專利名稱：小功率電磁減速限壓型風光互補發電系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及發電系統，特別是涉及一種小功率電磁減速限壓型風光互補發 電系統。
背景技術：
如圖1，小型風力發電機的轉速與風速成正比，風速越高轉速越快，而且 風力機的輸出電壓是與風力機的轉速成正比的，轉速越快，則電壓越高。
由于常規的小型風力發電機的轉速不能及時準確的控制，造成風力發電機 輸出電壓變化幅度很大，有時會遠遠超出允許的電壓范圍。而且在蓄電池發生 過充電時，工作中的風力發電機也無法調整工作狀態，嚴重影響系統的可靠性 和安全性。有的系統增加直流泄荷負載進行電壓控制， 一方面這種消極泄放時， 風力發電機仍在高速運行，影響安全性和壽命。另一方面泄荷器是一個熱源， 造成了新的不安全因素。
小型風力發電機為追求價格便宜，加工方便，絕大多數功率小于500W的 機型均采用被動式風輪偏側調速方式。即當風速達到預定值時，受風壓驅動， 風輪迎風而開始偏離風向，風輪減速，當風速達到停機風速時，風輪旋轉到與 風向平行的方向，使風輪停止轉動，達到保護目的。這種偏離風向的調速方式， 調速速度慢，調速范圍不精確，且受風向變化影響大。
例如輸出充電電壓額定值為42V (DC)，蓄電池組電壓為36V (DC) 的500W的小型風力發電機的額定轉速為400r/min。
但在實際運行中，由于風速增速快于風輪偏側調速，所以在調速過程中， 發電機轉速瞬時值可達到600r/min以上，甚至達到700r/min，遠高于額定轉速 400 r/min。
因此，造成發電機輸出電壓超出50V (DC)，瞬時可達80V (DC)。如 果蓄電池脫離系統，如虛接或蓄電池失效，空載電壓一般都在80V (DC)以上， 瞬時值可達到150V (DC)。這時系統中的控制器、逆變器均會因輸入電壓超壓而損壞。 另外，當蓄電池已經充滿時，如果仍然有風速較高的風，這時發電機仍將 對蓄電池充電。因為發電機只隨風速而調速，并不與蓄電池是否過充電相關聯。 所以很容易發生蓄電池過充電現象，損壞蓄電池或影響其壽命。
現在為防止過充電，許多小系統增加了直流泄荷負載，由控制器根據蓄電 池電壓狀態來調控泄荷器工作狀態。這種方式雖然有效果，但一方面風機仍在 高速運轉，繼續充電也會影響風力發電機的壽命和安全；另一方面泄荷器是一 個直流負載，是一個熱源，造成了用戶新的不安全因素，不是一個良好的作法。
發明內容
本發明所要解決的技術問題就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提 供一種小功率電磁減速限壓型風光互補發電系統。
本發明的技術方案可以通過以下技術方案實現小功率電磁減速限壓型風 光互補發電系統，包括至少一臺風力發電機、至少一個太陽能發電組件、智能 控制器、蓄電池，以及與交流負載連接的逆變器，所述的風力發電機整流后與 太陽能發電組件并聯，并通過智能控制器與蓄電池及逆變器連接，其特征在于， 還包括電磁渦流減速器，該減速器同軸設于風力發電機的轉子的軸上，并通過 一開關電路與智能控制器連接；當風力發電機轉速超速或蓄電池電壓超過限定
值時，智能控制器發出指令，導通開關電路，電磁渦流減速器工作，風力發電 機產生的電流回饋給磁渦流減速器，對電磁鐵勵磁，形成渦流，渦流的反力矩 使風力發電機的風輪減速或停機，實現風機超速時自動減速，或蓄電池發生過 充電時自動限壓，使風力機不論在何種情況下，其發電機轉速和蓄電池電壓始 終不會超過設定值
所述的風力發電機上安裝有電壓傳感器及風速傳感器，上述傳感器均與智 能控制器連接。
與現有技術相比，本發明在原有發電系統的基礎上增加了一套電磁渦流減 速器，通過智能控制器的自動控制，實現風機超速或蓄電池發生過充電時減速 或停機，使風力機不論在何種情況下，其發電機轉速和蓄電池電壓始終不會超 過設定值，使其始終處于安全、可靠的工作狀態，在不增加成本的前提下，實
4現小型風光互補系統的技術升級。
圖1為現有的光伏發電系統的結構示意圖； 圖2為本發明的結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明作進一步說明。
如圖2所示，小功率電磁減速限壓型風光互補發電系統，包括至少一臺風 力發電機、至少一個太陽能發電組件、智能控制器、蓄電池，以及與交流負載 連接的逆變器，所述的風力發電機整流后與太陽能發電組件并聯，并通過智能 控制器與蓄電池及逆變器連接，還包括電磁渦流減速器，該減速器同軸設于風 力發電機的轉子的軸上，并通過一開關電路與智能控制器連接；當風力發電機 轉速超速或蓄電池電壓超過限定值時，智能控制器發出指令，導通開關電路， 電磁渦流減速器工作，風力發電機產生的電流回饋給磁渦流減速器，對電磁鐵 勵磁，形成渦流，渦流的反力矩使風力發電機的風輪減速或停機，實現風機超 速時自動減速，或蓄電池發生過充電時自動限壓，使風力機不論在何種情況下， 其發電機轉速和蓄電池電壓始終不會超過設定值。
所述的風力發電機上安裝有電壓傳感器及風速傳感器，上述傳感器均與智 能控制器連接。
由于風力機的輸出電壓是與風力機的轉速成正比的關系。因而當風機超速 時，風力機的輸出電壓就會超過設定電壓。
在風力機的轉子軸上安裝同軸的電磁渦流減速器，在風力機轉速超速時， 電磁渦流減速器開始工作，風力機軸上被加入一個反向電磁力矩，能使風機減 速，當反向電磁力矩足夠大時，還能使風力機停機。
因而不需直流泄荷器等，就可完全使風力機的輸出電壓不超出限定電壓 值，從而對系統進行可靠保護。
電磁渦流減速器由六只電磁線圈構成，并通過一個開關控制電路與智能控 制器相連接。電磁渦流減速器采用轉子極靴用低碳鋼制造，用不銹鋼作端環，不導磁而導電形成渦流體系，對永磁轉子既有保護去磁的作用同時又形成一個 籠式渦流轉子。
當六只電磁線圈中通入電流時，就會產生一個阻止轉子轉動的反向磁場， 使發電機軸子的速度下降，當此反向力矩足夠大時，風力發電機將停止轉動。
本系統由單片機制成智能型控制器。風力機上安裝有風速傳感器及電壓傳 感器，并與智能型控制器相連接，當發電機轉速超速或蓄電池電壓超過限定值 時，由智能控制器發出指令，開關電路導通，風力發電機產生的電流回饋給電 磁渦流減速器，對電磁鐵勵磁，使渦流盤形成渦流，渦流的反力矩使風輪轉速 下降或停機，從而起到減速限壓作用。
本發明可有效調控發電機的轉速，甚至停車。并采用PWM脈寬調制方式 調整電磁渦流減速器的磁場強度，適度給以制動力矩，因而風機輸出電壓也得 到有效控制，即使在蓄電池脫載時，空載電壓也不會超過限定值。
我們利用輸出電壓和風力發電機轉子的轉速作為信號來源，將風力發電機 產生的電流回遺對電磁鐵勵磁渦流盤形成渦流，渦流的反力矩使風輪轉速下 降，從而起到穩速穩壓作用，使發電機部分的價格一點也沒有上升，卻省去了 泄荷器。
電磁調速是無接觸式調速，無磨損、長壽命、高可靠。而省掉直流泄荷器 這種熱源，更提高了系統的安全性和可靠性。
通過風輪偏側與電磁調速相結合的方式，使額定轉速400r/min的500W風 力發電機的轉速嚴格控制在520r/min范圍以內，不論在何種風速下，均不發生 超速現象。
實測表明風力發電機轉速瞬態、常態均可靠控制在510r/min以內。達到了 穩定轉速的目標。
由于風是不停的變化，我們對電磁回遺電流采用PWM的脈寬調制方法調 整電磁場強度。適度的給以制動力矩。使整個過程連續穩定，從儀表上看不到 參數抖動狀態。電壓穩定在42伏到43.9伏。
解決超速之后，使風力發電機輸出充電電壓的變化范圍控制在1/4以內。 發電機額定充電電壓為42V (DC)，最高充電電壓應不超過43.9V(DC)，空載 電壓有效值不超過45V (DC)。本發明實測證實，最高充電電壓43.8V(DC)，最高空載電壓為45V (DC)，實現了穩定電壓的目的。
電磁調速過程平穩連續，無抖動。實現了由智能控制器對小型風力發電機 運轉進行減速限壓。大大提高了機組運行的平穩性、安全性和可靠性。
另外由于風力發電機實現了減速限壓，可以大大降低小型風力發電系統、 小型風光互補發電系統的故障率，顯著提高可靠性和安全性。將會促進小型風 力、風光互補發電產業的壯大和發展，具有巨大的社會效益。
本發明采用FD2.5 —0.5/8型500W風力發電機、100Wp太陽電池組件、600W 單相逆變器。
權利要求
1. 小功率電磁減速限壓型風光互補發電系統，包括至少一臺風力發電機、至少一個太陽能發電組件、智能控制器、蓄電池，以及與交流負載連接的逆變器，所述的風力發電機整流后與太陽能發電組件并聯，并通過智能控制器與蓄電池及逆變器連接，其特征在于，還包括電磁渦流減速器，該減速器同軸設于風力發電機的轉子的軸上，并通過一開關電路與智能控制器連接；當風力發電機轉速超速或蓄電池電壓超過限定值時，智能控制器發出指令，導通開關電路，電磁渦流減速器工作，風力發電機產生的電流回饋給磁渦流減速器，對電磁鐵勵磁，形成渦流，渦流的反力矩使風力發電機的風輪減速或停機，實現風機超速時自動減速，或蓄電池發生過充電時自動限壓，使風力機不論在何種情況下，其發電機轉速和蓄電池電壓始終不會超過設定值。
2. 根據權利要求1所述的小功率電磁減速限壓型風光互補發電系統，其 特征在于，所述的風力發電機上安裝有電壓傳感器及風速傳感器，上述傳感器 均與智能控制器連接。
全文摘要
本發明涉及小功率電磁減速限壓型風光互補發電系統，在原有發電系統的基礎上增加了電磁渦流減速器，該減速器同軸設于風力發電機的轉子的軸上，并通過一開關電路與智能控制器連接。本發明在原有發電系統的基礎上增加了一套電磁渦流減速器，通過智能控制器的自動控制，實現風機超速時自動減速，或蓄電池發生過充電時自動限壓，使風力機不論在何種情況下，其發電機轉速和蓄電池電壓始終不會超過設定值，使其始終處于安全、可靠的工作狀態。
文檔編號F03D7/00GK101469668SQ20071017295
公開日2009年7月1日 申請日期2007年12月25日 優先權日2007年12月25日
發明者賈大江 申請人:上海萬德風力發電股份有限公司