[其他]高效益小型风力发电系统

说明书

本实用新型涉及一种小型风力发电系统；其中扬弃了传统发电机而代以一种特别发电结构；利用仿科里奥利力形成旋流以增强流体能量，和一个专用调节器。三者结合组成具有较优良性能的小型风力发电系统，运行于3－11级风速，基本按Betz律无逸失地将风能转换为可用电能。

现有的小型风力发电装置都存在发电机要求较高转速而风力桨轮转速很低的矛盾；经升速拖动则降低效率；低速桨轮更难以直接驱动。此外，不论采用哪种桨轮，发电机的容量都难以在整个风速范围与桨轮输出功率相匹配：按开始提供可用功率选发电机容量将逸失高风速能量，否则发电机将加大到不现实的程序。目前通用的办法是：把发电机容量选大些而让高风速区的能量部分甚至全部逸失；此外，又无较合理的调节手段，因此效益较低。

本实用新型的发电结构具有超低速性能，等效驱动转速仅为传统发电机的百分之几；惯性矩大，近百倍于传统发电机；电流过载可达额定值的十倍左右。采用一种专用调节器，在整个风速范围内基本按转速的平方规律调节负载转矩，系统效益为现有小型风力发电装置的1－2倍以上。其整体结构如图1所示。

图1中上图为侧视图，下图是顶视图。或为整体或由组合而成的永磁多极环形转子5套装于桨翼3的外沿；定子1仿车辐方式与之同心地固定支撑于轴10。转、定子间为周向均匀气隙。转子在风速V作用下绕轴10自由旋转。10焊在竖毂11上，后者可随风向绕轴12转动使桨轮处于迎风位置。轴12焊在横杆8上，8上焊杆7，再通过4根拉线6锚固于地面。9是拉线；15为平衡铅锥。

14为正多边形环，其Y向视图详见图2。14通过横杆17焊在竖毂11上，14上装有8个偏转叶板16，将上游风速V在与其垂直的平面上作α向偏转，同时在通过轴线10的平面上对轴线作向心偏转，造成绕轴线10的涡旋，产生低压，使流体加速。16系用弹性部件装在14上；在较高风速时16将完全转到顺风位置失去作用。

图3是图1中的A部详图。图中19系由W₃₃型硅钢片窄条沿周向密绕成的定子轭铁；21为定子绕组。图位20处可装自动制动器；其操纵软钢索（图中未示出）沿钢管轴10、12引下。发电结构引出线亦沿同样途径引到地面。二者在毂11内分别通过特制接手、滑环连接。样机设计表明实际定子轴向有效长度仅0.03M。

图4示定子绕组。转子磁极作周向N－S－N……交替布置，各极间有一个极弧7的净距。图中示出一组绕组的两个相重合的绕组；当其圈边各处于相应的磁极下时，一个绕组经h_f到e_f导通，而在转子转过2极弧后气隙磁场反向，另一个绕组经h_r到e_r发出电流。第二组绕组与第一组相同，但布置在上述极间空位上，依次发出另外2个方脉冲电流。4个方脉冲依次合成直流，由＋、－极端引出。绕组元件为同心卷型，用铜版冲制。绕组、轭铁用玻璃纤维增强树脂胶铸成定子环。

这种发电结构可由任何低速风力桨轮驱动；其GD²大，利于由简单调节器控制。定子绕组布于气隙中，因系重复短时工作，又合理加大导体截面，其允许电流过载可达10倍左右；配合专用调节器可将至11级风能无溢失地转换为可用电工率。

以下说明调节系统组成。将可调电阻22、23（图5）和恒电压负载L接于发电结构输出端电压U。用一台微型直流力矩电动机26（图6）检测发电结构输出电压。26建立的转矩与弹簧29的力矩相反，二者相平衡，调节器系统处于稳定状态。齿轮30由轴28带动通过齿轮31推动轴33上的两个半环形多接触水银开关（因重合，图中仅见其一）。35等部安排有触点系。34为水银。22、23实际上系由多个电阻元件组成的电阻网络。27是力矩电动机的永磁极。作为精调可跨L接入简单硅稳压管稳压电路（图中未示出），其电阻值与L都可安排由水银开关触头控制。

当U小于额定电压U_r时22、23均被切出电路。如果风速增加，发电结构输出电压超过U_r，调节器由26拖动将接触系按设计安排浸没或露出水银以接通或断开相应电路，加大流入发电结构外电路的电流，维持L上的U_r。风速下降时26的转矩减小，调节器可动部分在弹簧29的作用下将反转至相应平衡位置，使L上的电压恢复额定值。

调节的原理系基于桨叶尖线速度与上游来风风速之比应守恒，使桨轮恒有最大输出功率。为此须随上游自然风速的变动按

W_G≡U²≡n²