小型风力发电机偏航自动控制装置制造方法及图纸

本技术公开了一种小型风力发电机偏航自动控制装置，结构包括风轮、永磁发电机、回转体、尾翼、尾翼控制系统、限位机构、风力机主控制器MCU。尾翼控制系统安装在回转体内，蜗轮蜗杆减速机安装在回转体内腔里，在蜗杆一端连接直流电动机，蜗轮轴上端安装有滑轮Ⅰ，在滑轮Ⅰ轴上固定有钢丝绳，钢丝绳穿过导管、滑轮Ⅱ与尾翼连接杆相连。本装置的优点是，用户只要将风力发电机额定输出功率设定值输入MCU，即可实现自动远程控制尾翼控制系统，进而使风力发电机的运行方式及运行时间均处于正常状态，确保风力机运行平稳可靠，本装置不影响风力机的固有被动偏航功能，适于在0.05kW～30kW各种中小型风力机中应用。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及风力发电机，具体涉及一种小型风力发电机偏航自动控制装置。

技术介绍

1、中小型风力发电系统在使用中由于风向的不确定性，需要调向装置调整风力机始终对准风向以保证最大风能跟踪。但同时，当超过可用风速范围后，因超负荷会危及风力机安全运行。另外，风力发电机所带的负载时高时低的变化也同样危及其安全性。当风速超过设计值时，需要对风力发电系统进行保护，释放多余的能量。由于风能变化的随机性和不连续性，使得发电机输出的电能不稳定，需要控制器负责监测与控制风电机组的运行状态以及管理发电机输出的能量变换和流向。所以，风能的这种随意性和负荷的不稳定性往往会给风能的开发利用带来了很多难题。独立风电机组在实际运行过程中，风力机限速保护问题较为突出，尤其是在额定风速以上，必须对风力机转速加以限制，否则将对机组机械结构和电气装置造成破坏性影响。目前，中小型独立风电机组的限速保护多采用机械折尾翼方式或加卸荷负载方式。根据风力机与发电机的功率匹配特性，额定风速以下，采用加卸荷负载方式可以有效地限制风力发电机的转速。而在额定风速以上，不断地增加卸荷负载将导致发电机的输出功率超过其额定值，为保证机组的安全性，这就要求在进行风电机组设计时发电机的输出功率最大值以及相应电气装置的安全阀值留有更大的余量，其结果导致机组成本的增加并给系统带来一定的安全隐患。

2、目前，实际应用的中小型风力发电机配套的是被动式无自动保护装置，即被动式偏航机构。该偏航机构一般采用利用尾翼斜置侧偏风轮原理。就是指风力发电机风轮水平旋转轴与风力发电机机头的垂直旋转轴有一距离，此距离称为偏心距。风轮受风压通过偏心产生偏心力矩，偏转风轮使其偏离主风向而调速。当风大时，此偏心力矩可促使风轮产生一个顺着风向扭转的力矩，即一般称为被动偏航而减少功率。风轮侧偏或上仰，使风轮的旋转平面偏离主风向，减小了迎风面积使其吸收功率下降。当风轮旋转面被侧偏到与风向平行时，风轮会自动停止，从而达到调速和保护风力机的目的。当风速减小时，风轮及机头在复位弹簧的作用下，恢复对风方向。现有中小型风力发电机是采用尾翼销轴后倾角和侧倾角联合使用，在尾翼的重力作用下，产生复位力矩。由于该结构造价低，结构简单，国内小型风力发电机和风力提水机基本上采用这种被动偏航控制方式。实践证明，其对风控制效果不理想，还存在有非常严重的隐患，即在同样风速的条件下，当负载有很大的变化时，比如发电机突然空载、提水机空载、或者出现风力机蓄电池脱开、导线断开、发电机滑环接触不良等故障时，风轮的转速将会突然增速，以致造成转速失控，产生巨大的离心力，发生“飞车”毁机严重事故。所以，必须加强控制器的研制，增加其灵敏度。

3、对于中小型水平轴风力机来说，急需研制一套既要使风轮的旋转面经常对准风向，以得到最高的风能利用率，又要确保当负载变化较大和风速过大时，避免发生风机失控烧毁整流控制电路的控制系统。基于此，提出一种主动控制的偏航自动控制系统，以提高中小型风力发电机组的转速调节、功率调节的性能以及工作稳定性、可靠性技术。

技术实现思路

1、本技术要解决的技术问题是针对上述目前风力机所存在的问题，提供一种小型风力发电机偏航自动控制装置，本装置确保风力机的工作稳定性、可靠性、灵敏度高、自动控制，特别是实现远程控制。根据发电机转速的不同，当实际转速低于偏航转速时，控制系统根据尾翼偏转状态调整偏转角至最小值，并利用尾翼自动对风保证风电机组尽可能多的捕获风能；当实际转速高于偏航转速时，受机械强度、发电机容量和功率器件安全等级等限制，对尾翼偏转角进行调整从而使风力机处于偏航状态，降低其捕获的风能，保证风力发电机组安全运行。既要使风轮的旋转面经常对准风向，以得到最高的风能利用率，又要确保当负载变化较大和风速过大时，控制电路的控制系统迅速做出反映。完全避免了超速“飞车”的可能性发生，达到主动快速调速的目的。

2、本技术要解决的技术问题由以下结构来实现：小型风力发电机偏航自动控制装置，结构包括风轮、永磁发电机、回转体、风机立柱、尾翼机构、尾翼控制系统、限位机构、风力机主控制器mcu。

3、所述永磁发电机通过固定螺栓固定在回转体一侧，其前端轴上安装有风轮。尾翼连接杆一端通过尾翼支架、尾翼销轴与回转体相连，另一端与尾翼相连，所述回转体下端通过两个轴承安装在回转支撑上，所述回转支撑下端通过固定螺栓与风力机立柱相连。

4、所述尾翼控制系统通过支架安装在回转体腔内，结构包括直流电动机、蜗轮蜗杆减速机、滑轮ⅰ、钢丝绳、滑轮ⅱ、支架，其作用是接收mcu指令，随时控制尾翼偏转角度达到风力发电机正常运行预期效果。以使风轮获得有效风能，并保证风速过高时，防止风轮转速失控，产生巨大的离心力，发生“飞车”毁机严重事故。所述蜗轮蜗杆减速机通过固定螺栓安装在支架上，在蜗杆轴一端连接所述直流电动机，蜗轮轴上端安装有滑轮ⅰ，在滑轮ⅰ轴上固定有钢丝绳，所述钢丝绳穿过导管、滑轮ⅱ与尾翼连接杆相连，其作用是拉动尾翼完成并尾和释放活动。

5、所述蜗轮蜗杆减速机减速速比100：1。

6、所述限位机构通过支板安装在所述回转体末端，结构包括支板、尾翼释放限位开关ks2、尾翼并尾限位开关ks1、尾翼释放限位板、尾翼并尾限位板。所述支板焊接在回转体后部，所述尾翼释放限位开关ks2、尾翼并尾限位开关ks1分别安装在支板两侧；尾翼限位支板焊接在尾翼支架上，可随尾翼左右摆动，其作用当尾翼并尾和释放时，即时触动尾翼释放限位开关ks2、尾翼并尾限位开关ks1。

7、所述尾翼支架两侧焊接尾翼并尾限位板、尾翼释放限位板，其作用是防止尾翼与风轮发生碰撞。在尾翼并尾限位板、尾翼释放限位板分别装有防震胶垫。

8、所述风力机主控制器采用mcu，即，微控制单元(microcontroller unit)，其作用是通过测量元件，同时接收来自风力发电机电压采样输入和接收电池电压采样输入，通过控制电路连接驱动模块，控制充电模块在风力发电机输出电压小于规定值时充电，采集风力发电机发出的电压、电流数据，通过控制逻辑采用pid算法，利用pid算法可以一方面保证风力发电机处于最佳功率点发电；另一方面，防止因发电机发出的功率超出额定功率而损坏。

9、本小型风力发电机偏航自动控制装置的工作原理是：用户远程通过mcu调节比例参数、积分参数、微分参数，以便控制控制系统，进而调节风力发电机的运行方式及运行时间均处于正常状态。

10、其控制逻辑为：当主控制器(mcu)检测到风力机转速和功率达到额定值110％时，直流控制dc24电源启动，直流正向输出(左正极，右负极)，执行机构全部投入(dc24v全压输出)，指令驱动直流电动机运转，带动蜗轮蜗杆减速机、滑轮ⅰ旋转，以最大功率通过钢丝绳，自动收紧钢丝绳使尾翼迅速偏转，将尾翼从与风轮法线为180°角度时，开始并尾运行，直至尾翼限位支板触发到并尾限位开关ks1停止。同时，直流电流dc24在尾翼限位支板触发ks1时，延时2s断开，防止系统振荡。拉拽到某一个角度，从而避开主风向，降低风本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.小型风力发电机偏航自动控制装置，结构包括风轮、永磁发电机、回转体、回转支撑、风机立柱、尾翼支架、尾翼、尾翼控制系统、限位机构、尾翼销轴、风力机主控制器MCU，其特征在于：所述永磁发电机通过固定螺栓固定在回转体一侧，其前端轴上安装有风轮，尾翼连接杆一端通过尾翼支架、尾翼销轴与回转体相连，另一端与尾翼相连；

2.如权利要求1所述的小型风力发电机偏航自动控制装置，其特征在于：所述尾翼并尾限位板、尾翼释放限位板分别装有防震胶垫。

【技术特征摘要】

1.小型风力发电机偏航自动控制装置，结构包括风轮、永磁发电机、回转体、回转支撑、风机立柱、尾翼支架、尾翼、尾翼控制系统、限位机构、尾翼销轴、风力机主控制器mcu，其特征在于：所述永磁发电机通过固定螺栓固定在回转体一侧，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨少楠，
申请(专利权)人：苏尼特左旗博洋装备制造有限公司，
类型：新型
国别省市：