专利名称：12mw双层水平反向旋转随动变角桨叶直驱恒频风力发电机的制作方法
技术领域：
先进、新型、绿色可再生能源，风力浚电技术。
背景技术：
在我的《6MW水平旋转随动变角浆叶直驱式永磁同步风力发电机组》风机续术的基础上另辟
蹊径研究开发，风机部分和与转子反向旋转的发电机定子部分系自主创新，自主知识产权。
发明内容
本人独玄开发的新型机'组，将两台水平旋转随动变角浆叶风机分上、下两层安装在同一立轴 上反向旋转，绕线转子和与之反向il转的发电机定子分别安装在上、—下两层的风机主轴上，并通过各自的 滑环和电刷与输出配电屏相连接。组成双层水平反向旋转随动变角浆叶直驱变速恒频风力发电机组。
其特点是i属双^型变速恒频发电机，机械结构简单，直接驱动,'效率髙、绪构牢、重量轻、 造价低、易维护、运行可靠，输出功率大。但只有风机部分和与转子反向旋转的发电机定子部分是自主知 识产权，双饿型发电机则属成熟技术，与绕线转子连接的逆变器的IGBT!器件需要进口。另外，对电网的 谐波干扰是此种发电机的缺点，优点是变速恒频，用不着控制两层风机的转速。.结构简单，'控制容易。
一、 风机；
1、 在我研制6丽水平旋转随动变角'浆叶直驱永磁同步风力发电机组风力发电机时就发现，虽棘风机 桨叶直径达九十多米，却只能有一半平面迎风f推动主轴旋转，而另一半却为使风机能正常旋转而不,得不 调整为水平状态，.以最大展度地减小风阻。.如果能把主轴另一侧的风力也利用起来，将可成倍地提高风机 的出力。于晕，经多方推敲、实验，立轴、双层、水平旋转随动变角桨叶结构的风力发电机组的方案逐渐 成熟。；作时.安装在垂直轴上，上"F两层的桨叶同时被风力推动，旋转方向相反，在这里，水平分希的 两组六片桨叶由专用工控计算机控制，经直流电机，减速机等组成的执行机构调整，'在任意风向时，每层 均有一片浆叶平面迎风，推动主轴旋转，而绕主轴》80°的另一片欢叶则调整为水平状态，立面迎风，对 风的阻力很小。随着主轴的转动，每层六片浆叶的角度被不断随机调整， 一直保持上述状态，即上、下两 层桨叶在主轴的两侧始终有两片桨叶迎风，推动两根风机主轴反向旋转，同时有两片浆叶为顺风状态，减 小浆叶旋转的阻力，在风机浆叶直径范围内捕捉风能，最大限度.地把风能转化为两根凤机主轴的旋转机械 能，且立轴所承受的侧向推力趋零。当遇到风力达到10级以上等极端情况时，两层六片浆叶均调整至0 度(既与水平面平行)，同时，刹车系统启动，保证风机不受损坏。
2、 为获得更多的能量，就要加大桨叶直径，由于用了大量的无缝钢管和钢绞线，使风机整体结构即 庞大又轻巧，.平视象两座钢索斜拉桥，鸟瞰则如两层蜘蛛网，整体为柔性连接，故结构牢,.重量轻，耐疲 劳，迎风有效面积大。两层浆叶要在相对反向旋"的同时直接驱动发电机的定、转子随之反向旋转，这在 机械结构的设计、加工的精度和难度方面都有很大的困滩，但经过多次的设计、实验、改进，再反复计算、 加工制作模型、试验，现己突破，经实验完全可以满足上述要求。3、为了防止雷电破坏，立轴的顶端和两层六片浆叶支撑轴外端都设有放电尖端，既避雷针，经支撑 轴、钢绞线、主轴外套联为一体，为避免雷电电流烧伤轴承，通过多套大面积的滑环和含铜炭刷与防雷接 地网相连。
二、 发电机属双馈型绕线转子异步发电机。
1、 是子因定子相对转子反向旋转，需要增加三个大面积的铜环经碳刷将定子线圈与连接电网的升 压变压器相连。
2、 转子绕线转子的转子线圈经三个大面积的铜环经碳刷与高反压大功率IGBT逆变器连接后，再 接升压变压器。
3、 转子的机械连接是经特制的法兰盘与上层风机主轴直接对接。定子的机械连接是经特制的法兰盘
与7层风机主轴直接对接。
4:发电机本身不用端盖和轴承。
三、 自动控制系统
1、 本风力发电机组的自'动控制系统由双层水平反向平旋转随动变角桨叶计算机控制系统和若干可编 程控制器及风向、风速传感器、转子、定子线圈温度传感器、输出电压变送器、电流变送器、有功功率变 送器、无功功率变送器、等诸多传感器、变送器和若干电动执行机构组成。控制双层水平旋转随动变角桨' 叶边推动主轴旋转边自行调整迎风、顺风角度。
2、 为考虑到电网事故、故障、本机检修、自然灾害和在各种极端情况下都能泰然处置，保证以工控
机为核心的控制系统不间断的正常工作，确保电动执行机构能准确无误地把浆叶调整到需要的位萱，控制 电源采用配置了带浮充电源的蓄电池的直流供电系统。
3、 当遇到风力达到10级以'上等极端情况时，双层六片'桨叶自动调整迎风角度，直至调至0度(既 与水平面平行)，同时，刹车皿启动，'保证风机不受损坏。
4、 并网控制系统本系统用作风力发电机组安全并入和退出电网系统。与现有的变速恒频双馈型风 力发电机组并没有区别。
四、 与现有的风力发电机组比较，此双层水平反向旋转随动变牟蘇叶直接驱动变速恒频风力发电机
组有以下优势
1、 因为大半径、大面积的桨叶是直接被风推动而不是切风，且在直径90m长的迎风面上全面收集风 能，所以可捕捉到更大的能量，因而可以做到12MW这样大的单机容量。
2、 因直接驱动，省去了机械损耗很大且故障率高的加速齿轮箱，'降低了整机的造价，同时提高了效
率并具南高可靠性。
3、 风机整体结构为柔性连接，故从根本上解决了风机桨叶常年运行材料疲劳损坏的问题，桨叶材料 选择范围宽，造价低。4、因风机的双层桨叶绕立轴水平反向旋转，塔架承受的侧向力趋零，主要承担风力发电机组的自 重力，所以对塔架的要求不高，甚至可在高层建筑物的顶层安装。这样就大大降低了风机和风电场的造价's
具体实施例方式
一、 本人自2006年起，利用业余时间研制辟风力发电机，经过几年的努力，在制作出第一台模型机 的基础上，完成其全部的设计理念，并付诸实施。
二、 200KW模型机正在制作中。
权利要求
一、本发明的技术特征主要有立轴、双层水平反向旋转随动变角浆叶、整体柔性连接的的风机。在全直径范围内最大限度地把风能转化为上、下两根反向旋转的风机主轴旋转的机械能，直接驱动发电机的定、转子反向旋转，相对转速加倍，输出功率叠加。
1.
权利要求
12MW双层水平反向旋转随动变角浆叶真驱变速恒频风力发电机 .分解要求1、 立轴、双层水平反向旋转随动变角浆叶、整体柔性连接的风机。
2、 双层随动变角桨叶计算机控制系统。
3、 输出端加铜环和炭刷的与绕线转子相对反向旋转的发电机定子。
全文摘要
本发明“12MW双层水平反向旋转随动变角桨叶直驱恒频风力发电机”属新型、绿色、可再生能源技术领域，风力发电技术。主要解决了如下技术问题一、采用完全自主知识产权的立轴、双层水平反向旋转随动变角的大直径，大面积，主要靠钢绞线柔性连接桨叶结构的风机，和经改造，定子反向旋转的变速恒频异步发电机加IGBT逆变器。二、上、下两个风机主轴直接驱动发电机的定、转子反向旋转，转速加倍，功率叠加三、独特的控制系统保证双层桨叶边推动上、下主轴反向旋转边自行调整迎风、顺风角度。因采用直驱变速恒频异步发电机，整机的结构和控制系统都最简单。四、因单机容量高达12MW，节省了大量的基础和配套费用，用其建造风电场的总费用可降低40％以上。
文档编号H02K16/00GK101550911SQ200810189740
公开日2009年10月7日 申请日期2008年12月29日 优先权日2008年12月29日
发明者徐锦镛 申请人:徐锦镛