一种在双风速功率曲线上工作的垂直轴风力发电系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种双风速功率曲线工作的垂直轴风力发电系统，设计二组达里厄式风轮，一组安装在发电机的转子上，另一组安装在发电机的定子上，但它们工作时的转动方向正好相反。发电机底部固定在一个回转体上，该回转体可磁悬浮无摩擦地绕发电机的中心轴自由旋转，低风速时双风轮工作，高风速时仅转子风轮工作，根据风速的变化，由PLC控制风力发电系统循环以上两种工作方式，使该系统实现低风速功率曲线和高风速功率曲线上的双功率曲线工作，起动风速低，工作风速范围宽。特别适用于广大年风速分布很不均匀的地区，可以几倍地增加年发电量。本实用新型专利技术风力发电系统性能可靠、稳定、结构简单、制造容易、成本低、不易损坏、经久耐用、易于维修。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术公开了一种双风速功率曲线工作的垂直轴风力发电系统，设计二组达里厄式风轮，一组安装在发电机的转子上，另一组安装在发电机的定子上，但它们工作时的转动方向正好相反。发电机底部固定在一个回转体上，该回转体可磁悬浮无摩擦地绕发电机的中心轴自由旋转，低风速时双风轮工作，高风速时仅转子风轮工作，根据风速的变化，由PLC控制风力发电系统循环以上两种工作方式，使该系统实现低风速功率曲线和高风速功率曲线上的双功率曲线工作，起动风速低，工作风速范围宽。特别适用于广大年风速分布很不均匀的地区，可以几倍地增加年发电量。本技术风力发电系统性能可靠、稳定、结构简单、制造容易、成本低、不易损坏、经久耐用、易于维修。【专利说明】—种在双风速功率曲线上工作的垂直轴风力发电系统
本技术属于一种垂直轴风力发电系统，本系统能实现低风速功率曲线和高风速功率曲线上的双功率曲线工作，克服了现有风力发电系统固有的一种弊病，风力发电机的工作风速范围较窄，就是低风速与高风速不能兼顾的矛盾。而本发电系统在低风速和高风速有一样的发电能力，并且降低了起动风速，加宽了发电机的工作风速的范围。特别适用于广大年风速分布很不均匀的地区，可以几倍地增加年发电量。
技术介绍
目前，市面上风力发电系统种类很多，有水平轴，垂直轴风力发电系统，已采用的风力发电机有3种，即直流发电机、异步和同步交流发电机；不论是何种电机，均由定子和转子两大部件组成(有内转子和外转子之分)，靠转子的转动在处于变化磁场中的绕组内产生感应电动势，将风轮捕获的风能转化成电能。实际上不可能将捕获的风能全部转变为电能，在空气密度、风能利用系数Cp、场地风速和机械效率相同的情况下，发电机的输出功率与风轮面积成正比。
技术实现思路
根据贝茨理论，风能利用系数Cp的极限值为0.593，这是一个上限，任何风力发电机都不能突破这个上限，要解决现有风力发电机的工作风速范围较窄的问题，在低风速时，必Jf增加风轮面积，才能增加发电机的发电量。如果是单转子电机，要增加风轮面积，风轮半径ζ也将增加，为了保证风轮的尖速比I = MZv在最佳值(一般在2.0-7.5之间，V为风速)(因为风能利用系数G =/(兩)，一定要降低电机的额定转速，即增加电机的极对数，电机的重量和体积大大增加,成 本将成倍增加。本专利技术是在已有电机极对数不变的情况下，在垂直轴发电机定子上增加一组风轮如图1所示，从而保证C P不变的情况下使风轮面积增加一倍，实行双转子运行，从而实现增加低风速时(风速小于5米/秒)发电机的发电量。当变成高风速时(风速5米/秒以上)，电机定子制动，只有转子上的风轮工作，从而使电机处在最佳的发电状态。本系统实现了风机在两种风速功率曲线上工作，前一种额定工作风速小于5米/秒，后一种额定工作风速可大于10米/秒。因此加宽了发电机的工作风速范围，对充分收集和利用风能具有十分重要的意义。根据电磁感应原理，导体在磁场中运动切割磁力线产生的感应电动势大小为:e = Ν^ωοο?.0? (I)式中，JV为线圈阻数弋力主磁通的幅值(Wb) ?为旋转角速度(rad/s), t为时间(S)。双转子永磁同步电机(PMSM)与普通PMSM的区别在于其电枢部分也可以旋转，两个转子旋转的动力来源于永磁体与电枢所产生磁场间的相互作用，因此，两个转子必将沿着相反的方向旋转。由式(I)可见，若采用双转子结构，即使绝对转速很低，也可使磁场与绕组之间的相对转速变大。由式(I)可得:【权利要求】1.一种在双风速功率曲线上工作的垂直轴风力发电系统，主要有转子达里厄式风轮(I)、定子达里厄式风轮(2)、发电机(3)、回转体(4)、推力球轴承(5)、磁悬浮装置(6)、圆柱轴承(7)、电磁制动器(8)、防回转体倾倒脱离扣件(9)、联接装置(10)、集电环(11)、接线端子(12)、塔杆(13)、风速传感器(14)、PLC控制器(15)和镇流器(16)通过安装和导线连接构成，其特征在于:安装在转子轴上的转子达里厄式风轮(I)和安装在定子轴上的定子达里厄式风轮(2)在风力的作用下绕发电机(3)的中心轴相反方向旋转，回转体(4)与联接装置(10)的水平端面之间由推力球轴承(5)和磁悬浮装置(6)隔离。2.如权利要求1所述的一种在双风速功率曲线上工作的垂直轴风力发电系统，其特征在于回转体(4 )与联接装置(10 )除了圆柱轴承(7 )和集电环(11)有直接水平接触外，没有任何垂直接触，联接装置(10)内还安装一个对回转体(4)的电磁制动器(8)和固定在回转体(4 )旋转轴上的防回转体倾倒脱离扣件(9 )。3.如权利要求1所述的一种在双风速功率曲线上工作的垂直轴风力发电系统，其特征在于PLC控制器(15)通过采集风速传感器(14)的风速信号对磁悬浮装置(6)和电磁制动器(8 )的电磁线圈中的电流控制其通断。【文档编号】F03D3/02GK203412699SQ201320224674【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年4月28日 优先权日:2013年4月24日【专利技术者】伍培云, 王洪福, 顾曙敏 申请人:伍培云本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在双风速功率曲线上工作的垂直轴风力发电系统，主要有转子达里厄式风轮（1）、定子达里厄式风轮（2）、发电机（3）、回转体（4）、推力球轴承（5）、磁悬浮装置（6）、圆柱轴承（7）、电磁制动器（8）、防回转体倾倒脱离扣件（9）、联接装置（10）、集电环（11）、接线端子（12）、塔杆（13）、风速传感器（14）、PLC控制器（15）和镇流器（16）通过安装和导线连接构成，其特征在于：安装在转子轴上的转子达里厄式风轮（1）和安装在定子轴上的定子达里厄式风轮（2）在风力的作用下绕发电机（3）的中心轴相反方向旋转，回转体（4）与联接装置（10）的水平端面之间由推力球轴承（5）和磁悬浮装置（6）隔离。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：伍培云，王洪福，顾曙敏，
申请(专利权)人：伍培云，
类型：实用新型
国别省市：