專利名稱：小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)混合制動(dòng)系統(tǒng)和制動(dòng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的混合制動(dòng)系統(tǒng)和制動(dòng)方法。
背景技術(shù)：
小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)多應(yīng)用于生活區(qū)域，必須避免由電機(jī)損壞、葉片折斷、塔架倒塌等潛在危險(xiǎn)對(duì)人身造成危害。目前小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制動(dòng)方式在不斷的研究和創(chuàng)新中，由于技術(shù)和成本的原因，市面上的大多數(shù)產(chǎn)品只考慮到在一般風(fēng)速情況下的制動(dòng)，具有嚴(yán)重的安全隱患。 目前在小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)，針對(duì)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制動(dòng)方式主要分為以下幾類(I)采用液壓式剎車制動(dòng)器，采用液壓式剎車制動(dòng)裝置存在以下不足1.液壓剎車裝置占用空間，增大發(fā)電機(jī)長(zhǎng)度，從而增加了機(jī)體載荷；2.液壓裝置增加了發(fā)電機(jī)制造成本；3.過(guò)度受熱后，部分制動(dòng)液汽化，在管路中形成氣泡，嚴(yán)重影響液壓傳輸，使制動(dòng)系效能降低，甚至完全失效。(2)采用常開(kāi)式制動(dòng)器，采用常開(kāi)式制動(dòng)器存在以下不足1.驅(qū)動(dòng)部件停止工作時(shí)，制動(dòng)器不具有制動(dòng)功能，無(wú)法滿足對(duì)于發(fā)電機(jī)必須滿足失效保護(hù)的要求；2.制動(dòng)時(shí)需要施加外力方可，那么就需要消耗大量的外部能量，制動(dòng)力矩越大，消耗的外部能量越多。(3)采用電阻制動(dòng)，采用電阻制動(dòng)存在以下不足1.制動(dòng)單元在工作時(shí)，電阻將大量發(fā)熱，散熱不良將會(huì)導(dǎo)致電機(jī)繞組發(fā)熱而損壞；2.運(yùn)行效率低，特別是在頻繁制動(dòng)時(shí)將要消耗大量的能量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)目前小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)所采用的制動(dòng)方式的不足，提供一種適合于小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的混合制動(dòng)系統(tǒng)和制動(dòng)方法。實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案如下一種小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)混合制動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于包括風(fēng)輪、發(fā)電機(jī)、常閉摩擦制動(dòng)器、卸荷系統(tǒng)以及控制設(shè)備；所述常閉摩擦制動(dòng)器安裝在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)軸上；所述卸荷系統(tǒng)與發(fā)電機(jī)輸出端相連，用于產(chǎn)生制動(dòng)的反電動(dòng)勢(shì)；所述控制設(shè)備用于傳輸指令，分別與所述常閉摩擦制動(dòng)器和卸荷系統(tǒng)相連。所述常閉摩擦制動(dòng)器的摩擦機(jī)構(gòu)的形式為外抱塊式、內(nèi)張?zhí)闶?、帶式或盤(pán)式，其驅(qū)動(dòng)方式為機(jī)械式、液壓式、氣壓式或電磁式驅(qū)動(dòng)方式。所述混合制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上還設(shè)置有電渦流緩速器。一種基于上述混合制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)方法，其特征在于設(shè)置一個(gè)風(fēng)速閥值，當(dāng)風(fēng)速低于該閥值制動(dòng)時(shí)，由控制設(shè)備控制常閉摩擦制動(dòng)器和卸荷系統(tǒng)使風(fēng)輪制止；當(dāng)風(fēng)速高于該閥值制動(dòng)時(shí)，由控制設(shè)備控制常閉摩擦制動(dòng)器和卸荷系統(tǒng)使風(fēng)輪轉(zhuǎn)速不超過(guò)一設(shè)定值。本發(fā)明提供的混合制動(dòng)系統(tǒng)，采用常閉制動(dòng)器，不僅減小了系統(tǒng)自身?yè)p耗，還滿足了對(duì)電機(jī)失效保護(hù)的要求，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；同時(shí)采用混合制動(dòng)的方法，保證了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的安全制動(dòng)，獲得良好的制動(dòng)效果，安全可靠。另外此系統(tǒng)還具有手動(dòng)停車功能、異常自動(dòng)停車功能，比其它小型風(fēng)力機(jī)更加安全、可靠。


圖I為實(shí)施例提供的混合制動(dòng)系統(tǒng)的原理框圖。圖2為實(shí)施例提供的混合制動(dòng)系統(tǒng)中風(fēng)輪氣動(dòng)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速關(guān)系圖。圖3為實(shí)施例提供的混合制動(dòng)系統(tǒng)中制動(dòng)器摩擦制動(dòng)力矩與轉(zhuǎn)速關(guān)系圖。圖4為實(shí)施例提供的混合制動(dòng)系統(tǒng)中卸荷系統(tǒng)制動(dòng)力矩與轉(zhuǎn)速關(guān)系圖?！?br> 具體實(shí)施例方式如圖I所示，本實(shí)施例提供的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)混合制動(dòng)系統(tǒng)，包括風(fēng)輪、發(fā)電機(jī)、常閉摩擦制動(dòng)器、卸荷系統(tǒng)以及控制設(shè)備。風(fēng)輪用于將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，發(fā)電機(jī)用于將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。常閉摩擦制動(dòng)器是指基于常閉式制動(dòng)原理，并采用摩擦式制動(dòng)方式的制動(dòng)器，常閉式制動(dòng)原理是指驅(qū)動(dòng)部件停止工作時(shí)具有制動(dòng)功能；摩擦式制動(dòng)方式指制動(dòng)部件與運(yùn)動(dòng)部件構(gòu)成摩擦副。卸荷系統(tǒng)是指通過(guò)短接發(fā)電機(jī)三相繞組，產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行制動(dòng)的系統(tǒng)?？刂圃O(shè)備用于將常閉摩擦制動(dòng)器、卸荷系統(tǒng)和地面控制端連接，傳輸控制中心的指令給常閉摩擦制動(dòng)器和卸荷系統(tǒng)。繼續(xù)參見(jiàn)圖1，常閉摩擦制動(dòng)器安裝在發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸上；卸荷系統(tǒng)與發(fā)電機(jī)輸出端相連，用于短接發(fā)電機(jī)三相繞組，產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)；控制設(shè)備用于傳輸指令，分別與常閉摩擦制動(dòng)器和卸荷系統(tǒng)相連。本實(shí)施例中，常閉摩擦制動(dòng)器的摩擦機(jī)構(gòu)的形式可以為外抱塊式、內(nèi)張?zhí)闶?、帶式或盤(pán)式,其驅(qū)動(dòng)方式為機(jī)械式、液壓式、氣壓式或電磁式驅(qū)動(dòng)方式。上述小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)混合制動(dòng)系統(tǒng)的工作原理如下整個(gè)風(fēng)機(jī)置于風(fēng)場(chǎng)之中，當(dāng)有風(fēng)吹來(lái)，風(fēng)推動(dòng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)力矩I。當(dāng)常閉摩擦制動(dòng)器需要進(jìn)行摩擦制動(dòng)動(dòng)作時(shí)，會(huì)與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸發(fā)生摩擦，產(chǎn)生一個(gè)與力矩I相反方向的力矩3。當(dāng)卸荷系統(tǒng)需要進(jìn)行卸荷制動(dòng)時(shí)，內(nèi)部開(kāi)關(guān)打開(kāi)，發(fā)電機(jī)三相繞組與卸荷系統(tǒng)的負(fù)載電阻短接，產(chǎn)生一個(gè)與力矩I相反方向的力矩2，達(dá)到制動(dòng)目的。本實(shí)施例基于上述混合制動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)而提供一種制動(dòng)方法設(shè)置一個(gè)風(fēng)速閥值，當(dāng)風(fēng)速低于該閥值制動(dòng)時(shí)，由控制設(shè)備控制常閉摩擦制動(dòng)器和卸荷系統(tǒng)使風(fēng)輪制止；當(dāng)風(fēng)速高于該閥值制動(dòng)時(shí)，由控制設(shè)備控制常閉摩擦制動(dòng)器和卸荷系統(tǒng)使風(fēng)輪轉(zhuǎn)速不超過(guò)一設(shè)定值。以下結(jié)合附圖詳述本實(shí)施例提供的制動(dòng)方法如圖2所示，圖中曲線I、曲線2分別代表的是在小風(fēng)和大風(fēng)情況下力矩I和轉(zhuǎn)速的對(duì)應(yīng)關(guān)系。從圖中可以看到，在大風(fēng)情況下隨著風(fēng)速的增加，在A點(diǎn)之后會(huì)急劇增加，本發(fā)明即要在大風(fēng)情況下，控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速在A點(diǎn)以下，避免出現(xiàn)力矩急劇增加，無(wú)法控制的局面。此外，不難看出在小風(fēng)情況下，即使有力矩的上升，其最大值也沒(méi)有超過(guò)大風(fēng)情況下低轉(zhuǎn)速時(shí)的力矩。如圖3所示，圖中橫坐標(biāo)表示轉(zhuǎn)速,縱坐標(biāo)表示力矩2,圖中所示曲線基本為線性變化，力矩2會(huì)隨著轉(zhuǎn)速的上升而增加。如圖4所示，圖中橫坐標(biāo)表示轉(zhuǎn)速，縱坐標(biāo)表示力矩3。其中，力矩3由所選取的摩擦制動(dòng)器決定，且為一定值，所以無(wú)論轉(zhuǎn)速如何變化，力矩3始終不會(huì)變化。圖中所示60Nm是為舉例說(shuō)明本發(fā)明所述制動(dòng)方法，實(shí)際所用可以任意選擇力矩大小。本實(shí)施例所述制動(dòng)方法的功能及具體實(shí)施如下(I)具有手動(dòng)停車功能。當(dāng)?shù)孛姘惭b或者維修人員需要手動(dòng)停車時(shí)，地面?zhèn)鱽?lái)的指令通過(guò)控制設(shè)備，使常閉摩擦制動(dòng)器處于制動(dòng)狀態(tài)、卸荷系統(tǒng)處于卸荷狀態(tài)，此時(shí)力矩I<力矩2+力矩3，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)停車。再次給出指令，令驅(qū)動(dòng)部件處于工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)停車恢復(fù)功能。(2)具有異常自動(dòng)停車功能。當(dāng)常閉摩擦制動(dòng)器與控制設(shè)備或者控制設(shè)備與地面出現(xiàn)連接故障時(shí)，由于本系統(tǒng)采用常閉式制動(dòng)器(其工作原理為驅(qū)動(dòng)部件停止工作時(shí)具有制動(dòng)功能)，此時(shí)會(huì)處于閉合狀態(tài)，因此實(shí)現(xiàn)了異常自動(dòng)停車功能。(3)混合制動(dòng) ①混合制動(dòng)系統(tǒng)打開(kāi)，風(fēng)輪靜止時(shí)如果吹來(lái)一陣小風(fēng)，使風(fēng)輪產(chǎn)生力矩1，力矩I <力矩3，但常閉摩擦制動(dòng)器處于制動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)風(fēng)輪依然靜止。如果吹來(lái)一陣大風(fēng)，使得力矩I >力矩3，此時(shí)常閉摩擦制動(dòng)器無(wú)法完全剎死發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)軸，風(fēng)輪會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，同時(shí)卸荷系統(tǒng)工作。隨著風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速上升，如圖3，力矩2也會(huì)隨之上升。當(dāng)力矩I <力矩2+力矩3時(shí)，總制動(dòng)力超過(guò)力矩1，風(fēng)輪慢慢減速。一直到力矩I =力矩2+力矩3時(shí)，風(fēng)輪會(huì)處于一個(gè)低速、勻速運(yùn)行的狀態(tài)。整個(gè)系統(tǒng)會(huì)一直維持這個(gè)平衡狀態(tài)，保證在大風(fēng)情況下的安全制動(dòng)。②混合制動(dòng)系統(tǒng)打開(kāi)，風(fēng)輪依然轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)如果吹來(lái)一陣風(fēng),使得力矩I >力矩3，但力矩I <力矩2+力矩3，此時(shí)卸荷系統(tǒng)工作，常閉摩擦制動(dòng)器處于制動(dòng)狀態(tài)，總制動(dòng)力超過(guò)力矩I，風(fēng)輪慢慢減速。一直到力矩I =力矩2+力矩3時(shí)，風(fēng)輪會(huì)處于一個(gè)低速、勻速運(yùn)行的狀態(tài)。整個(gè)系統(tǒng)會(huì)一直維持這個(gè)平衡狀態(tài)，保證在大風(fēng)情況下的安全制動(dòng)。力矩I >力矩2+力矩3，此時(shí)即為不安全狀態(tài)。如附圖2所示，在大風(fēng)情況下，力矩I會(huì)有一個(gè)上升過(guò)程。那么，只要保證轉(zhuǎn)速在A點(diǎn)之下，使得系統(tǒng)回到力矩I <力矩2+力矩3的狀態(tài)，維持風(fēng)輪的平衡狀態(tài)，保證在大風(fēng)情況下的安全制動(dòng)。為了更好的避免力矩I >力矩2+力矩3的不安全狀態(tài)發(fā)生，還可以在本實(shí)施例所述混合制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上增加電渦流緩速器。以上實(shí)施例僅為充分公開(kāi)而非限制本發(fā)明，基于本發(fā)明創(chuàng)作主旨的未經(jīng)創(chuàng)造性勞動(dòng)的等同替換、相同特征點(diǎn)數(shù)目的擴(kuò)充，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明揭露的范圍。
權(quán)利要求
1.一種小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)混合制動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于包括風(fēng)輪、發(fā)電機(jī)、常閉摩擦制動(dòng)器、卸荷系統(tǒng)以及控制設(shè)備；所述常閉摩擦制動(dòng)器安裝在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)軸上；所述卸荷系統(tǒng)與發(fā)電機(jī)輸出端相連，用于產(chǎn)生制動(dòng)的反電動(dòng)勢(shì)；所述控制設(shè)備用于傳輸指令，分別與所述常閉摩擦制動(dòng)器和卸荷系統(tǒng)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)混合制動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于所述常閉摩擦制動(dòng)器的摩擦機(jī)構(gòu)的形式為外抱塊式、內(nèi)張?zhí)闶健交虮P(pán)式，其驅(qū)動(dòng)方式為機(jī)械式、液壓式、氣壓式或電磁式驅(qū)動(dòng)方式。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)混合制動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上還設(shè)置有電渦流緩速器。
4.一種基于權(quán)利要求I所述混合制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)方法，其特征在于設(shè)置一個(gè)風(fēng)速閥值，當(dāng)風(fēng)速低于該閥值制動(dòng)時(shí)，由控制設(shè)備控制常閉摩擦制動(dòng)器和卸荷系統(tǒng)使風(fēng)輪制止；當(dāng)風(fēng)速高于該閥值制動(dòng)時(shí)，由控制設(shè)備控制常閉摩擦制動(dòng)器和卸荷系統(tǒng)使風(fēng)輪轉(zhuǎn)速不超過(guò)一設(shè)定值。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)混合制動(dòng)系統(tǒng)和制動(dòng)方法，包括風(fēng)輪、發(fā)電機(jī)、常閉摩擦制動(dòng)器、卸荷系統(tǒng)以及控制設(shè)備；所述常閉摩擦制動(dòng)器安裝在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)軸上；所述卸荷系統(tǒng)與發(fā)電機(jī)輸出端相連，用于產(chǎn)生制動(dòng)的反電動(dòng)勢(shì)；所述控制設(shè)備用于傳輸指令，分別與所述常閉摩擦制動(dòng)器和卸荷系統(tǒng)相連。本發(fā)明采用常閉制動(dòng)器，不僅減小了系統(tǒng)自身?yè)p耗，還滿足了對(duì)電機(jī)失效保護(hù)的要求，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；采用混合制動(dòng)的方法，保證了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的安全制動(dòng)。本發(fā)明的制動(dòng)方法，當(dāng)風(fēng)速低于該閥值制動(dòng)時(shí)，由控制設(shè)備控制常閉摩擦制動(dòng)器和卸荷系統(tǒng)使風(fēng)輪制止；當(dāng)風(fēng)速高于該閥值制動(dòng)時(shí)，由控制設(shè)備控制常閉摩擦制動(dòng)器和卸荷系統(tǒng)使風(fēng)輪轉(zhuǎn)速不超過(guò)一設(shè)定值。
文檔編號(hào)H02K11/00GK102751814SQ20111044329
公開(kāi)日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2011年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月26日
發(fā)明者張捷挺, 張琪, 羅志明 申請(qǐng)人:珠海市潔源電器有限公司