6MW水平旋转随动变角桨叶直驱永磁同步风力发电机组制造技术

本发明专利技术“６ＭＷ水平旋转随动变角桨叶直驱永磁同步风力发电机组”属先进、新型能源、绿色、可再生能源技术领域，风力发电技术。主要解决了如下技术问题：一、采用随动变角水平旋转的大直径，大面积，主要靠钢绞线柔性连接的桨叶构成的立轴风机。抗疲劳、重量轻、造价低。二、直接驱动发电机，不用加速齿轮箱，没有机械损耗，效率高，故障少，运行可靠性高。三、特殊结构的钕铁硼永磁体多极磁极，磁力间隙可调整的永磁同步发电机，适合低转速直接驱动。四、独特的控制系统保证水平桨叶边推动主轴旋转边自行调整迎风、顺风角度。五、因单机容量高达６ＭＷ，节省了大量的基础和配套费用，用其建造风电场的总费用可降低３０％以上。

【技术实现步骤摘要】

先进、新型、绿色、可再生能源，风力发电技术。
技术介绍
在现有风电技术的基础上独辟蹊径，fi主开发。
技术实现思路
与现广泛应用的风力发电机不同，此系自主知识产权、本人独立开发的新型机组，其主要特 点为，构思新颖且经实验反复考证，技术创新、实用。其特点是输出功率大、效率高、结构 简单牢固、重量轻、造价低、易维护、运行可靠。一、 风机1、 风机为立轴、水平旋转的桨叶结构。但是> 在水平状态，固定直桨叶的风车是不会旋转的，因 为垂直主轴两侧的桨叶同时迎风受力，力量相同，方向相反，相互抵消。在这里，水平分布的六片桨叶 由自主开发的工业控制计算机控制，经由直流电机、减速机等组成的执行机构调整，在任意风向时均有 一片桨叶平面迎风，推动主轴旋转，而绕主轴180°方向上的另一片桨叶则调整为顺风状态，立面迎风， 对风的阻力很小。随着主轴的转动，六片桨叶的角度被不断地随机调整，始终保持上述状态，最大限度 地把风能转化为风机主轴旋转的机械能。2、 要获得更多的能量，就要加大桨叶的直径和宽度，此风机桨叶直径达9QM，宽2.6M,单片桨叶 迎风面积达100nf由于用了大量的无缝钢管和钢绞线，平视象钢索斜拉桥，鸟瞰则如蜘蛛网，使风机整 体结构即庞大又轻巧，因为是柔性连接，故结构牢，重量轻，耐疲劳，有效迎风面积大。经多年摸索， 在机械加工的精度和难度方面解决了很多困难，使其结构适合在风电场现场组合安装，为工厂的模块化 生产创造了有利的条件。3、 为了防止雷电破坏，立轴的顶端和六片桨叶的支撑轴外端都设有放电尖端，既避雷针，经支撑 轴、钢绞线、主轴外套联为一体，为避免雷电电流烧伤轴承，通过大面积的滑环和含铜炭刷与防雷接地 网相连。二、 发电机1、发电机外转子与风机同轴，形成直接驱动系统，其上镶嵌着由钕铁硼永磁体构成的多极发电机 磁场，以适应风机主轴每分钟十几转的低转速需要。当这个磁场随风机旋转时，就切割定子线圈，产生 电能。2、 发电机的定子线圈采用高压连接，输出10KV50Hz的三相电能。由于转子上的钕铁硼永磁体磁极 磁场极强，磁通密度很大，所以定子线圈每伏瓯数较少。这样，定子线圈结构紧凑，效率高。并为连接 成J0KV高电压输出创造了有利条件。3、 为了调整上网电压和无功功率，与现有的各种永磁电机不同，特殊结构的钕铁硼永磁体多极数 磁极与定子铁心之间，磁力间隙可调整。三、 自动控制系统1、 本风力发电机组的自动控制系统由工业控制计算机和若干可编程控制器及风向、风速传感器、 定子线圈温度传感器、主轴转速传感器、输出电压变送器、电流变送器、有功功率变送器、无功功率变 送器等诸多传感器、变送器和若干电动执行机构组成，保证水平旋转随动变角桨叶边推动主轴旋转边自 行调整迎风、顺风角度92、 考虑到电网事故、故障、本机检修、自然灾害和在各种极端情况下都能泰然处置，保证以工控 机为核心的控制系统不间断地正常工作，确保电动执行机构能准确无误地把桨叶调整到需要的位置，控 制电源采用配置了浮充电源的蓄电池直流供电系统。3、 当遇到风力达到10级以上等极端情况时，六片桨叶自动调整迎风角度，直至调至0度(既与水平面平行)，同时，刹车系统启动，保证风机不受损坏。4、 通过自动控制系统调整磁场间隙和调整迎风面桨叶角度，使周波、电压、无功功率与系统平衡， 并获得最大输出的有功功率。5、 并网控制系统用作风力发电机组安全并入和退出电网系统。因采用特殊结构，可调磁隙的永 磁同步发电机，所以此风力发电机组并入和退出电网与传统的水电、火电同步发电机组并无两样，只是 将其与水平旋转随动变角桨叶控制系统整合在一起作为整机的控制系统。四、 比较优势与现有多数在网运行或正在安装的风力发电机组比较，此6MW水平旋转随动变角桨叶立轴直驱式永磁同步风力发电机组有以下优势1、 因为大半径、大面积的桨叶是直接被风推动而不是切风，所以可捕捉到更大量的风能，因而可以做到6MW这样大的单机容量。2、 因直接驱动，省去了机械损耗很大且故障率高的加速齿轮箱，因此降低了造价，同时提高了效 率并具有高可靠性，可彻底改变目前已投运的风力发电机组因齿轮箱故障频频停机的现状。3、 风机整体结构为柔性连接，从根本上解决了风机桨叶常年运行材料疲劳损坏的问题，桨叶材料 选择范围宽，造价低。因风机的桨叶绕立轴水平旋转，塔架只承受很小的侧向风力，且受力均匀，主 要承担风力发电机组的自重力，所以对塔架的要求不高，甚至可在高层建筑物的顶层安装。这样就大大 降低了风电场的造价。4、 整体风力发电机组的价格优势非常明显(1) 、目前，风力发电机组的单位造价在8000元/KW左右，但建设风电场的费用仍在10000元/ KW以上。(2) 、以模型机为参考，经反复测算、推算，我的风力发电机组在形成量产以后，单位造价可降低20%，在6400元/KW左右，因单机容量大，节省了大量的基础和配套费用，用其建造风电场的总费用 降低30%以上，可控制在7000元/KW左右。 五、主要参数1、 塔架高度20m+8m2、 主轴高度8.6m3、 桨叶直径90m4、 桨叶长度40m5、 桨叶宽度2.6m6、 发电机特殊结构钕铁硼永磁体多极外转子，磁力间隙可调永磁同步型功 率6.0MW 功率因数0. 85电 压10kV 电 流410A具体实施例方式一、 本人自1994年起，利用业余时间研制此风力发电机，经过近十年的努力，在2003年制作出 第一台模型机，按三相四线接线方式，用电炉做负载，每相接三个3000W电炉，三相共接九个做试验， 可在四级风条件下让九个电炉烧红，带足27KW的负荷。在模型机试验成功之后的几年里，先后完成了 风机大型化、实用化设计，实验。和对2MW、 4MW、 6MW特殊结构，可调磁隙的，多磁极永磁同步发电机 的实验室分解试验。二、 6Mff机组的塔架己用四根22M水泥杆结合钢结构已完成，主轴制作调试己完成，整机制造、 安装工程资金缺口太大，尚需资金支持。三、 又一台120CT模型机正在制作中。本文档来自技高网...

【技术保护点】
本专利技术的技术特征主要有：立轴、随动变角水平旋转桨叶、整体柔性连接的风机。水平分布的六片桨叶由自主开发的工业控制计算机控制，经由直流电机、减速机等组成的执行机构调整，在任意风向时均有一片桨叶平面迎风，推动主轴旋转，而绕主轴１８０°方向上的另一片桨叶则调整为顺风状态，立面迎风，对风的阻力很小。随着主轴的转动，六片桨叶的角度被不断随机调整，始终保持上述状态，最大限度地把风能转化为风机主轴旋转的机械能，直接驱动永磁、可调间隙、特殊结构的多极同步发电机。　６ＭＷ水平旋转随动变角桨 叶直驱永磁同步风力发电机组。

【技术特征摘要】
本发明的技术特征主要有立轴、随动变角水平旋转桨叶、整体柔性连接的风机。水平分布的六片桨叶由自主开发的工业控制计算机控制，经由直流电机、减速机等组成的执行机构调整，在任意风向时均有一片桨叶平面迎风，推动主轴旋转，而绕主轴180°方向上的另一片桨叶则调整为顺风状态，立面迎风，对风的阻力很小。随着主轴的转动，六片桨叶的角度被不断随机调整，始终保持上述状态，最大限度地...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐锦镛，
申请(专利权)人：徐锦镛，
类型：发明
国别省市：15[中国|内蒙]