專(zhuān)利名稱(chēng)：風(fēng)力渦輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力渦輪機(jī)，其包括轉(zhuǎn)子、永磁體發(fā)電機(jī)和發(fā)電機(jī)變換器。
背景技術(shù)：
風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)有轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子被連接到永磁體發(fā)電機(jī)從而在轉(zhuǎn)子相對(duì)于永磁體發(fā)電機(jī)的定子運(yùn)動(dòng)期間產(chǎn)生電能。定子包括多個(gè)線圈，轉(zhuǎn)子包括多個(gè)永磁體，以便當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)感生電壓。永磁體發(fā)電機(jī)被連接到發(fā)電機(jī)變換器，該發(fā)電機(jī)變換器將永磁體發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，發(fā)電機(jī)變換器優(yōu)選地連接到電網(wǎng)變換器，其將直流電轉(zhuǎn)換為電網(wǎng)所需的具有正確電壓和頻率的交流電。風(fēng)力渦輪機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力通常輸入電網(wǎng)中。不過(guò)，當(dāng)電網(wǎng)變?nèi)鯐r(shí)這是不可能的。在電網(wǎng)變?nèi)醯那闆r下，渦輪機(jī)將動(dòng)力生成減小到零。因此，發(fā)電機(jī)扭矩大幅度減小。在這種情況下，空氣動(dòng)力學(xué)扭矩在此時(shí)將大于發(fā)電機(jī)扭矩并且轉(zhuǎn)子將加速。 因而，轉(zhuǎn)子的速度不再受控并且會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子超速。為了防止不受控的旋轉(zhuǎn)，理想的是施加制動(dòng)來(lái)保持對(duì)風(fēng)力渦輪機(jī)的控制并且使得轉(zhuǎn)子減速。在常規(guī)風(fēng)力渦輪機(jī)中，使用空氣制動(dòng)器,其中葉片被定距從而減小空氣動(dòng)力學(xué)力矩。另一種施加制動(dòng)的可能性是使用機(jī)械制動(dòng)器，例如制動(dòng)盤(pán)，以便補(bǔ)償減小的發(fā)電機(jī)扭矩。在常規(guī)風(fēng)力渦輪機(jī)中，使用在直流鏈(DC-Iink)中的制動(dòng)電阻。這意味著功率電阻位于發(fā)電機(jī)變換器和電網(wǎng)變換器之間的直流鏈中，以便給發(fā)電機(jī)提供負(fù)載并因而制動(dòng)渦輪機(jī)。不過(guò)，直流鏈中的制動(dòng)電阻需要發(fā)電機(jī)變換器處于運(yùn)行。如果發(fā)電機(jī)變換器失效，則不再可能通過(guò)直流鏈中的功率電阻來(lái)制動(dòng)風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子。因此，本發(fā)明的目標(biāo)在于提供一種風(fēng)力渦輪機(jī)，其中即使在發(fā)電機(jī)變換器不運(yùn)行的情況下仍可以制動(dòng)轉(zhuǎn)子。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，這個(gè)目標(biāo)是通過(guò)上述定義的風(fēng)力渦輪機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其中被設(shè)置在永磁體發(fā)電機(jī)和發(fā)電機(jī)變換器之間的電開(kāi)關(guān)(electric switch)或電子開(kāi)關(guān)(electronic switch)被提供用于選擇性地將永磁體發(fā)電機(jī)連接到至少一個(gè)制動(dòng)電阻。本發(fā)明基于如下構(gòu)思，即當(dāng)制動(dòng)電阻被置于與永磁體發(fā)電機(jī)直接連接時(shí)能夠消除對(duì)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)變換器的依賴(lài)。這是可能的，因?yàn)橛来朋w發(fā)電機(jī)不需要磁化電流或其他主動(dòng)控制來(lái)產(chǎn)生動(dòng)力。直接在永磁體發(fā)電機(jī)的相上簡(jiǎn)單地接入功率電阻將在發(fā)電機(jī)上提供負(fù)載且因而制動(dòng)轉(zhuǎn)子。在本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)中，優(yōu)選的是通過(guò)控制器來(lái)控制電子開(kāi)關(guān)。控制器能夠例如包括微處理器或類(lèi)似控制裝置。根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)的另一改進(jìn)，能夠通過(guò)控制器來(lái)控制電子開(kāi)關(guān)的占空比。占空比是電子開(kāi)關(guān)處于活性狀態(tài)的時(shí)間分?jǐn)?shù)。因而，旨在根據(jù)特定占空比將電子開(kāi)關(guān)接通和斷開(kāi)，以便間歇地進(jìn)行對(duì)轉(zhuǎn)子的制動(dòng)。在本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)中，優(yōu)選的是在控制器中實(shí)施控制算法，從而監(jiān)控電網(wǎng)狀態(tài)和/或轉(zhuǎn)子速度和/或電阻溫度。因而，控制算法能夠考慮到來(lái)自電網(wǎng)和本發(fā)明風(fēng)力渦輪機(jī)的部件的不同狀態(tài)信息。能夠最佳地通過(guò)監(jiān)控電網(wǎng)電壓來(lái)監(jiān)控電網(wǎng)狀態(tài)。能夠監(jiān)控轉(zhuǎn)子速度以便避免轉(zhuǎn)子速度高于最大許用轉(zhuǎn)子速度。能夠監(jiān)控電阻溫度以便避免溫度高于預(yù)定最大溫度水平。根據(jù)本發(fā)明風(fēng)力渦輪機(jī)的優(yōu)選實(shí)施例，電子開(kāi)關(guān)可以包括晶體管。能夠電子地切換晶體管，從而當(dāng)電子開(kāi)關(guān)是晶體管時(shí)能夠選擇任意占空比。優(yōu)選地，本發(fā)明風(fēng)力渦輪機(jī)的永磁體發(fā)電機(jī)和發(fā)電機(jī)變換器優(yōu)選地通過(guò)三相連接，其中制動(dòng)電阻被連接到各相。因而，需要三個(gè)開(kāi)關(guān)，每相一個(gè)開(kāi)關(guān)。根據(jù)本發(fā)明風(fēng)力渦輪機(jī)的可替代實(shí)施例，電開(kāi)關(guān)管能夠是繼電器，其被連接成使得當(dāng)發(fā)生功率損失時(shí)接入至少一個(gè)制動(dòng)電阻。根據(jù)這種實(shí)施例，開(kāi)關(guān)是繼電器，其被連接成使得如果繼電器無(wú)效則電阻被接入。這樣，當(dāng)功率損失時(shí)電阻將被自動(dòng)接入，以便在轉(zhuǎn)子上施加制動(dòng)力。在本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)中，可以想到，其包括電開(kāi)關(guān)和電子開(kāi)關(guān)。這樣，能夠?qū)崿F(xiàn)兩種開(kāi)關(guān)的優(yōu)點(diǎn)。在本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)中，優(yōu)選的是所述至少一個(gè)制動(dòng)電阻是功率電阻。當(dāng)考慮優(yōu)選實(shí)施例的下述具體描述時(shí)將更好地理解本發(fā)明及其基本原理。


在附圖中
圖I是本發(fā)明風(fēng)力渦輪機(jī)的示意圖2是本發(fā)明風(fēng)力渦輪機(jī)的另一實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施例方式圖I是風(fēng)力渦輪機(jī)I的示意圖，其包括具有被連接到轉(zhuǎn)子軸3的三個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)子2以及永磁體發(fā)電機(jī)4。永磁體發(fā)電機(jī)4包括具有多個(gè)線圈的定子以及具有多個(gè)永磁體的轉(zhuǎn)子，以便當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)感生電壓。永磁體發(fā)電機(jī)4被三相6、7、8連接到發(fā)電機(jī)變換器5。發(fā)電機(jī)變換器5將永磁體發(fā)電機(jī)4產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)換為直流電。電網(wǎng)變換器9被兩條線路10、11連接到發(fā)電機(jī)變換器5。電網(wǎng)變換器9將發(fā)電機(jī)變換器5產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為電網(wǎng)12所需的具有適當(dāng)頻率和電壓的交流電。當(dāng)發(fā)生電網(wǎng)變?nèi)?grid drop)時(shí)通常作用在轉(zhuǎn)子軸3上的發(fā)電機(jī)扭矩大幅度減小，以致使風(fēng)力產(chǎn)生的空氣動(dòng)力學(xué)扭矩較大,從而轉(zhuǎn)子2將加速。通過(guò)控制器13來(lái)監(jiān)控電網(wǎng)變?nèi)?，該控制?3監(jiān)控例如電網(wǎng)12的電壓。當(dāng)已經(jīng)探測(cè)到電網(wǎng)變?nèi)鯐r(shí)，控制器13切換電子開(kāi)關(guān)，以使得永磁體發(fā)電機(jī)4和發(fā)電機(jī)變換器5之間的相被連接到制動(dòng)永磁體發(fā)電機(jī)4的電阻。如圖I中能夠看到的，在永磁體發(fā)電機(jī)4和發(fā)電機(jī)變換器5之間存在三個(gè)相6、7、8。通過(guò)設(shè)置在永磁體發(fā)電機(jī)和發(fā)電機(jī)變換器之間的開(kāi)關(guān)14，各相能夠被連接到電阻15。當(dāng)永磁體發(fā)電機(jī)4的相被連接到電阻15時(shí)，產(chǎn)生了作用在永磁體發(fā)電機(jī)4上的制動(dòng)力。在全部三個(gè)開(kāi)關(guān)14均存在的情況下，每個(gè)相6、7、8被分配有一個(gè)開(kāi)關(guān)14和一個(gè)電阻15。每個(gè)開(kāi)關(guān)14包括晶體管或類(lèi)似的電子開(kāi)關(guān)設(shè)備。通過(guò)控制器13來(lái)控制三個(gè)開(kāi)關(guān)14，控制器13使用控制算法來(lái)監(jiān)控轉(zhuǎn)子速度、電阻15的溫度、電網(wǎng)狀態(tài)和其他工作參數(shù)?？刂破?3被構(gòu)造成使得開(kāi)關(guān)14根據(jù)優(yōu)化占空比運(yùn)行。包括微處理器的控制器13關(guān)于風(fēng)力渦輪機(jī)I上的結(jié)構(gòu)負(fù)載和安全需求來(lái)計(jì)算優(yōu)化占空比。當(dāng)開(kāi)關(guān)14 被切換到使得永磁體發(fā)電機(jī)4被連接到電阻15時(shí)，產(chǎn)生反作用于空氣動(dòng)力學(xué)扭矩的制動(dòng)扭矩，以便補(bǔ)償電網(wǎng)變?nèi)醯挠绊憽D2示出了風(fēng)力渦輪機(jī)16的另一實(shí)施例，其中類(lèi)似部件使用相同附圖標(biāo)記。具有轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)子2經(jīng)由轉(zhuǎn)子軸3被連接到永磁體發(fā)電機(jī)4。永磁體發(fā)電機(jī)4被連接到發(fā)電機(jī)變換器5，該發(fā)電機(jī)變換器5進(jìn)而被連接到電網(wǎng)變換器9，該電網(wǎng)變換器9被連接到電網(wǎng) 12。在永磁體發(fā)電機(jī)4和發(fā)電機(jī)變換器5之間存在三個(gè)相，為了簡(jiǎn)明，在圖2中僅示出了其中一個(gè)相17。根據(jù)第一實(shí)施例，控制器13控制晶體管形式的開(kāi)關(guān)14，使得在電網(wǎng)變?nèi)跗陂g永磁體發(fā)電機(jī)4能夠選擇性地連接到電阻15以便產(chǎn)生制動(dòng)扭矩。此外，存在繼電器18作為電開(kāi)關(guān)，其與開(kāi)關(guān)14并聯(lián)連接以使得當(dāng)發(fā)生功率損失時(shí)接入制動(dòng)電阻19。在全部功率損失的情況下，控制器13將不再工作，在此情況下繼電器18自動(dòng)切換到使得電阻19將被自動(dòng)接入并且連接到相17，以使得電阻19連接到電網(wǎng)變換器4。因而，即使在發(fā)生全部功率損失時(shí)，電阻19仍將產(chǎn)生作用在永磁體發(fā)電機(jī)4上的制動(dòng)力，以便能夠控制轉(zhuǎn)子2。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力渦輪機(jī)(1，16)，包括轉(zhuǎn)子(2)、永磁體發(fā)電機(jī)(4)和發(fā)電機(jī)變換器(5)，特征在于被設(shè)置在所述永磁體發(fā)電機(jī)(4)和所述發(fā)電機(jī)變換器(5)之間的電開(kāi)關(guān)或電子開(kāi)關(guān)(14)被提供用于選擇性地將所述永磁體發(fā)電機(jī)(4)連接到至少一個(gè)制動(dòng)電阻(15，19)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，特征在于所述電子開(kāi)關(guān)(14)被控制器(13)控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，特征在于所述電子開(kāi)關(guān)(14)的占空比被所述控制器(13)控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，特征在于在所述控制器(13)中實(shí)施控制算法，從而監(jiān)控電網(wǎng)狀態(tài)和/或轉(zhuǎn)子速度和/或所述電阻(15)的溫度和/或其他工作參數(shù)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，特征在于所述電子開(kāi)關(guān)(14)包括晶體管。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，特征在于所述永磁體發(fā)電機(jī)(4)和所述發(fā)電機(jī)變換器(5)優(yōu)選地被三相連接，其中制動(dòng)電阻(15)被連接到各相。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，特征在于所述電開(kāi)關(guān)是繼電器 (18)，該繼電器被連接成使得當(dāng)發(fā)生功率損失時(shí)接入所述至少一個(gè)制動(dòng)電阻(19)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，特征在于其包括電開(kāi)關(guān)和電子開(kāi)關(guān) (14)。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，特征在于所述至少一個(gè)制動(dòng)電阻 (15，19)是功率電阻。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力渦輪機(jī)(1，16)，其包括轉(zhuǎn)子(2)、永磁體發(fā)電機(jī)(4)和發(fā)電機(jī)變換器(5)，其中被設(shè)置在所述永磁體發(fā)電機(jī)(4)和所述發(fā)電機(jī)變換器(5)之間的電開(kāi)關(guān)或電子開(kāi)關(guān)(14)被提供用于選擇性地將所述永磁體發(fā)電機(jī)(4)連接到至少一個(gè)制動(dòng)電阻(15，19)。
文檔編號(hào)H02P3/22GK102611365SQ201210015120
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月18日
發(fā)明者G.黑格 申請(qǐng)人:西門(mén)子公司