專利名稱：一種調(diào)速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，特別是關(guān)于一種調(diào)速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)通常采用永磁同步電機(jī)或者雙饋異步電機(jī)作為發(fā) 電機(jī)，采用永磁同步電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)需要配備與所拖動(dòng)的發(fā)電機(jī)容量相當(dāng)?shù)淖冾l器， 這是非常不經(jīng)濟(jì)的。因此使用更多的是采用雙饋異步發(fā)電機(jī)作為增速齒輪箱的變槳風(fēng)電機(jī) 組的高速發(fā)電機(jī)。采用雙饋異步發(fā)電機(jī)的變槳風(fēng)電機(jī)組只需要配備約1/3額定容量的變頻 器就能在全功率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)變速恒頻發(fā)電，但是這種發(fā)電機(jī)組也存在采用變頻器后發(fā)電機(jī) 轉(zhuǎn)子輸出的電壓波形通常為不規(guī)則的正弦波且低電壓穿越困難的缺點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)上述問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的是提供一種調(diào)速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其采用常規(guī) 同步發(fā)電機(jī)、設(shè)備成本低且能夠?qū)崿F(xiàn)變速恒頻。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取以下技術(shù)方案一種調(diào)速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特 征在于它包括一風(fēng)輪、一齒輪箱、一差動(dòng)級(jí)行星輪系、一同步發(fā)電機(jī)、一伺服電機(jī)、一變頻 器和一變壓器，所述風(fēng)輪連接所述齒輪箱，所述差動(dòng)級(jí)行星輪系的差動(dòng)級(jí)行星架連接所述 齒輪箱內(nèi)的平行軸輪系的第一齒輪的軸孔，所述差動(dòng)級(jí)太陽(yáng)輪的軸穿過(guò)所述平行軸輪系的 第一齒輪的軸孔，并通過(guò)一軸連接裝置連接所述伺服電機(jī)的電機(jī)軸，所述伺服電機(jī)另依次 連接所述雙向變頻器和變壓器，所述變壓器連接電網(wǎng)，所述差動(dòng)級(jí)行星輪系的差動(dòng)級(jí)外齒 圈通過(guò)一軸連接裝置連接所述同步發(fā)電機(jī)，所述同步發(fā)電機(jī)連接所述電網(wǎng)。連接在所述差動(dòng)級(jí)太陽(yáng)輪的軸和所述伺服電機(jī)的電機(jī)軸之間的軸連接裝置是傳 動(dòng)平行軸輪系。所述差動(dòng)級(jí)太陽(yáng)輪的軸連接所述傳動(dòng)軸平行輪系的第一齒輪，所述伺服電機(jī)的電 機(jī)軸連接所述傳動(dòng)軸平行輪系的第二齒輪。連接在所述差動(dòng)級(jí)外齒圈和所述同步發(fā)電機(jī)之間的軸連接裝置是聯(lián)軸器。本實(shí)用新型由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)本實(shí)用新型采取在風(fēng)電機(jī) 組的常規(guī)齒輪箱的輸出端增加一級(jí)差動(dòng)級(jí)行星輪系，同時(shí)利用一個(gè)伺服電機(jī)控制其差動(dòng)級(jí) 太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)速，使得整個(gè)傳動(dòng)鏈的速比連續(xù)可調(diào)，從而在風(fēng)輪轉(zhuǎn)速變化的情況下，采用常規(guī)同 步發(fā)電機(jī)即可實(shí)現(xiàn)變速恒頻發(fā)電。因?yàn)樗米冾l器容量大為減小，節(jié)省了設(shè)備成本；并且具 有輸出電壓波形規(guī)則，低電壓穿越性能好，對(duì)電網(wǎng)無(wú)功功率支持能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型 可廣泛應(yīng)用于利用同步發(fā)電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中。
圖1是本實(shí)用新型的工作原理示意圖圖2是本實(shí)用新型的差動(dòng)級(jí)行星輪系結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)的描述。如圖1所示，本實(shí)用新型包括一風(fēng)輪1、一齒輪箱2、一差動(dòng)級(jí)行星輪系3、一同步發(fā) 電機(jī)5、一伺服電機(jī)8、一變頻器9和一變壓器10。其中，齒輪箱2包括依次連接的第一級(jí)行 星輪系21、第二級(jí)行星輪系22和平行軸輪系23，風(fēng)輪1連接在第一級(jí)行星輪系21上。如圖2所示，差動(dòng)級(jí)行星輪系3包括一差動(dòng)級(jí)行星架31，與差動(dòng)級(jí)行星架31連接 的多個(gè)差動(dòng)級(jí)行星輪32，各個(gè)差動(dòng)級(jí)行星輪32呈環(huán)形設(shè)置，一差動(dòng)級(jí)太陽(yáng)輪33設(shè)置在各個(gè) 差動(dòng)級(jí)行星輪32構(gòu)成的環(huán)形的內(nèi)側(cè)，并與各差動(dòng)級(jí)行星輪32位于環(huán)形內(nèi)側(cè)的齒牙嚙合，一 差動(dòng)級(jí)外齒圈34設(shè)置在各個(gè)差動(dòng)級(jí)行星輪32構(gòu)成的環(huán)形的外圍，并與各差動(dòng)級(jí)行星輪32 位于環(huán)形外側(cè)的齒牙嚙合。差動(dòng)級(jí)行星架31與第一齒輪231固連于一體，差動(dòng)級(jí)太陽(yáng)輪33 的軸穿過(guò)平行軸輪系23的第一齒輪231的軸孔，并軸連接伺服電機(jī)傳動(dòng)平行軸輪系7的第 一齒輪71，伺服電機(jī)傳動(dòng)平行軸輪系7的第二齒輪72與伺服電機(jī)8的電機(jī)軸連接，伺服電 機(jī)8另依次連接一雙向變頻器9和一變壓器10，變壓器10連接電網(wǎng)6。差動(dòng)級(jí)外齒圈34 通過(guò)一聯(lián)軸器4連接同步發(fā)電機(jī)5，同步發(fā)電機(jī)5再連接電網(wǎng)6。本實(shí)用新型的工作原理為風(fēng)輪1將風(fēng)力產(chǎn)生的功率通過(guò)齒輪箱2傳遞給差動(dòng)級(jí) 行星輪系3，差動(dòng)級(jí)外齒圈34作為差動(dòng)級(jí)行星輪系3的輸出端將功率傳遞給同步發(fā)電機(jī)5 ； 其中，齒輪箱2和差動(dòng)級(jí)行星輪系3組成傳動(dòng)鏈。本實(shí)用新型在同步發(fā)電機(jī)5在設(shè)計(jì)風(fēng)速 以下運(yùn)行時(shí)，風(fēng)輪1的理論轉(zhuǎn)速應(yīng)當(dāng)隨著風(fēng)速的增減而增減，以捕獲更多的風(fēng)能，但由于電 網(wǎng)6的牽制作用，與電網(wǎng)6相連的同步發(fā)電機(jī)5 (包括差動(dòng)級(jí)外齒圈34)始終以同步轉(zhuǎn)速運(yùn) 行。將差動(dòng)級(jí)太陽(yáng)輪33不轉(zhuǎn)時(shí)傳動(dòng)鏈的速比定義為、(、> 0，且、為定值)，并當(dāng)風(fēng)輪1 轉(zhuǎn)速為Iitl時(shí)，將差動(dòng)級(jí)太陽(yáng)輪33的轉(zhuǎn)速設(shè)置為0，并使Iitl與、的乘積為同步發(fā)電機(jī)5的同 步轉(zhuǎn)速。當(dāng)風(fēng)速變化，實(shí)際風(fēng)輪轉(zhuǎn)速與io的乘積也相應(yīng)地變化，傳動(dòng)鏈的理論輸出轉(zhuǎn)速(即 傳動(dòng)鏈的輸出轉(zhuǎn)速)不能滿足同步轉(zhuǎn)速，因此本實(shí)用新型在設(shè)計(jì)風(fēng)速以下運(yùn)行時(shí)可按風(fēng)輪 1的實(shí)際轉(zhuǎn)速與 的比較結(jié)果分成三種情況，在這三種情況下伺服電機(jī)8對(duì)差動(dòng)級(jí)太陽(yáng)輪 33進(jìn)行控制，使傳動(dòng)鏈的輸出轉(zhuǎn)速始終保持為同步轉(zhuǎn)速，三種狀態(tài)下的控制方式分別為一、當(dāng)風(fēng)輪1的實(shí)際轉(zhuǎn)速低于Iitl時(shí)，此時(shí)傳動(dòng)鏈的理論輸出轉(zhuǎn)速(風(fēng)輪1的實(shí)際 轉(zhuǎn)速與io的乘積)低于同步發(fā)電機(jī)5的同步轉(zhuǎn)速。這時(shí)伺服電機(jī)8在雙向變頻器9的控 制下作為電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)差動(dòng)級(jí)太陽(yáng)輪33向?yàn)閭鲃?dòng)鏈的輸出轉(zhuǎn)速增速的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使同 步發(fā)電機(jī)5以同步轉(zhuǎn)速運(yùn)行；二、當(dāng)風(fēng)輪1的實(shí)際轉(zhuǎn)速等于Iitl時(shí)，傳動(dòng)鏈的速比等于、，傳動(dòng)鏈的輸出轉(zhuǎn)速即為 同步發(fā)電機(jī)5的同步轉(zhuǎn)速，這時(shí)將伺服電機(jī)8的轉(zhuǎn)速鎖定為零；三、當(dāng)風(fēng)輪1的實(shí)際轉(zhuǎn)速高于Iitl時(shí)，即傳動(dòng)鏈的理論輸出轉(zhuǎn)速高于同步發(fā)電機(jī)5的 同步轉(zhuǎn)速。由于同步發(fā)電機(jī)5必須以同步轉(zhuǎn)速運(yùn)行，即差動(dòng)級(jí)外齒圈34仍以同步轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)。 因此，作用在差動(dòng)級(jí)行星輪32上的多余的能量將驅(qū)動(dòng)差動(dòng)級(jí)太陽(yáng)輪33向與狀態(tài)一中的轉(zhuǎn) 向相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)伺服電機(jī)8作為發(fā)電機(jī)發(fā)電。雙向變頻器9通過(guò)伺服電機(jī)8控制 差動(dòng)級(jí)太陽(yáng)輪33的轉(zhuǎn)速，使傳動(dòng)鏈輸出仍為同步轉(zhuǎn)速，同時(shí)將伺服電機(jī)7產(chǎn)生的電能通過(guò) 雙向變頻器9和變壓器10送入電網(wǎng)6。本實(shí)用新型通過(guò)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)使用的齒輪箱2的輸出端增加一級(jí)差動(dòng)級(jí)行星
4輪系3，該級(jí)的輸出端為該級(jí)的差動(dòng)級(jí)外齒圈34;同時(shí)利用一個(gè)伺服電機(jī)8控制差動(dòng)級(jí)太陽(yáng) 輪33的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)了整個(gè)傳動(dòng)鏈的速比連續(xù)可調(diào)。這種結(jié)構(gòu)達(dá)到了在風(fēng)輪1變速的情 況下同步發(fā)電機(jī)5可以以恒定的速度運(yùn)行目的，使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)組直接使用常規(guī)同步發(fā)電 機(jī)5成為可能。 本實(shí)用新型裝置的實(shí)施例僅用于說(shuō)明本實(shí)用新型，其中各部件的結(jié)構(gòu)、設(shè)置位置 及連接方式都是可以有所變化的，凡是在本實(shí)用新型技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的改進(jìn)和等同 變換，均不應(yīng)排除在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之外。
權(quán)利要求一種調(diào)速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征在于它包括一風(fēng)輪、一齒輪箱、一差動(dòng)級(jí)行星輪系、一同步發(fā)電機(jī)、一伺服電機(jī)、一變頻器和一變壓器，所述風(fēng)輪連接所述齒輪箱，所述差動(dòng)級(jí)行星輪系的差動(dòng)級(jí)行星架連接所述齒輪箱內(nèi)的平行軸輪系的第一齒輪的軸孔，所述差動(dòng)級(jí)太陽(yáng)輪的軸穿過(guò)所述平行軸輪系的第一齒輪的軸孔，并通過(guò)一軸連接裝置連接所述伺服電機(jī)的電機(jī)軸，所述伺服電機(jī)另依次連接所述雙向變頻器和變壓器，所述變壓器連接電網(wǎng)，所述差動(dòng)級(jí)行星輪系的差動(dòng)級(jí)外齒圈通過(guò)一軸連接裝置連接所述同步發(fā)電機(jī)，所述同步發(fā)電機(jī)連接所述電網(wǎng)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種調(diào)速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征在于連接在所述差動(dòng)級(jí)太 陽(yáng)輪的軸和所述伺服電機(jī)的電機(jī)軸之間的軸連接裝置是傳動(dòng)平行軸輪系。
3.如權(quán)利要求2所述的一種調(diào)速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征在于所述差動(dòng)級(jí)太陽(yáng)輪的 軸連接所述傳動(dòng)軸平行輪系的第一齒輪，所述伺服電機(jī)的電機(jī)軸連接所述傳動(dòng)軸平行輪系 的第二齒輪。
4.如權(quán)利要求1或2所述的一種調(diào)速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征在于連接在所述差動(dòng) 級(jí)外齒圈和所述同步發(fā)電機(jī)之間的軸連接裝置是聯(lián)軸器。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種調(diào)速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征在于它包括一風(fēng)輪、一齒輪箱、一差動(dòng)級(jí)行星輪系、一同步發(fā)電機(jī)、一伺服電機(jī)、一變頻器和一變壓器。風(fēng)輪連接齒輪箱，差動(dòng)級(jí)行星輪系的差動(dòng)級(jí)行星架固連于齒輪箱內(nèi)的平行軸輪系的第一齒輪的，差動(dòng)級(jí)太陽(yáng)輪的軸穿過(guò)平行軸輪系的第一齒輪的軸孔，并通過(guò)一平行軸輪系連接伺服電機(jī)的電機(jī)軸，伺服電機(jī)另依次連接雙向變頻器和變壓器，變壓器連接電網(wǎng)，差動(dòng)級(jí)行星輪系的差動(dòng)級(jí)外齒圈通過(guò)一聯(lián)軸器裝置連接同步發(fā)電機(jī)，同步發(fā)電機(jī)連接電網(wǎng)。本實(shí)用新型可廣泛應(yīng)用于利用同步發(fā)電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中。
文檔編號(hào)H02J3/38GK201621013SQ201020110849
公開(kāi)日2010年11月3日 申請(qǐng)日期2010年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月5日
發(fā)明者劉東遠(yuǎn), 張大同, 施文江, 薛山 申請(qǐng)人:國(guó)電聯(lián)合動(dòng)力技術(shù)有限公司