制，智 能型選通控制盒的輸入信號取自電壓檢測儀表，電壓檢測儀表可以裝設(shè)在發(fā)電機(jī)輸出端或 二次繞組輸出端。智能型選通控制盒根據(jù)檢測到的電壓值(即風(fēng)速)控制各開關(guān)主觸點(diǎn)的 通斷，使變壓器原邊各繞組的輸出與否受控制盒控制。當(dāng)風(fēng)速大于或等于額定風(fēng)速時，變壓 器工作于直接傳遞能量狀態(tài)，發(fā)電機(jī)輸出端線直接通過對應(yīng)的開關(guān)主觸點(diǎn)和可控整流器對 電池和負(fù)載供電。當(dāng)風(fēng)速小于額定風(fēng)速時，風(fēng)力發(fā)電機(jī)在選通控制盒的控制下，通過對應(yīng)的 升壓繞組向副邊傳送能量，副邊接收的能量通過可控整流器傳遞給電池和負(fù)載。所述多繞組輸入的電力變壓器是原邊具有多繞組的電力變壓器，其副邊線圈為單 繞組，原邊每個繞組的匝數(shù)對副邊線圈的匝數(shù)比不同，通過選通不同的原邊繞組可得到不 同值的副邊電壓。所述可控整流器為現(xiàn)代電力電子整流器件或模塊，系指可控硅或IGBT或IPM類電 力電子器件或模塊(包括二極管、三級管、GTR、GT0, P-MOSFET, IGCT等)。所述的開關(guān)主觸點(diǎn)和開關(guān)線圈是指繼電器、接觸器、啟動器等可以電動的通斷類 控制裝置。所述的智能型選通控制盒是具有計算、比較和控制輸出功能的單片機(jī)或工控機(jī)或 計算機(jī)或PLC等智能控制類儀器或設(shè)備。所述電壓檢測儀表是可以對電壓信號進(jìn)行檢測與變換的儀表，系指電壓變送器、 電壓互感器、帶有極限輸出接點(diǎn)的電壓表等。舉例說明請參照圖3，圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例的寬風(fēng)速一次可控有觸點(diǎn)式風(fēng)能 吸收器的多繞組輸入變壓器原邊為4組繞組的小型風(fēng)力發(fā)蓄電系統(tǒng)能量吸收、轉(zhuǎn)換、存儲 和輸送的原理示意圖。其相對于副邊的變壓比分別為1/1 (直通)、1/1. 25 (B2組)、1/1. 5 (B3 組)和1/1.75 4組)。各組分別與編號相同的無觸點(diǎn)開關(guān)組連接。被充電的蓄電池電壓 為2χ12ν = 24v。并接于蓄電池的燈具負(fù)載工作電壓為24v。風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作時，由選通控制盒控制一組開關(guān)主觸點(diǎn)處于接通狀態(tài)，其余開關(guān) 主觸點(diǎn)處于斷開狀態(tài)。系統(tǒng)保持只有處于接通狀態(tài)的繞組向電池注入能量并向負(fù)載供電、 而其他繞組均為空載無輸出的狀態(tài)。例如，在智能型選通控制盒的控制下，當(dāng)風(fēng)力在額定風(fēng) 速范圍時，開關(guān)主觸點(diǎn)“K/’被選通而其它開關(guān)被斷開，蓄電池得到的整流充電能量直接來 自發(fā)電機(jī)輸出端；當(dāng)風(fēng)速低于額定風(fēng)速致使風(fēng)機(jī)輸出端電壓低于20v時，開關(guān)主觸點(diǎn)“K2” 被選通而其他開關(guān)主觸點(diǎn)被斷開，蓄電池得到的整流充電能量來自繞組“Β2”的輸出；當(dāng)風(fēng) 速再小致使風(fēng)機(jī)輸出端電壓低于16. 3ν時開關(guān)主觸點(diǎn)“Κ3”被選通而其他開關(guān)主觸點(diǎn)被斷 開，蓄電池得到的充電能量來自繞組‘％”的輸出；同理，當(dāng)風(fēng)速更小致使風(fēng)機(jī)輸出端電壓低 于14ν時，開關(guān)主觸點(diǎn)“Κ4”被選通，此時蓄電池得到的充電能量來自繞組B4的輸出。系統(tǒng)中的變壓器原邊線圈(B2、B3, B4)始終有一組處于閉合且存在空載損耗的狀 態(tài)，且整流器始終處于對Bl繞組(副邊繞組)進(jìn)行整流工作狀態(tài)，因此儀表檢測電壓不會
5出現(xiàn)虛假或懸空信號，即儀表檢測到的電壓值作為判斷風(fēng)速大小的物理信號是可靠的。系統(tǒng)中的“可控整流器”只在整流電壓超過蓄電池充電電壓上限時才處于整流脈 寬控制狀態(tài)，平時一直處于全波“不控”的整流狀態(tài)，因此，受抑制能量極少，系統(tǒng)浪費(fèi)很少。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選技術(shù)方案對本實(shí)用新型所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能 認(rèn)定本實(shí)用新型的具體實(shí)施只局限于這些說明。對于本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員來說，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視 為屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求一種寬風(fēng)速一次可控有觸點(diǎn)式風(fēng)能吸收器，其特征在于所述寬風(fēng)速一次可控有觸點(diǎn)式風(fēng)能吸收器包括多繞組輸入變壓器、多路主開關(guān)、電壓檢測儀表、整流器和智能型選通控制盒；所述主開關(guān)由開關(guān)主觸點(diǎn)和開關(guān)線圈組成；所述多繞組輸入變壓器的原邊各繞組通過開關(guān)主觸點(diǎn)與風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出端同相并接，所述多繞組輸入變壓器的二次繞組與整流器連接，整流器的正負(fù)極輸出端與蓄電池和直流負(fù)載相連接；所述電壓檢測儀表的輸入端與風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出端線或多繞組輸入變壓器的二次繞組B1輸出端連接；所述電壓檢測儀表的輸出端連接智能型選通控制盒，智能型選通控制盒輸出端連接開關(guān)組的線圈。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬風(fēng)速一次可控有觸點(diǎn)式風(fēng)能吸收器，其特征在于所述電 壓檢測儀表，采用電壓變送器、電壓互感器或帶極限輸出接點(diǎn)的電壓表。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬風(fēng)速一次可控有觸點(diǎn)式風(fēng)能吸收器，其特征在于所述智 能型選通控制盒是具有計算、比較和控制輸出功能的單片機(jī)或工控機(jī)或PLC智能控制儀 器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬風(fēng)速一次可控有觸點(diǎn)式風(fēng)能吸收器，其特征在于所述多 繞組輸入變壓器是工頻或低頻的鋁芯、銅芯特殊或普通電力變壓器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬風(fēng)速一次可控有觸點(diǎn)式風(fēng)能吸收器，其特征在于所述多 路主開關(guān)是繼電器、接觸器、啟動器或可以電動控制的通斷控制裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬風(fēng)速一次可控有觸點(diǎn)式風(fēng)能吸收器，其特征在于所述整 流器是二極管或三級管或可控硅或IGBT或IPM電力電子器件。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種寬風(fēng)速一次可控有觸點(diǎn)式風(fēng)能吸收器。包括多繞組輸入變壓器、多路主開關(guān)、電壓檢測儀表、整流器和智能型選通控制盒；所述主開關(guān)由開關(guān)主觸點(diǎn)和開關(guān)線圈組成；所述多繞組輸入變壓器的原邊各繞組通過開關(guān)主觸點(diǎn)與風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出端同相并接，所述多繞組輸入變壓器的二次繞組與整流器連接，整流器的正負(fù)極輸出端與蓄電池和直流負(fù)載相連接。加裝本實(shí)用新型產(chǎn)品的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)實(shí)際風(fēng)速接近額定風(fēng)速范圍時，風(fēng)機(jī)輸出電壓直接整流；當(dāng)實(shí)際風(fēng)速偏離額定風(fēng)速范圍時，通過改變原邊繞組升壓后整流、充電。既拓寬了可利用風(fēng)速的范圍，提高了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的利用系數(shù)，又避免了風(fēng)力發(fā)電機(jī)因空載而飛轉(zhuǎn)的危害。實(shí)踐已證明效果極佳。
文檔編號H02J7/32GK201656541SQ20092001541
公開日2010年11月24日 申請日期2009年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月16日
發(fā)明者劉娜, 孫毅彪 申請人:孫毅彪