具有多个发电单元的发电机及其运行控制方法技术

本发明专利技术涉及利用外部动能进行发电的发电装置领域，具体涉及一种具有多个发电单元的发电机，包括：电机外壳、主动力轴；依次串接在主动力轴上的多个发电单元；每个所述发电单元包括一个单元磁体部和一个单元线圈部；所述单元磁体部可随主动力轴转动构成发电机的转子，所述单元线圈部构成发电机的定子；控制器根据接收到的来自信号采集传输模块的信号分别控制各发电单元参与发电；其中一个发电单元为启动单元，在控制器接收到的信号满足启动条件之前该启动单元与外界负载导通从而产生作用于主动力轴上的反向扭矩，避免了发电机在启动时出现显著的卡顿现象，极大延长了发电机的使用寿命，降低了维修成本。

Generator with Multiple Generating Units and Its Operation Control Method

The invention relates to the field of power generation devices utilizing external kinetic energy, in particular to a generator with multiple generating units, including a motor housing and an active power shaft; a plurality of generating units connected sequentially on the main power shaft; each generating unit includes a unit magnet part and a unit coil part; and the unit magnet part can rotate with the active power axis to form a unit magnet part. The generator's stator is composed of the coil part of the unit; the controller controls each generating unit to participate in power generation according to the received signal from the signal acquisition and transmission module; one of the generating units is the starting unit, which is connected with the external load before the signal received by the controller satisfies the starting conditions, thus generating the active power axis. Reverse torque avoids the obvious Karton phenomenon when the generator starts, greatly prolongs the service life of the generator and reduces the maintenance cost.

【技术实现步骤摘要】
具有多个发电单元的发电机及其运行控制方法
本专利技术涉及利用外部动能进行发电的发电装置领域，具体涉及一种具有多个发电单元的发电机及其运行控制方法。
技术介绍
随着工农业生产的发展和人民生活水平的提高，现在利用可再生能源进行发电的技术受到越来越多的关注。现在常用的发电机为定值发电机，通常是对其输入额定工作力矩和额定工作转速，发电机输出额定工作电压、额定频率和额定功率。上述定值发电机对输入的力矩和转速要求比较高，因此在利用可再生能源进行发电方面存在明显的问题。常见的可再生能源包括风力、潮汐等，这些能源提供的动力输入都是不稳定的，现有风力发电机所利用的风能通常是局限在一定的应用段的范围，对应用段外的动力输入无法进行有效利用，导致对可再生能源利用率低下。例如现有的大型风力发电机，其通常由一个额定功率在1000KW左右的大功率的发电模块构成，通常只有在风力达到五级、六级及以上的较大风力时才可以正常发电并输出符合标准的电流，而在二级至四级低风、微风段，外部动力输入和功率输入通常不足以带动发电机正常发电，即便发电，输出的也是不符合一定频率、电压标准的废电，从而使发电机在较低风速的情况下长期处于停摆、闲置状态，因而该类大型风力发电机对风力的利用仅仅是局限于一个应用范围较小的大风力段。另外，外界风力因其不稳定性，在太小的风力下发电机通常不能正常发电，因此风力发电机通常会设定一个启动参数譬如一个转速参数，只有在风速达到一定标准时才启动发电机正常发电，但在启动发电机发电的一瞬间，因为发电机的线圈部内产生瞬间的电流因而会产生一个瞬间作用在主动力轴上的反向扭矩，这样在启动发电机的瞬间会出现一个显著的卡顿现象，这一卡顿现象通常会严重损伤发电机的机械构件并产生巨大的噪音，在不稳定的风力状况下这种情况如果长期持续就会严重影响发电机的正常运行和使用寿命，维修成本很高。因而，如何使发电机在外部动力的不同应用段均能正常发电，且在发电机启动时不出现显著的卡顿现象显得尤为重要。
技术实现思路
针对上述技术缺陷，本专利技术提供了一种由多个可独立运行的发电单元组成的发电机，该发电机可根据外部动力输入的变化和大小控制不同数量的发电单元参与发电，从而可有效实现在外部动力的不同应用段均可正常发电，尤其重要的是在启动正常发电之前发电机有一个自适应和平缓过渡的过程，从而避免了发电机在启动时出现显著的卡顿现象，极大延长了发电机的使用寿命，降低了维修成本。本专利技术的基础技术方案为，一种具有多个发电单元的发电机，包括：电机外壳、主动力轴；依次串接在主动力轴上的多个发电单元；每个所述发电单元包括一个单元磁体部和一个单元线圈部；所述单元磁体部可随主动力轴转动构成发电机的转子，所述单元线圈部构成发电机的定子；控制系统，所述控制系统包括控制器、信号采集传输模块，信号采集传输模块与控制器信号连接，控制器根据接收到的来自信号采集传输模块的信号分别控制各发电单元参与发电；其中一个发电单元为启动单元，在控制器接收到的来自信号采集传输模块的信号满足启动条件之前，该启动单元与外界负载导通从而产生作用于主动力轴上的反向扭矩；当控制器接收到的来自信号采集传输模块的信号满足启动条件时，控制器可控制该启动单元参与发电并输出符合设定标准的电流。所述主动力轴可以直接或间接的连接外部动力机构譬如风力发电机的叶片主轴，主动力轴贯穿发电机的外壳并与外壳两端通过轴承固定，通常主动力轴为一根，也可以根据情况布置多根主动力轴并通过齿轮组传动；所述控制器为PLC控制器或智能控制器；多个发电单元是指两个或两个以上的可独立运行的发电单元，每个发电单元分别具有各自的额定功率，通常各发电单元的额定功率是相同的，发电机的最大额定功率是各发电单元的额定功率相加之和。多个发电单元依次串接在主动力轴上是指多个发电单元依次顺序布置在主动力轴上，使得各发电单元可以同时接受主动力轴传递的外部动力。所述信号采集传输模块包括一个测速编码器或扭矩传感器或电压传感器或电流传感器或功率传感器，用以采集发电机的运行状态信号并传输给控制器，这些信号可以是某一个发电单元的功率信号、电压信号、电流信号，或者是主动力轴的转速信号、扭矩值信号等等，也可以是发电机的整机信号，这些信号均可以体现发电机的运行状态，可以作为感知外部动力输入的大小和变化的信号。在控制器内可以事先输入控制参数用以根据输入的信号调节控制参与发电的发电单元的数量和发电机的额定功率，使得该发电机可根据外部动力输入的变化和大小控制不同数量的发电单元参与发电，从而可有效实现在外部动力的不同应用段均可正常发电。尤为重要的是，可将发电机的其中一个发电单元设为启动单元，以使得发电机启动正常发电之前有一个自适应和平缓过渡的过程。本专利技术的工作原理为：在控制器内设置控制参数，其中包括一个启动条件(参数)，在外部动力驱动下发电机主动力轴开始转动，该启动单元的单元磁体部与主动力轴固定连接并随其同步转动，在控制器接收到的信号满足启动条件之前，该启动单元的单元线圈部的输出电路也一直是与外界负载导通的，导通的外界负载可以是蓄电池或者直接接地，因而作为定子的单元线圈部可相对单元磁体部作切割磁力线运动并产生电流，这样在较小的外部动力输入时该启动单元的单元线圈部内始终存在一定的电流，尽管这些电流值不符合输出、供电的标准，但这些始终存在的相对较小的电流使得该启动单元在启动正常发电之前始终产生一个作用在主动力轴上的反向扭矩(相当于给转动的主动力轴一个反向阻力)，该反向扭矩可以平衡输入的外部动力在主动力轴上产生的正向扭矩，并且该反向扭矩的绝对值随外部动力产生的正向扭矩的绝对值的变化而变化，并且二者往往逐步趋于平衡以使得主动力轴上的扭矩矢量之和为零，使得主动力轴转速维持在匀速状态。所谓正向扭矩是外部动力作用在主动力轴上产生的驱动转动的扭矩，所谓反向扭矩是单元线圈部内的电流与单元磁体部的电磁感应而产生的作用在主动力轴上的、与正向扭矩相反的扭矩。当外部动力及其扭矩值逐步增大，转速逐步增大，则启动单元的单元线圈部内的电流也随之增大，因而启动单元产生的反向扭矩值也随之增大，反之，启动单元产生的反向扭矩值随外部动力的变小而变小。因此，当控制器接收到的信号满足启动条件之前，该启动单元处于可随外部动力大小自由运行的状态并产生作用于主动力轴上的、随外部动力变化而变化的反向扭矩。当外部动力输入足够大，控制器接收到的信号满足启动条件时譬如满足主动力轴的转速值或某一发电单元的电流值、功率值，则控制器控制切断该启动单元与外界负载原有的电路并同时控制该启动单元的输出电路与用于对外正常供电的供电电路导通，则该启动单元参与发电并对外输出符合设定标准的电流，譬如并网供电、或向工矿企业提供符合用电要求的电流，从而正常发电。因为启动单元在正常发电之前其一直与外界负载导通、一直存在一个随外部动力和正向扭矩变化而实时变化的反向扭矩，因而在该启动单元启动正常发电并输出符合设定标准的电流的一瞬间，作用在主动力轴上的正向扭矩和反向扭矩的矢量之和的变化量是很小的，因而可以实现发电机从启动发电之前的自由运行状态到正常发电状态的平缓过渡，从而避免了发电机在启动时出现显著的卡顿现象。随着外部动力的增加，主动力轴的转速和正向扭矩继续增加，当达到一定的控制参数时，控制器控制加载一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.具有多个发电单元的发电机，其特征在于，包括：电机外壳、主动力轴；依次串接在主动力轴上的多个发电单元；每个所述发电单元包括一个单元磁体部和一个单元线圈部；所述单元磁体部可随主动力轴转动构成发电机的转子，所述单元线圈部构成发电机的定子；控制系统，所述控制系统包括控制器、信号采集传输模块，信号采集传输模块与控制器信号连接，控制器根据接收到的来自信号采集传输模块的信号分别控制各发电单元参与发电；其中一个发电单元为启动单元，在控制器接收到的来自信号采集传输模块的信号满足启动条件之前，该启动单元与外界负载导通从而产生作用于主动力轴上的反向扭矩；当控制器接收到的来自信号采集传输模块的信号满足启动条件时，控制器可控制该启动单元参与发电并输出符合设定标准的电流。

【技术特征摘要】
2018.07.27 CN 2018108457598;2018.07.27 CN 201810841.具有多个发电单元的发电机，其特征在于，包括：电机外壳、主动力轴；依次串接在主动力轴上的多个发电单元；每个所述发电单元包括一个单元磁体部和一个单元线圈部；所述单元磁体部可随主动力轴转动构成发电机的转子，所述单元线圈部构成发电机的定子；控制系统，所述控制系统包括控制器、信号采集传输模块，信号采集传输模块与控制器信号连接，控制器根据接收到的来自信号采集传输模块的信号分别控制各发电单元参与发电；其中一个发电单元为启动单元，在控制器接收到的来自信号采集传输模块的信号满足启动条件之前，该启动单元与外界负载导通从而产生作用于主动力轴上的反向扭矩；当控制器接收到的来自信号采集传输模块的信号满足启动条件时，控制器可控制该启动单元参与发电并输出符合设定标准的电流。2.根据权利要求1所述具有多个发电单元的发电机，其特征在于：各所述单元磁体部分别与主动力轴固定连接，所述控制器通过分别控制各所述单元线圈部输出电路的导通以控制发电单元参与发电。3.根据权利要求2所述具有多个发电单元的发电机，其特征在于：所述控制系统还包括多个通断开关模块，控制器分别与所述通断开关模块相连，每个所述单元线圈部的输出电路串联有一个所述通断开关模块；控制器可根据接收到的来自信号采集传输模块的信号控制通断开关模块的导通从而控制单元线圈部输出电路的导通。4.根据权利要求1所述具有多个发电单元的发电机，其特征在于：每个所述单元磁体部配置有一个电磁离合器，每个电磁离合器分别与主动力轴固定连接，控制器通过控制电磁离合器的结合与分离以控制单元磁体部的转动，从而控制发电单元参与发电。5.根据权利要求1所述的具有多个发电单元的发电机，其特征在于：所述单元磁体部包括若干相对设置的左磁体、右磁体，左磁体与右磁体之间留有间隙，所述单元线圈部位于所述间隙内。6.根据权利要求5所述的具有多个发电单元的发电机，其特征在于：所述单元磁体部包括一组相对设置的左磁盘、右磁盘，所述左磁体按照N极、S极交错布置在左磁盘上，所述右磁体按照S极、N极交错布置右磁盘上；且相对设置的左磁体与右磁体磁极相反。7.根据权利要求6所述的具有多个发电单元的发电机，其特征在于：相邻的两个所述单元磁体部共用一个磁盘，该磁盘同时兼做一个单...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱宗善，
申请(专利权)人：浙江瑞枫新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33