[发明专利]风洞型垂直轴风力发电机组

说明书

技术领域

 本发明涉及风力发电技术领域，特别是涉及一种风洞型垂直轴风力发电机组。

背景技术

风能发电已历时半个多世纪，如今风电发展仍步履艰难，归根结底是两大风电技术问题所致：一是风电并网难问题，二是风力机效率低问题。长期以来风电界一直是在发电机和风力机外部应用高科技手段解决这两大风电技术问题，但因代价高昂而使风电产业陷入困境，风电成本始终居高不下，故这两大风电技术问题一直是风电发展的最大障碍。

发明内容

本发明的目的就是提供一种风洞型垂直轴风力发电机组，在发电机和风力机内部解决风电并网难问题和风力机效率低问题，同时使风电设备的结构得到极大简化，风电设备的年发电量得到极大提高，风电场模式得到明显改观，最终达到风电成本大幅度降低的目的。

本发明的解决方案是这样的：

本发明包括风力机和发电机。所述的风力机包括至少6个同轴垂直设置的风轮，在每个风轮周围的东西南北四个方位各设置一个呈向外扩张形的扩口风洞，扩口风洞的小口沿风轮的旋转方向偏移；所述的发电机包括旋转变压器和同步发电机，在所述旋转变压器原边的内腔安放固定设置的付边；原边围绕付边旋转，由付边向外输出旋转变压器自身产生的电能和同步发电机输送的电能；在所述同步发电机的转子内腔安放定子，同步发电机的转子与旋转变压器的原边为固定连接结构，同步发电机的转子和旋转变压器的原边同时转动；所述风力机的风轮下端的传动轴与所述同步发电机的转子连接成同时转动的结构。

更具体的技术方案还包括：上下相邻的风轮设置为在水平面上依次错开20度－40度。

进一步的：所述的风轮所对应的扩口风洞为垂直层迭设置。

进一步的：所述的扩口风洞的高度与风轮一致。扩口风洞包括沿径向向外伸出成扩口形的左右壁板，以及左右壁板两端连接的上下盖板，形成扩口形风洞。

进一步的：所述的上下盖板为带内孔的圆盘，其风轮设置于上下盖板的内孔处，扩口风洞以上下盖板的内孔为轴芯，沿径向向外伸出。

进一步的：与所述旋转变压器付边连接的定轴与同步发电机定子的定轴为同轴结构。

进一步的：所述旋转变压器的付边和同步发电机的定子一起由定轴固定在支座上。旋转变压器的原边和同步发电机的转子一端相互固定连接，另一端分别固定在上下两个端盖上，通过轴承由定轴支承，连接成旋转变压器的原边和同步发电机的转子共同绕定轴转动的结构。

进一步的：转子、原边和付边各有一组带铁芯的三相对称绕组，其中，转子和原边的三相对称绕组是直接反相序连接，一起由原动机驱动旋转。

上述技术方案包括了风洞型垂直轴风力机和旋转变压器式发电机，其中旋转变压器式发电机由旋转变压器和同步发电机构成，其作用原理为：

当同步发电机转子和旋转变压器原边一起被风力机驱动旋转时，所述发电机内部如有剩磁（经过一次试验就会有长久剩磁）便进入自动励磁状态，即自动励磁回路的直流电流便流入同步发电机的励磁线圈而形成同步发电机的磁场，该磁场切割同步发电机转子的三相对称绕组而产生三相对称电势，并作用于旋转变压器原边的三相对称绕组。由于同步发电机转子的三相对称绕组和旋转变压器原边的三相对称绕组是直接反相序连接，这样一来，旋转变压器原边的三相对称绕组形成的旋转磁场的旋转方向便和同步发电机转子的旋转方向相同，致使旋转变压器的气隙旋转磁场的转速提高一倍，等于转子的机械转速与绕组旋转磁场的电气转速之和。气隙旋转磁场以如此高的转速切割旋转变压器付边的三相对称绕组，便产生三相交流电势而向外输出三相交流电能。

基于上述技术方案，本发明的优点是：

（1）        本发明的发电机不存在“电枢反应”

“电枢反应”是普通发电机的固有特性，在这个固有特性作用下，当电网电压突然跌落时，就会引起发电机的输出电流突然猛增（约几倍至十几倍）。由于所述发电机中的同步发电机和电网不是直接连接，而是通过旋转变压器再连接到电网，旋转变压器起到隔离作用。因此，当电网电压突然跌落时，并未引起所述发电机的输出电流突然猛增，只是略有增大（约30%），完全没有普通发电机产生的 “电枢反应”现象，说明所述发电机不存在“电枢反应”，以下利用“外特性”作进一步说明。

（2） 本发明的发电机具有下降的“外特性” 

所谓“外特性”，就是发电机的输出电压和输出电流之间的关系的特性曲线。根据作用原理图2和欧姆定律，所述发电机的输出电压和输出电流之间的关系可用下式表示：

        U=E-I(Z′+Z)