專利名稱：風力發電機電磁制動及控制系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種風力發電機制動系統，特別是一種利用電磁制動的制動以及制 動控制系統。
背景技術：
隨著經濟的不斷發展，人們對能源的需求越來越大，不可再生資源的儲備量受 到嚴重的威脅，因而人們逐漸將目光轉向可再生資源，風能作為一種清潔的可再生能 源，越來越受到世界各國的重視，因而促使風力發電機的不斷創新。風力發電機在使 用的過程中，有時需要對運轉中的風力發電機進行制動，以使其停止工作或進行維修或 者應對其他特殊情況，現有的風力發電機大多通過機械系統或者液壓系統對其進行制動 控制，液壓控制系統容易受溫度的影響，不適用于過冷或過熱的環境，而且使用壽命較 低，經常出現漏油等故障，不能夠保證風力發電機的制動安全；機械制動往往結構復 雜，主要依靠摩擦制動器與發電機轉子之間的摩擦力促使其停機，不僅造價高，而且故 障率高，摩擦制動器磨損后需要更換，最重要的是，在風力發電機高速運行需要緊急制 動時，摩擦過程中會產生大量的熱量，甚至損壞風力發電機。
發明內容
本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種結構簡單、制動效果好的風 力發電機電磁制動及控制系統。本發明的技術方案為一種風力發電機電磁制動及控制系統，包括風力發電機 以及與風力發電機繞組相接的控制系統，所述的風力發電機的定子槽內繞有發電繞組以 及制動繞組，發電繞組以及制動繞組之間通過絕緣體隔開；所述的發電繞組的輸出通過 繼電器以及整流橋后通過直流輸出端輸出直流電，發電繞組的輸出通過制動電阻、整流 橋、繼電器后與制動繞組相接，制動電阻的兩端并接有繼電器，所述的繼電器分別與控 制系統相接并受其控制。優選的是所述的制動繞組的輸出通過整流橋與直流輸出端相接。優選的是所述的發電繞組的輸出通過繼電器后與卸荷電阻相接。優選的是所述的控制系統為單片機控制系統，包括單片機以及與單片機輸出 控制單元相接的繼電器，單片機上接有一個制動開關。優選的是所述的制動繞組的輸出通過穩壓電源接有電池組，并為單片機供 H1^ ο優選的是所述的控制系統為PLC控制系統，PLC控制系統控制繼電器，并設
置有制動開關。優選的是所述的發電繞組的輸出接有開關。優選的是所述的直流輸出端設置有電容模塊。優選的是所述的發電繞組為Y型連接。
優選的是所述的制動繞組為I型或W型連接。本發明的有益效果為本發明結構簡單，容易實現，風力發電機在正常運轉 時，制動繞組與發電繞組互不干擾，發電繞組正常發電，制動繞組也可發電或者用于控 制系統的供電，當需要停機的時候，接通發電繞組與制動繞組之間的繼電器，使得發電 繞組給制動繞組供電，制動繞組產生制動磁場，將轉子強制吸住，實現制動。使用本發 明能安全停機和開機，也可緊急制動，簡化了風力發電機機械結構，減少故障率，大大 延長了風力發電機的使用壽命，便于控制。并且可以在風力發電機運行超速時，通過電 磁制動降速實現電壓穩定。
圖1為本發明具體實施例1的原理2為本發明具體實施例2的原理3為本發明具體實施例2的原理4為本發明發電機的繞組結構的剖視5-圖10為本發明發電機的分解結構示意6為單獨的電磁制動系統
具體實施例方式下面結合
本發明的具體實施方式
，與本發明原理相同的系統都在本發 明的保護范圍之內具體實施例1: 一種風力發電機電磁制動及控制系統，包括風力發電機以及與 風力發電機繞組相接的控制系統，所述的風力發電機的定子槽內繞接有發電繞組1以及 制動繞組2，發電繞組1以及制動繞組2之間通過絕緣體隔開；所述的Y型連接發電繞 組1的輸出通過繼電器G1以及整流橋Z2、Z3后通過直流輸出端輸出直流電，發電繞組 2的輸出通過制動電阻R2、整流橋Z1、繼電器G2后與制動繞組1相接，制動電阻R2的 兩端并接有繼電器G3，所述的繼電器Gl、G2、G3、G4分別與控制系統相接并受其控 制。發電繞組的輸出通過繼電器G4后與卸荷電阻R1相接。所述的控制系統為單片機 控制系統，包括單片機以及與單片機輸出控制單元相接的繼電器Gl、G2、G3、G4，單 片機上接有一個制動開關JAT。所述的制動繞組的輸出通過穩壓電源接有電池組，并為單 片機供電。或者所述的控制系統為PLC控制系統，PLC控制系統控制繼電器Gl、G2、 G3、G4，并設置有制動開關JAT。所述的發電繞組的輸出接有開關SK。所述的直流輸 出端設置有電容模塊。所述的整流橋與繼電器G2之間設置有濾波電容C4、C5。所述 的整流橋Z2、Z3之間設置有電容CI、C2、C3。制動原理風力發電機的定子槽內設有發電繞組1和制動繞組2，當發電機需要 停機時，單片機輸出信號將發電機的負載先轉到卸荷電阻R1上，經延時后，發電機轉速 降低，第二步串聯制動電阻R2后，減少電流沖擊，接通制動繞組，發電機轉速降到最低 時，將發電繞組通過G3直接連接制動繞組，這時發電機完全停止轉動，發電機的發電繞 組與制動繞組連接，發電繞組產生電壓供給制動繞組，使制動繞組產生電流磁場，與轉 子的永磁體形成異極磁場，就會將轉子強制吸住，實現電磁制動。其中，本發明也可以設置一個或多個制動系統，其中一個制動系統包括一個制動繞組和一個勵磁繞組，勵磁 繞組專為制動繞組供電。當需停止發電機時，按下急停開關JAT，單片機輸出信號給Gl斷開，G4接通60 秒后，G2閉合，制動繞組通電，30秒后G4斷開，再30秒后G3控制電路導通，這時發 電繞組與制動繞組完全接通，完成停機。需要開機時，開啟急停開關JAT，單片機輸出 信號給Gl、G2、G3接通控制信號，G2輸出斷開，G3輸出斷開，Gl輸出接通，發電機 開始工作。制動繞組在正常工作時，可以通過穩壓電源給電池組充電，供單片機及控制電 路信號電源。當發電機超速過壓時，單片機能自動將發電機負載轉到卸荷電阻上，電壓 降至額定電壓。具體實施例2: —種風力發電機電磁制動及控制系統，包括風力發電機以及與 風力發電機繞組相接的控制系統，所述的風力發電機的定子槽內繞接有發電繞組1以及 制動繞組2，發電繞組1以及制動繞組2之間通過絕緣體隔開；所述的Y型連接發電繞 組1的輸出通過繼電器Gl以及整流橋Z2、Z3后通過直流輸出端輸出直流電，發電繞組 2的輸出通過制動電阻R2、整流橋Z1、繼電器G2后與制動繞組1相接，制動電阻R2的 兩端并接有繼電器G3，所述的繼電器Gl、G2、G3、G4分別與控制系統相接并受其控 制。所述的制動繞組的輸出通過整流橋Z4與直流輸出端相接。發電繞組的輸出通過繼 電器G4后與卸荷電阻Rl相接。所述的控制系統為單片機控制系統，包括單片機以及與 單片機輸出控制單元相接的繼電器Gl、G2、G3、G4，單片機上接有一個制動開關JAT。 所述的制動繞組的輸出通過穩壓電源接有電池組，并為單片機供電。所述的控制系統為 PLC控制系統，PLC控制系統控制繼電器Gl、G2、G3、G4，并設置有制動開關JAT。 所述的發電繞組的輸出接有開關SK。所述的直流輸出端設置有電容模塊。所述的整流橋 與繼電器G2之間設置有濾波電容C4、C5。所述的整流橋Z2、Z3之間設置有電容Cl、C2、C3。制動原理風力發電機的定子槽內設置有發電繞組1和制動繞組2，發電機正常 工作時，發電繞組1與制動繞組2共同發電，當發電機需要停機時，單片機或PLC輸出 信號將發電機的負載先轉到卸荷電阻上，經延時后，發電機轉速降低，之后串聯制動電 阻，減少電流沖擊，接通制動繞組2，發電機轉速降到最低時，將發電繞組1通過G3直 接連接制動繞組2，這時發電機完全停止轉動，發電機的發電繞組1與制動繞組2連接， 發電繞組1產生電壓供給制動繞組2，使制動繞組產生電流磁場，與轉子的永磁體形成異 極磁場，就會將轉子強制吸住，實現電磁制動。本發明可以設置一個或多個制動系統， 其中一個制動系統包括一個制動繞組和一個勵磁繞組，勵磁繞組專為制動繞組供電。當需停止發電機時，按下急停開關JAT，單片機或PLC輸出信號給Gl斷開，G4 閉合，接通60秒后，G2閉合，制動繞組2通電，30秒后G4斷開，再30秒后G3閉合， 這時發電繞組與制動繞組完全接通，完成停機。需要開機時，開啟急停開關JAT，單片 機或PLC輸出信號給Gl、G2、G3接通控制信號，G2斷開，G3斷開。Gl輸出接通， 發電機開始工作。制動繞組在正常工作時，經過整流橋Z4與整流橋Z2串聯，共同輸出額定功率， 也可以通過穩壓電源給電池組充電，供單片機或PLC及控制電路信號電源。當發電機超速過壓時，單片機或PLC可自動將發電機負載轉到卸荷電阻上，電壓降至額定電壓。具體實施例3:本具體實施例適用于大型發電機組，發電繞組為三相定子繞 組，制動繞組為三相六線制動繞組，當發電機需要停機時，單片機或PLC輸出信號將發 電機的負載先轉到卸荷電阻R1上，經延時后，發電機轉速降低，第二步串聯制動電阻R2 和限流電阻R4，減少電流沖擊，接通制動繞組2，發電機轉速降到最低時，將發電繞組1 通過G3直接連接制動繞組2，這時發電機完全停止轉動，發電機的發電繞組1與制動繞 組2連接，發電繞組1產生電壓供給制動繞組2，使制動繞組2產生電流磁場，與轉子的 永磁體形成異極磁場，就會將轉子強制吸住，實現電磁制動。也可以設置一個或多個制 動系統，其中一個制動系統包括一個制動繞組和一個勵磁繞組，勵磁繞組專為制動繞組 供電。本系統不產生熱量，有溫度傳感器PT使發電機在溫度過高時，傳給單片機或PLC 信號，并控制系統開始電磁制動，降低轉速，不會造成繞組因過熱而損壞。當需停止發電機時，按下急停開關JAT，單片機或PLC輸出信號給Gl、G7斷 開，G4、G8接通60秒后，G5、G8斷開。G2、G6閉合，制動繞組通電，30秒后G4斷 開，再30秒后G3閉合，這時發電繞組與制動繞組完全接通，完成停機。需要開機時， 開啟急停開關JAT，單片機或PLC輸出信號給G2、G3、G6斷開，Gl、G5、G7接通， 發電機開始工作。制動繞組在正常工作時，經過整流橋Z4與整流橋Z2串聯，共同輸出額定功率， 也可以通過穩壓電源給電池組充電，供單片機或PLC及控制電路信號電源。當發電機超速過壓時，單片機或PLC能控制系統將發電機負載轉到卸荷電阻 上，電壓降至額定電壓。風力發電機在正常運轉時，使用電磁制動系統能安全停機和開機，也可緊急制 動，簡化了風力發電機機械結構，會保護永磁體磁力強度，減少故障率，大大延長了風 力發電機的使用壽命，和運轉穩定性，便于控制，使風力發電機在運行超速時，通過電 磁制動降速實現電壓穩定。目前世界上所有風力發電機未采用這種系統。如圖5所示，風力發電機包括定子3、轉子4、機殼5，定子3上裝有發電繞組1 和制動繞組2，轉子4上安裝有永磁體6，制動時，通過發電繞組給制動繞組2供電，達 到制動目的。如圖6所示，這套系統是單獨的電磁制動系統，包括定子3、轉子4、機殼5。 通過聯軸器7與風力發電機連接在一起，給單獨的制動系統供電產生制動效果。如圖7所示，轉子4上安裝有勵磁繞組8。如圖8所示，機殼5上裝有兩個定子3，一個大發電機定子3，一個小發電機定 子3，轉子4上裝兩套永磁體6，一套是大發電機轉子4，一套是小發電機轉子4。大發 電機是主發電機，小發電機是專用制動發電機，制動時，通過大發電機發出電整流后供 給小發電機制動繞組，達到制動目的。如圖9所示，為實現無電刷結構的永磁勵磁式發電機，結構是定子3上裝有三相 發電繞組和制動繞組，大發電機的轉子4是電勵磁結構，小發電機對應的機殼上設置有 永磁體6。大發電機的轉子4帶有電磁繞組10，小發電機的電樞9與大發電機的轉子4 在一根軸上，小發電機電樞9通過整流器11直接給大發電機電磁繞組10供電，產生電磁 場。
如圖10所示，包括外轉子4、內定子3。內定子3上裝有發電繞組和制動繞組， 外轉子4上設置有永磁體6，制動時，通過發電繞組給制動繞組供電，達到制動目的。
權利要求
1.一種風力發電機電磁制動及控制系統，包括風力發電機以及與風力發電機繞組相 接的控制系統，其特征在于所述的風力發電機的定子槽內繞有發電繞組以及制動繞 組，發電繞組以及制動繞組之間通過絕緣體隔開；所述的發電繞組的輸出通過繼電器以 及整流橋后通過直流輸出端輸出直流電，發電繞組的輸出通過制動電阻、整流橋、繼電 器后與制動繞組相接，制動電阻的兩端并接有繼電器，所述的繼電器分別與控制系統相 接并受其控制。
2.如權利要求1所述的風力發電機電磁制動及控制系統，其特征在于所述的制動 繞組的輸出通過整流橋與直流輸出端相接。
3.如權利要求1或2所述的風力發電機電磁制動及控制系統，其特征在于所述的發 電繞組的輸出通過繼電器后與卸荷電阻相接。
4.如權利要求1或2所述的風力發電機電磁制動及控制系統，其特征在于所述的控 制系統為單片機控制系統，包括單片機以及與單片機輸出控制單元相接的繼電器，單片 機上接有一個制動開關。
5.如權利要求4所述的風力發電機電磁制動及控制系統，其特征在于所述的制動 繞組的輸出通過穩壓電源接有電池組，并為單片機供電。
6.如權利要求1或2所述的風力發電機電磁制動及控制系統，其特征在于所述的控 制系統為PLC控制系統，PLC控制系統控制繼電器，并設置有制動開關。
7.如權利要求1或2所述的風力發電機電磁制動及控制系統，其特征在于所述的發 電繞組的輸出接有開關。
8.如權利要求1或2所述的風力發電機電磁制動及控制系統，其特征在于所述的直 流輸出端設置有電容模塊。
9.如權利要求1或2所述的風力發電機電磁制動及控制系統，其特征在于所述的發 電繞組為Y型連接。
10.如權利要求1或2所述的風力發電機電磁制動及控制系統，其特征在于所述的 制動繞組為I型或W型連接。
全文摘要
本發明涉及一種風力發電機電磁制動及控制系統，風力發電機的定子槽內繞有發電繞組以及制動繞組，發電繞組以及制動繞組之間通過絕緣體隔開；發電繞組的輸出通過繼電器以及整流橋后通過直流輸出端輸出直流電，發電繞組的輸出通過制動電阻、整流橋、繼電器后與制動繞組相接，制動電阻的兩端并接有繼電器，繼電器分別與控制系統相接并受其控制。本發明結構簡單，容易實現，在正常運轉時，制動繞組與發電繞組互不干擾，發電繞組正常發電，制動繞組也可發電或者用于控制系統的供電，需要停機的時候，制動繞組，實現制動。簡化了風力發電機機械結構，減少故障率，大大延長了風力發電機的使用壽命，便于控制。并且可以在風力發電機運行超速時，通過電磁制動降速實現電壓穩定。
文檔編號H02K3/04GK102013787SQ20101024138
公開日2011年4月13日 申請日期2010年8月2日 優先權日2010年8月2日
發明者姜春輝 申請人:青島敏深風電科技有限公司