諧振高效風(fēng)力發(fā)電裝置的制作方法

本實(shí)用新型涉及諧振高效風(fēng)力發(fā)電裝置，屬于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

風(fēng)能是一種清潔無污染的可再生能源，大規(guī)模利用風(fēng)能，普及風(fēng)力發(fā)電，對改變能源結(jié)構(gòu)、保護(hù)環(huán)境具有重要的意義。但風(fēng)能能量密度較低，風(fēng)向和風(fēng)力大小的不確定性，導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電效率一直難以提高，如何提高風(fēng)力發(fā)電效率一直是風(fēng)電技術(shù)研究的重點(diǎn)?，F(xiàn)有提高風(fēng)力發(fā)電效率的專利，如公開號為CN102146887A、CN104696164A的專利，采用不同的形式，在垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的迎風(fēng)面設(shè)置擋板，擋住氣流在風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪上產(chǎn)生阻力，提高旋轉(zhuǎn)扭矩，從而提高風(fēng)力發(fā)電效率，但該方法增加了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和不穩(wěn)定性，在強(qiáng)風(fēng)條件下，容易受到破壞，且僅僅適用于垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)；如公開號為CN201696229U、CN102278280A的專利，使用一種聚風(fēng)面裝置，增加風(fēng)量，從而提高風(fēng)力發(fā)電效率，但該方法增加了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和不穩(wěn)定性，在強(qiáng)風(fēng)條件下，容易受到破壞，且效率提升并不明顯。如公開號為CN102022258A、CN103147936A、CN102465844A、CN205559158U等專利，均是設(shè)計(jì)了新型的葉片結(jié)構(gòu)或是不同的葉片曲線，優(yōu)化最佳的葉片模型，從而提高風(fēng)力發(fā)電效率，但不同葉片結(jié)構(gòu)，其啟動(dòng)風(fēng)速、最佳運(yùn)行風(fēng)速、尖速比、抗風(fēng)性均不同，因此對安裝環(huán)境的風(fēng)速要求比較高,不易實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述存在的問題，本實(shí)用新型公開了一種諧振高效風(fēng)力發(fā)電裝置，其具體技術(shù)方案如下：

諧振高效風(fēng)力發(fā)電裝置，包括電源、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、LC諧振網(wǎng)絡(luò)、電感調(diào)節(jié)控制器、風(fēng)速傳感器、微控制器和負(fù)載，所述電源給LC諧振網(wǎng)絡(luò)、電感調(diào)節(jié)控制器、風(fēng)速傳感器和微控制器供電，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)的一個(gè)輸出繞組接LC諧振網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)輸入端，所述LC諧振網(wǎng)絡(luò)的輸出端接負(fù)載，同時(shí)為電感調(diào)節(jié)控制器供電，電感調(diào)節(jié)控制器由微控制器控制改變電感量，所述電感調(diào)節(jié)控制器連接控制LC諧振網(wǎng)絡(luò)，所述風(fēng)速傳感器采集風(fēng)速信號并將風(fēng)速信號傳遞給微控制器。

所述LC諧振網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)連續(xù)可調(diào)的可調(diào)電感和諧振電容，所述可調(diào)電感的電感量連續(xù)可調(diào)，所述諧振電容選用無極性電容，LC諧振網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)儲(chǔ)能網(wǎng)絡(luò)，風(fēng)速變高時(shí)儲(chǔ)存能量，風(fēng)速降低時(shí)釋放能量。

所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)選用小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，所述小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)包括發(fā)電機(jī)塔架、發(fā)電機(jī)基座、葉片、葉片支撐臂和發(fā)電機(jī)，帶有微控制器的電路板置于塔架內(nèi)，LC諧振網(wǎng)絡(luò)及電感調(diào)節(jié)控制器安裝在發(fā)電機(jī)基座內(nèi)，LC諧振網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)輸入端接發(fā)電機(jī)的一個(gè)輸出繞組，電感調(diào)節(jié)控制器與微控制器相連，風(fēng)速傳感器安裝在發(fā)電機(jī)的頂部，與微控制器相連。

所述微控制器選用STM32單片機(jī)，使用STM32單片機(jī)的PWM功能控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，所述微控制器通過風(fēng)速傳感器實(shí)時(shí)測量當(dāng)前風(fēng)速值，不同的風(fēng)速對應(yīng)不同的風(fēng)力發(fā)電機(jī)理論最大輸出功率，當(dāng)風(fēng)速變小時(shí)，微控制器控制電感調(diào)節(jié)控制器增加電感，使電感電壓反勢，從而把電感能量轉(zhuǎn)移到電容輸出；當(dāng)風(fēng)速變大時(shí)，微控制器控制電感調(diào)節(jié)控制器減小電感，使得LC諧振網(wǎng)絡(luò)吸收更多的風(fēng)能儲(chǔ)存到諧振儲(chǔ)能網(wǎng)絡(luò)，從而保證，無論是風(fēng)速增大或是減小，LC諧振網(wǎng)絡(luò)始終保持諧振調(diào)節(jié)狀態(tài)，吸收風(fēng)能，減少已吸收能量的損失。

所述負(fù)載選用電器或電網(wǎng)逆變器。

所述LC諧振網(wǎng)絡(luò)接到風(fēng)力發(fā)電機(jī)的一個(gè)輸出繞組，用直徑為1mm的漆包線繞制在骨架上的1000匝線圈作為諧振的可調(diào)電感，骨架長15cm，口徑為4cm*4cm，骨架內(nèi)部有一個(gè)磁芯，該磁芯裝配在一個(gè)直線導(dǎo)軌的滑塊上，受電機(jī)控制改變磁芯插入到線圈內(nèi)部的深度，從而調(diào)節(jié)電感量，諧振電容由若干個(gè)600V耐壓、680UF容量的無極性電容串并聯(lián)組成。

所述風(fēng)速傳感器選用三杯式風(fēng)速傳感器，風(fēng)速傳感器通過串口與微控制器通信，使用STM32單片機(jī)及其最小系統(tǒng)構(gòu)建主控電路，將風(fēng)速傳感器接在STM32單片機(jī)的串口通信I/0口上。

本實(shí)用新型的有益效果是：

本實(shí)用新型利用LC諧振網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)能量的智能高效管理分配，從而使發(fā)電系統(tǒng)盡可能的吸收風(fēng)能，減少已吸收能量的損失，提高風(fēng)力發(fā)電的效率。

本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)較為簡單，便于安裝，發(fā)電效率提升明顯。

本實(shí)用新型通過判斷當(dāng)前風(fēng)速的增大或減小，控制電感量的大小，具有一定的智能性，使得能量轉(zhuǎn)移更加合理。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型裝置的連接狀態(tài)示意圖，

圖2是本實(shí)用新型方法的控制流程圖，

圖3是本實(shí)用新型的實(shí)施電路功能框圖，

圖4是本實(shí)用新型的控制系統(tǒng)電路原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式，進(jìn)一步闡明本實(shí)用新型。應(yīng)理解下述具體實(shí)施方式僅用于說明本實(shí)用新型而不用于限制本實(shí)用新型的范圍。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，結(jié)合附圖可見，本諧振高效風(fēng)力發(fā)電裝置，包括電源、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、LC諧振網(wǎng)絡(luò)、電感調(diào)節(jié)控制器、風(fēng)速傳感器、微控制器和負(fù)載，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)的一個(gè)輸出繞組接LC諧振網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)輸入端，所述LC諧振網(wǎng)絡(luò)的輸出端接負(fù)載，同時(shí)為電感調(diào)節(jié)控制器供電，電感調(diào)節(jié)控制器由微控制器控制改變電感量，所述電感調(diào)節(jié)控制器連接控制LC諧振網(wǎng)絡(luò)，所述風(fēng)速傳感器采集風(fēng)速信號并將風(fēng)速信號傳遞給微控制器。

所述LC諧振網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)連續(xù)可調(diào)的可調(diào)電感和諧振電容，所述可調(diào)電感的電感量連續(xù)可調(diào)，所述諧振電容選用無極性電容，LC諧振網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)儲(chǔ)能網(wǎng)絡(luò)，風(fēng)速變高時(shí)儲(chǔ)存能量，風(fēng)速降低時(shí)釋放能量。

所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)選用小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，所述小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)包括發(fā)電機(jī)塔架、發(fā)電機(jī)基座、葉片、葉片支撐臂和發(fā)電機(jī)，帶有微控制器的電路板置于塔架內(nèi)，LC諧振網(wǎng)絡(luò)及電感調(diào)節(jié)控制器安裝在發(fā)電機(jī)基座內(nèi)，LC諧振網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)輸入端接發(fā)電機(jī)的一個(gè)輸出繞組，電感調(diào)節(jié)控制器與微控制器相連，風(fēng)速傳感器安裝在發(fā)電機(jī)的頂部，與微控制器相連。

所述微控制器選用STM32單片機(jī)，使用STM32單片機(jī)的PWM功能控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，所述微控制器通過風(fēng)速傳感器實(shí)時(shí)測量當(dāng)前風(fēng)速值，不同的風(fēng)速對應(yīng)不同的風(fēng)力發(fā)電機(jī)理論最大輸出功率，當(dāng)風(fēng)速變小時(shí)，微控制器控制電感調(diào)節(jié)控制器增加電感，使電感電壓反勢，從而把電感能量轉(zhuǎn)移到電容輸出；當(dāng)風(fēng)速變大時(shí)，微控制器控制電感調(diào)節(jié)控制器減小電感，使得LC諧振網(wǎng)絡(luò)吸收更多的風(fēng)能儲(chǔ)存到諧振儲(chǔ)能網(wǎng)絡(luò)，從而保證，無論是風(fēng)速增大或是減小，LC諧振網(wǎng)絡(luò)始終保持諧振調(diào)節(jié)狀態(tài)，吸收風(fēng)能，減少已吸收能量的損失。

所述負(fù)載選用電器或電網(wǎng)逆變器。

圖2是本實(shí)用新型方法的控制流程圖，圖3是本實(shí)用新型的實(shí)施電路功能框圖，結(jié)合附圖可見，本諧振式高效風(fēng)力發(fā)電裝置的控制方法，包括以下步驟：

步驟一：將風(fēng)力發(fā)電機(jī)固定，并將風(fēng)力發(fā)電輸出端連接LC諧振網(wǎng)絡(luò)，完成本裝置的安裝，風(fēng)力發(fā)電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)入下一步；

步驟二：啟動(dòng)系統(tǒng)，LC諧振網(wǎng)絡(luò)、電感調(diào)節(jié)控制器、風(fēng)速傳感器和微控制器均正常運(yùn)行，微控制器讀取風(fēng)速傳感器測量的風(fēng)速值，根據(jù)當(dāng)前風(fēng)速值，微控制器控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)調(diào)整電感值，使LC諧振網(wǎng)絡(luò)工作在諧振狀態(tài)，進(jìn)入下一步；

步驟三：微控制器不斷讀取風(fēng)速傳感器測量的風(fēng)速值，當(dāng)檢測到風(fēng)速降低時(shí)，進(jìn)入步驟四；當(dāng)檢測到風(fēng)速升高時(shí)，進(jìn)入步驟五；

步驟四：風(fēng)速降低后，微控制器控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)增大電感，使電感電壓反勢，將電感能量轉(zhuǎn)移到輸出電容，使負(fù)載的電壓升高，從而抽取了LC諧振網(wǎng)絡(luò)能量，返回步驟三；

步驟五：風(fēng)速升高后，微控制器控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)減小電感，風(fēng)力發(fā)電機(jī)吸收更多的風(fēng)能儲(chǔ)存到LC諧振網(wǎng)絡(luò)，返回步驟三。

圖4是本實(shí)用新型的控制系統(tǒng)電路原理圖，結(jié)合附圖可見，所述LC諧振網(wǎng)絡(luò)接到風(fēng)力發(fā)電機(jī)的一個(gè)輸出繞組，用直徑為1mm的漆包線繞制在骨架上的1000匝線圈作為諧振的可調(diào)電感，骨架長15cm，口徑為4cm*4cm，骨架內(nèi)部有一個(gè)磁芯，該磁芯裝配在一個(gè)直線導(dǎo)軌的滑塊上，受電機(jī)控制改變磁芯插入到線圈內(nèi)部的深度，從而調(diào)節(jié)電感量，諧振電容由若干個(gè)600V耐壓、680UF容量的無極性電容串并聯(lián)組成。所述風(fēng)速傳感器選用三杯式風(fēng)速傳感器，風(fēng)速傳感器通過串口與微控制器通信，使用STM32單片機(jī)及其最小系統(tǒng)構(gòu)建主控電路，將風(fēng)速傳感器接在STM32單片機(jī)的串口通信I/0口上。實(shí)施電路搭建完畢，開啟系統(tǒng)電源，風(fēng)力發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過程中，根據(jù)實(shí)驗(yàn)測定的不同風(fēng)速的頻率對應(yīng)表，測量風(fēng)速，調(diào)節(jié)電感使系統(tǒng)的諧振頻率跟蹤到發(fā)電機(jī)輸出頻率。當(dāng)單片機(jī)讀取風(fēng)速傳感器測得風(fēng)速變小時(shí)，發(fā)電機(jī)的輸出頻率變低，此時(shí)，單片機(jī)根據(jù)風(fēng)速變化大小，控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，電機(jī)拖動(dòng)磁芯向線圈內(nèi)移動(dòng)相應(yīng)的距離，適當(dāng)增加諧振電感量，保持系統(tǒng)工作在諧振狀態(tài)，從而使得電感電壓反勢，使能量轉(zhuǎn)移到電容輸出。當(dāng)單片機(jī)讀取風(fēng)速傳感器測得風(fēng)速變大時(shí)，發(fā)電機(jī)的輸出頻率變高，此時(shí)，單片機(jī)根據(jù)風(fēng)速變化的大小，控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，電機(jī)拖動(dòng)磁芯向線圈外移動(dòng)相應(yīng)的距離，適當(dāng)?shù)臏p小諧振電感量，保持系統(tǒng)工作在諧振狀態(tài)，從而使得系統(tǒng)吸收更多的能量儲(chǔ)存到LC諧振網(wǎng)絡(luò)中。如此循環(huán)，不斷根據(jù)風(fēng)速變化，調(diào)節(jié)電感量，始終保持電路工作在諧振狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)能量的合理管理分配，使系統(tǒng)盡可能的吸收風(fēng)能，減少了已吸收能量的損失。

應(yīng)當(dāng)指出的是,盡管結(jié)合優(yōu)選實(shí)施方案具體展示和介紹了本實(shí)用新型，以上所述實(shí)施內(nèi)容,是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式的一種，是對本實(shí)用新型所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本實(shí)用新型的具體實(shí)施只局限于這些說明，而是要求符合與本文所公開的思路和原理相一致的最寬的范圍，如通過LC諧振儲(chǔ)能網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)在不同風(fēng)速下能量的轉(zhuǎn)移與分配，從而提高風(fēng)力發(fā)電效率。對于本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單改進(jìn)或替換。在權(quán)利要求書所限定的本實(shí)用新型的原理范圍內(nèi),都應(yīng)當(dāng)視為屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。