專利名稱：無級增速型的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電的新能源技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種無級增速型的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換裝置為多級增速的齒輪箱結(jié)構(gòu)，但是，齒輪箱的傳動比為固定值，不能隨著風(fēng)速的變化而改變，同時齒輪箱的故障率較高而且維修不方便。直驅(qū)形式的風(fēng)力發(fā)電機的風(fēng)輪與發(fā)電機直接聯(lián)結(jié)，雖然沒有了齒輪箱的故障，但是，直驅(qū)型電機的極對數(shù)過多，體積龐大，成本高昂，而且重量比較重，不易于吊裝。變速恒頻技術(shù)是風(fēng)電中新發(fā)展起來的一種變速運行和恒定頻率并網(wǎng)的發(fā)電方式。當(dāng)風(fēng)速低于額定 風(fēng)速，而且風(fēng)力發(fā)電機與電網(wǎng)連接時，風(fēng)電的頻率要與電網(wǎng)頻率保持一致，而發(fā)電機的轉(zhuǎn)速可根據(jù)風(fēng)速的情況實時的進行調(diào)整，以便于捕獲最大的風(fēng)能量。現(xiàn)有風(fēng)電系統(tǒng)的變速恒頻方法是采用電氣控制方式的，該方式需要造價昂貴的整流與逆變設(shè)備，該類設(shè)備不僅能量損失比較大，而且使得發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)龐大復(fù)雜，電氣控制系統(tǒng)的大功率調(diào)速可靠性比較差，結(jié)構(gòu)很復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種無級增速型的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，通過可以無級調(diào)速控制的三級差動行星齒輪一級平行軸齒輪系的動力分匯流增速機構(gòu)，將風(fēng)輪捕獲的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為發(fā)電機的電能并入電網(wǎng)中，通過調(diào)節(jié)電液比例溢流閥的控制信號來實現(xiàn)增速比和主軸轉(zhuǎn)速的連續(xù)無級的調(diào)節(jié)，進而穩(wěn)定發(fā)電機轉(zhuǎn)速和發(fā)電的頻率，實現(xiàn)系統(tǒng)的變速恒頻運行。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:—種無級增速型的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，包括風(fēng)輪，主軸，無級調(diào)速機構(gòu)，三級差動行星齒輪增速機構(gòu)，液壓系統(tǒng)，高速軸以及發(fā)電機，系統(tǒng)各部分的連接關(guān)系為:風(fēng)輪通過主軸與無級調(diào)速機構(gòu)相連接，無級調(diào)速機構(gòu)通過三級差動行星齒輪增速機構(gòu)的第一級行星架與三級差動行星齒輪增速機構(gòu)連接，三級差動行星齒輪增速機構(gòu)通過高速軸與發(fā)電機連接，風(fēng)輪的輸入能量為風(fēng)能，其輸出動能輸入到主軸中，主軸的輸出動能輸入到無級調(diào)速機構(gòu)，無級調(diào)速機構(gòu)可連續(xù)無級的控制和改變其輸入轉(zhuǎn)速，穩(wěn)定其輸出轉(zhuǎn)速，并將其輸出到后續(xù)的三級差動行星齒輪增速機構(gòu)，三級差動行星齒輪增速機構(gòu)通過一定傳動比的增速傳動，將輸入的功率和動力傳遞到高速軸，高速軸的轉(zhuǎn)速與發(fā)電機同步，以便于將動能輸出到發(fā)電機中，發(fā)電機將高速軸輸入的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔懿⑺腿腚娋W(wǎng)中。優(yōu)選地，所述無級調(diào)速機構(gòu)為常閉式，動壓粘性潤滑傳動與控制的調(diào)速機構(gòu)，該機構(gòu)主要設(shè)置有并排布置在端蓋上的一組單作用彈簧復(fù)位型的調(diào)速液壓缸，主動滑膜副組，被動滑膜副組，機構(gòu)各部分的連接關(guān)系為:主軸通過其右端的外齒與主動滑膜副組的內(nèi)齒相嚙合而連接，主動滑膜副組與被動滑膜副組通過其中間油液的動壓粘性作用而連接，被動滑膜副組的外齒與第一級行星架左端的內(nèi)齒相嚙合而連接，而第一級行星架與三級差動行星齒輪增速機構(gòu))連接。優(yōu)選地，所述三級差動行星齒輪增速機構(gòu)為三級形式的差動行星齒輪和一級的平行軸齒輪系的動力分匯流增速機構(gòu)，其中，第一級行星架與第二級內(nèi)齒圈固定連接，并將功率分流輸入到第二級行星架和第二級內(nèi)齒圈，第二級行星架與第一級太陽輪和第一級內(nèi)齒圈相嚙合連接，并將其功率輸入到第一級太陽輪；第二級內(nèi)齒圈與第二級行星輪相嚙合連接，并將其功率輸入到第二級行星輪和第三級內(nèi)齒圈；第一級太陽輪與第三級行星架固定連接，并將其功率輸入到第三級行星架；第三級行星架分別與第三級內(nèi)齒圈和第三級太陽輪相嚙合，第三級內(nèi)齒圈與第三級行星架的功率匯合并經(jīng)過第三級太陽輪輸出到平行軸輸入齒輪，平行軸輸入齒輪與高速軸齒輪相嚙合，并將功率通過高速軸齒輪輸出到高速軸上。優(yōu)選地，所述液壓系統(tǒng)由液壓潤滑供油系統(tǒng)和液壓控制系統(tǒng)兩部分構(gòu)成，二者使用共同的油箱，所述液壓潤滑供油系統(tǒng)的作用為向無級調(diào)速機構(gòu)供油以形成工作油膜，實現(xiàn)機構(gòu)的動壓剪切潤滑傳動，并將產(chǎn)生的熱量通過冷卻器散掉，同時實現(xiàn)對無級調(diào)速機構(gòu)主要零部件潤滑的作用，液壓潤滑供油系統(tǒng)的主油管路中主要設(shè)置了第二液壓泵，第三過濾器，冷卻器和溢流閥，第二電動機帶動第二液壓泵.工作，第二液壓泵通過液壓管路與第三過濾器和冷卻器相連接，冷卻器與無級調(diào)速機構(gòu)的潤滑油進油口相連接，油箱中的液壓油經(jīng)過第三過濾器，液壓泵，冷卻器進入無級調(diào)速機構(gòu)為其供油潤滑并冷卻，溢流閥用以調(diào)節(jié)潤滑供油系統(tǒng)的壓力，并可作為系統(tǒng)安全閥，第二壓力表安裝于旁路并與液壓控制系統(tǒng)通過可調(diào)節(jié)流器相連，檢測并反饋潤滑油路的壓力大?。凰鲆簤嚎刂葡到y(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)所處的工況條件不同而供給一組調(diào)速液壓缸以相應(yīng)的工作壓力的液壓油，實現(xiàn)系統(tǒng)傳動的連續(xù)無級變速的目的，液壓控制系統(tǒng)的主油管路中主要設(shè)置有第一過濾器和第二過濾器，電動機帶動的第一液壓泵，比例溢流閥，第一壓力表，高速開關(guān)閥，可調(diào)節(jié)流器，單作用彈簧復(fù)位型的調(diào)速液壓缸，第一電動機帶動第一液壓泵.工作，第一液壓泵通過液壓管路`與第一過濾器和第二過濾器相連接，高速開關(guān)閥，第一壓力表和比例溢流閥均安裝于第一過濾器的出油口，溫度表安裝于旁路并通過可調(diào)節(jié)流器與液壓潤滑供油系統(tǒng)相連接。優(yōu)選地，所述風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)進一步包括控制部分，控制部分主要設(shè)置有系統(tǒng)控制器和實現(xiàn)系統(tǒng)參量分布檢測的傳感器組，傳感器組主要包括調(diào)速液壓缸壓力傳感器，調(diào)速液壓缸位移傳感器，液壓油溫度傳感器，風(fēng)速儀，轉(zhuǎn)速傳感器，系統(tǒng)控制器實現(xiàn)系統(tǒng)參量的集中控制和系統(tǒng)變速恒頻運行的協(xié)調(diào)處理，傳感器組實現(xiàn)分布的參量如液壓油壓力，位移，溫度和系統(tǒng)轉(zhuǎn)速的測量并反饋到控制器中進行運算和處理，其中，風(fēng)輪處安裝風(fēng)速儀用以檢測風(fēng)速大小，在主軸和第一級行星架處分別安裝第一轉(zhuǎn)速傳感器和第二轉(zhuǎn)速傳感器，分別用于測量其轉(zhuǎn)速大小，并轉(zhuǎn)換為電壓信號輸入到所述系統(tǒng)控制器中，在調(diào)速液壓缸處布置位移傳感器和壓力傳感器用以檢測調(diào)速液壓缸的位移和油壓大小，在潤滑供油回路安裝液壓油溫度傳感器用以測量液壓油溫度。優(yōu)選地，將風(fēng)速儀測得的風(fēng)速V，主軸上的第一轉(zhuǎn)速傳感器測得的主軸轉(zhuǎn)速信號ω，第一級行星架處的第二轉(zhuǎn)速傳感器測得的第一級行星架轉(zhuǎn)速信號ω。，調(diào)速液壓缸壓力和位移傳感器的壓力和位移信號一并輸入到系統(tǒng)控制器中，系統(tǒng)控制器在確保高速軸轉(zhuǎn)速恒定的情況下，根據(jù)最佳葉尖速比表達式和最佳主軸轉(zhuǎn)速對輸入的信號進行運算和處理，獲得最佳的主軸轉(zhuǎn)速信號，并將其作為轉(zhuǎn)速的給定信號而輸入到液壓控制系統(tǒng)中的比例溢流閥中，比例溢流閥控制和調(diào)定調(diào)速液壓缸的位移和壓力的大小，并進而連續(xù)的控制無級調(diào)速機構(gòu)的無級傳動比，使得系統(tǒng)在風(fēng)速波動時，能夠有效的跟蹤最佳葉尖速比，從而實現(xiàn)在高速軸和發(fā)電機轉(zhuǎn)速恒定情況時的最大風(fēng)能量捕獲，實現(xiàn)變速恒頻運行。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下:(I)本系統(tǒng)僅需要通過精確的控制調(diào)速液壓缸的壓力便可實現(xiàn)系統(tǒng)的無級連續(xù)的變速恒頻運行，從而無需復(fù)雜而且昂貴的變流裝置；(2)系統(tǒng)無級調(diào)速機構(gòu)比較適合大功率傳動的無級調(diào)控，因而系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)較大功率和較大扭矩的傳動和控制，而且輸出功率的穩(wěn)定性比較好；(3)通過控制調(diào)速液壓缸的壓力來實現(xiàn)變速恒頻控制的運行的方法簡單易行，可
靠性高；(4)系統(tǒng)中設(shè)計的電液比例溢流閥能夠準確的控制調(diào)速液壓缸的壓力，因而系統(tǒng)無級變速靈敏度高，調(diào)速范圍寬，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定精度和傳動效率高；(5)系統(tǒng)的無級調(diào)速機構(gòu)的結(jié)構(gòu)緊湊，通過無級平穩(wěn)的調(diào)節(jié)能對傳動鏈和三級差動行星齒輪增速機構(gòu)起到過載保護作用，可實現(xiàn)系統(tǒng)連續(xù)平滑運行，并能夠有效緩解電網(wǎng)沖擊；(6)系統(tǒng)不僅可以有效地實現(xiàn)風(fēng)能動力的分流與匯流傳動，而且增大了齒輪系機構(gòu)的功率密度；(7)系統(tǒng)三級差動行星齒輪增速結(jié)構(gòu)簡潔緊湊，動載荷分布比較均勻，大幅度消減了動態(tài)載荷沖擊與振動，提高了系統(tǒng)運行的可靠性與穩(wěn)定性；(8)系統(tǒng)不僅不需要了變頻器，而且可將發(fā)電機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在額定值，風(fēng)力發(fā)電模式回歸到同步發(fā)電機恒速運行并直接向電網(wǎng)供電的模式，大大簡化了風(fēng)電系統(tǒng)的整機結(jié)構(gòu)。


圖1為本發(fā)明實施例的無級增速型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實施例的無級增速型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的無級調(diào)速機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實施例的無級增速型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的變速恒頻運行的控制原理圖；圖4所示為本發(fā)明實施例的無級增速型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)的風(fēng)能利用系數(shù)和葉尖速比值之間的關(guān)系。附圖標記說明:1-風(fēng)輪；2_主軸；3_調(diào)速液壓缸；4_高速開關(guān)閥；5.1-第一壓力表；5.2_第二壓力表；6_比例溢流閥；7.1-第一過濾器；7.2-第二過濾器；7.3-第三過濾器；8_溫度表；9-電動機；10.1-第一液壓泵；10.2-第二液壓泵；11_主動滑膜副組；12_被動滑膜副組；13-冷卻器；14_溢流閥；15_可調(diào)節(jié)流器；16_油箱；17_第一級行星架；18_第一級太陽輪；19-第一級內(nèi)齒圈；20_第二級行星架 ；21_第二級內(nèi)齒圈；22_第二級行星輪；23_第二級內(nèi)齒圈；24_第三級行星架；25_第三級太陽輪；26_平行軸輸入齒輪；27_高速軸齒輪；28_高速軸；29-發(fā)電機；30-無級調(diào)速機構(gòu)；31-三級差動行星齒輪增速機構(gòu)；32-液壓控制系統(tǒng)；33-液壓潤滑供油系統(tǒng)；34_系統(tǒng)控制器；35.1-第一轉(zhuǎn)速傳感器；35.2-第二轉(zhuǎn)速傳感器；36-風(fēng)速儀；37_液壓油溫度傳感器；38_調(diào)速液壓缸位移傳感器；39_調(diào)速液壓缸壓力傳感器；ω opt-系統(tǒng)最佳的主軸轉(zhuǎn)速信號；ω -系統(tǒng)的主軸轉(zhuǎn)速信號；ω。-系統(tǒng)的第一級行星架轉(zhuǎn)速信號；δ -系統(tǒng)的無級調(diào)速機構(gòu)中主被動摩擦副組間的儲油；λ opt-風(fēng)輪的最佳葉尖速比值。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。相反，本發(fā)明涵蓋任何由權(quán)利要求定義的在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進一步，為了使公眾對本發(fā)明有更好的了解，在下文對本發(fā)明的細節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細節(jié)部分。對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說沒有這些細節(jié)部分的描述也可以完全理解本發(fā)明。參考圖1，所示為本發(fā)明實施例的無級增速型的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，其包括風(fēng)輪1，主軸2，無級調(diào)速機構(gòu)30，三級差動行星齒輪增速機構(gòu)31，液壓系統(tǒng)，高速軸28以及發(fā)電機29，系統(tǒng)各部分的連接關(guān)系為:風(fēng)輪I通過主軸2與無級調(diào)速機構(gòu)30相連接，無級調(diào)速機構(gòu)30通過三級差動行星齒輪增速機構(gòu)31的第一級行星架17與三級差動行星齒輪增速機構(gòu)31連接，三級差動行星齒輪增速機構(gòu)31通過高速軸28與發(fā)電機29連接，風(fēng)輪I的輸入能量為風(fēng)能，其輸出動能輸入到主軸2中，主軸的輸出動能輸入到無級調(diào)速機構(gòu)30，無級調(diào)速機構(gòu)30可連續(xù)無級的控制和改變其輸入轉(zhuǎn)速，穩(wěn)定其輸出轉(zhuǎn)速，并將其輸出到后續(xù)的三級差動行星齒輪增速機構(gòu)31，三級差動行星齒輪增速機構(gòu)31通過一定傳動比的增速傳動，將輸入的功率和動力傳遞到高速軸28，高速軸28的轉(zhuǎn)速與發(fā)電機29同步，以便于將動能輸出到發(fā)電機29中，發(fā)電機29將高速軸輸入的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔懿⑺腿腚娋W(wǎng)中。在具體應(yīng)用實例中，參見圖2，無級調(diào)速機構(gòu)30為常閉式，動壓粘性潤滑傳動與控制的調(diào)速機構(gòu)，該機構(gòu)主要設(shè)置有并排布置在端蓋上的一組單作用彈簧復(fù)位型的調(diào)速液壓缸3，主動滑膜副組11，被動滑膜副組12，機構(gòu)各部分的連接關(guān)系為:主軸2通過其右端的外齒與主動滑膜副組11的內(nèi)齒相嚙合而連接，主動滑膜副組11與被動滑膜副組12通過其中間油液的動壓粘性作用而連接，被動滑膜副組12的外齒與第一級行星架左端的內(nèi)齒相嚙合而連接，而第一級行星架17與三級差動行星齒輪增速機構(gòu)31連接。其中，主動滑膜副組11為帶有內(nèi)齒的淬硬的鋼片組，鋼片端表面覆蓋有摩擦材料層和徑向儲油槽，被動滑膜副組12為帶有外齒的，由特殊材料制造的滑膜片組，其端表面同樣覆蓋有摩擦材料層和徑向儲油槽。系統(tǒng)主軸2右端在無級調(diào)速機構(gòu)中的部分為開有外漸開線齒廓的齒輪軸，該齒輪軸與帶有內(nèi)齒的主動滑膜副組11相嚙合而同步旋轉(zhuǎn)傳動，且主動滑膜副組可在主齒輪軸上自由的軸向移動，第一級行星架17的左端在無級調(diào)速機構(gòu)中的部分為開有內(nèi)漸開線齒廓的內(nèi)齒圈，該內(nèi)齒圈與被動滑膜副組12的外齒相嚙合而同步旋轉(zhuǎn)，而且被動滑膜副組12可在第一級行星架17的內(nèi)齒圈內(nèi)自由的軸向移動。主動滑膜副組11和被動滑膜副組12相間布置，液壓潤滑供油 系統(tǒng)33的壓力油通過主軸中間的油道進入主動滑膜副組11和被動滑膜副組12間的儲油槽。無級調(diào)速機構(gòu)30通過高壓高粘性的動壓油膜實現(xiàn)動壓剪切潤滑傳動與控制。調(diào)速液壓缸3為一組彈簧復(fù)位型的單作用液壓缸，通過改變其輸出油壓和行程的大小可以改變主動滑膜副組11和被動滑膜副組12間的動壓油膜的厚度，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的無級調(diào)速控制。進一步的，三級差動行星齒輪增速機構(gòu)31為三級形式的差動行星齒輪和一級的平行軸齒輪系的動力分匯流增速機構(gòu)，其中，第一級行星架17與第二級內(nèi)齒圈21固定連接，并將功率分流輸入到第二級行星架20和第二級內(nèi)齒圈21，第二級行星架20與第一級太陽輪18和第一級內(nèi)齒圈19相嚙合連接，并將其功率輸入到第一級太陽輪18 ;第二級內(nèi)齒圈21與第二級行星輪22相嚙合連接，并將其功率輸入到第二級行星輪22和第三級內(nèi)齒圈23 ;第一級太陽輪18與第三級行星架24固定連接，并將其功率輸入到第三級行星架24 ;第三級行星架24分別與第三級內(nèi)齒圈23和第三級太陽輪25相嚙合，第三級內(nèi)齒圈23與第三級行星架24的功率匯合并經(jīng)過第三級太陽輪25輸出到平行軸輸入齒輪26，平行軸輸入齒輪26與高速軸齒輪27相嚙合，并將功率通過高速軸齒輪27輸出到高速軸28上。進一步的，液壓系統(tǒng)由液壓潤滑供油系統(tǒng)33和液壓控制系統(tǒng)32兩部分構(gòu)成，二者使用共同的油箱16，液壓潤滑供油系統(tǒng)33的作用為向無級調(diào)速機構(gòu)30供油以形成工作油膜，實現(xiàn)機構(gòu)的動壓剪切潤滑傳動，并將產(chǎn)生的熱量通過冷卻器散掉，同時實現(xiàn)對無級調(diào)速機構(gòu)30主要零部件潤滑的作用，液壓潤滑供油系統(tǒng)33的主油管路中主要設(shè)置了第二液壓泵10.2，第三過濾器7.3，冷卻器13和溢流閥14，第二電動機9.2帶動第二液壓泵10.2工作，第二液壓泵10.2通過液壓管路與第三過濾器7.3和冷卻器13相連接，冷卻器13與無級調(diào)速機構(gòu)30的潤滑油進油口相連接，油箱16中的液壓油經(jīng)過第三過濾器7.3，液壓泵10.2，冷卻器13進入無級調(diào)速機構(gòu)30為其供油潤滑并冷卻，溢流閥14用以調(diào)節(jié)潤滑供油系統(tǒng)的壓力，并可作為系統(tǒng)安全閥，第二壓力表5.2安裝于旁路并與液壓控制系統(tǒng)通過可調(diào)節(jié)流器15相連，檢測并反饋潤滑油路的壓力大??；液壓控制系統(tǒng)32根據(jù)系統(tǒng)所處的工況條件不同而供給一組調(diào)速液壓缸3以相應(yīng)的工作壓力的液壓油，實現(xiàn)系統(tǒng)傳動的連續(xù)無級變速的目的，液壓控制系統(tǒng)的主油管路中主要設(shè)置有第一過濾器7.1和第二過濾器7.2，電動機帶動的第一液壓泵10.1，比例溢流閥6，第一壓力表5.1，高速開關(guān)閥4，可調(diào)節(jié)流器15，單作用彈簧復(fù)位型的調(diào)速液壓缸3，第一電動機9.1帶動第一液壓泵10.1工作，第一液壓泵10.1通過液壓管路與第一過濾器7.1和第二過濾器7.2相連接，高速開關(guān)閥4，第一壓力表5.1和比例溢流閥6均安裝于第一過濾器7.1的出油口，溫度表8安裝于旁路并通過可調(diào)節(jié)流器15與液壓潤滑供油系統(tǒng)相連接。油箱中液壓油通過第一過濾器7.1和第二過濾器7.2，第一液壓泵10.1，進入調(diào)速液壓缸3，調(diào)速液壓缸3的壓力由比例溢流閥調(diào)定6，比例溢流閥6的壓力信號由系統(tǒng)控制器34給定，該信號可根據(jù)系統(tǒng)工況條件而為連續(xù)變化的可調(diào)量。比例溢流閥6的輸出壓力與輸入的給定信號成正比例，并可連續(xù)無級調(diào)節(jié)，從而無級調(diào)速機構(gòu)可實現(xiàn)無級變速控制。系統(tǒng)啟動時，可開啟高速開關(guān)閥4，實現(xiàn)輕載啟動，縮短啟動電流的沖擊持續(xù)時間。同時，為防止過多壓力油從潤滑油路流向控制油泵，本發(fā)明實施例在控制油路中設(shè)置了可調(diào)節(jié)流器15，一旦第一液壓泵10.1停止工作，則控制第一液壓泵
10.1吸空，壓力不能自建，主動滑片摩擦副11和被動滑片摩擦副12自動分離，從而避免了燒傷。在又一 具體應(yīng)用實例中，本發(fā)明實施例的無級增速型的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)進一步包括控制部分，控制部分主要設(shè)置有系統(tǒng)控制器34和實現(xiàn)系統(tǒng)參量分布檢測的傳感器組，傳感器組主要包括調(diào)速液壓缸壓力傳感器39，調(diào)速液壓缸位移傳感器38，液壓油溫度傳感器37，風(fēng)速儀36，轉(zhuǎn)速傳感器35，系統(tǒng)控制器34實現(xiàn)系統(tǒng)參量的集中控制和系統(tǒng)變速恒頻運行的協(xié)調(diào)處理，傳感器組實現(xiàn)分布的參量如液壓油壓力，位移，溫度和系統(tǒng)轉(zhuǎn)速的測量并反饋到控制器中進行運算和處理，其中，風(fēng)輪I處安裝風(fēng)速儀36用以檢測風(fēng)速大小，在主軸2和第一級行星架17處分別安裝轉(zhuǎn)速傳感器35，分別用于測量其轉(zhuǎn)速大小，并轉(zhuǎn)換為電壓信號輸入到系統(tǒng)控制器34中，在調(diào)速液壓缸3處布置位移傳感器38和壓力傳感器39用以檢測調(diào)速液壓缸的位移和油壓大小，在潤滑供油回路安裝液壓油溫度傳感器37用以測量液壓油溫度。參見圖3，將風(fēng)速儀36測 得的風(fēng)速V，主軸上的第一轉(zhuǎn)速傳感器35.1測得的主軸轉(zhuǎn)速信號ω，第一級行星架17處的第二轉(zhuǎn)速傳感器35.2測得的第一級行星架轉(zhuǎn)速信號ω。，調(diào)速液壓缸壓力和位移傳感器的壓力和位移信號一并輸入到系統(tǒng)控制器34中，系統(tǒng)控制器34在確保高速軸28轉(zhuǎn)速恒定的情況下,根據(jù)最佳葉尖速比表達式和最佳主軸轉(zhuǎn)速對輸入的信號進行運算和處理，獲得最佳的主軸轉(zhuǎn)速信號，并將其作為轉(zhuǎn)速的給定信號而輸入到液壓控制系統(tǒng)中的比例溢流閥6中，比例溢流閥6控制和調(diào)定調(diào)速液壓缸的位移和壓力的大小，并進而連續(xù)的控制無級調(diào)速機構(gòu)30的無級傳動比，使得系統(tǒng)在風(fēng)速波動時，能夠有效的跟蹤最佳葉尖速比，從而實現(xiàn)在高速軸28和發(fā)電機29轉(zhuǎn)速恒定情況時的最大風(fēng)能量捕獲，實現(xiàn)變速恒頻運行。系統(tǒng)的風(fēng)能利用系數(shù)和葉尖速比值之間的關(guān)系示于圖4，風(fēng)能利用系數(shù)是表征系統(tǒng)捕獲風(fēng)能大小的比率值，該值越大則表明系統(tǒng)捕獲的風(fēng)能量越大，葉尖速比值λ與風(fēng)速V之間的關(guān)系可表達為λ = ω R/v,其中，R為風(fēng)輪的半徑，ω為系統(tǒng)王軸的轉(zhuǎn)速。根據(jù)上述分析可知，在風(fēng)速為額定值時，當(dāng)葉尖速比為其最佳值時，風(fēng)輪捕獲的風(fēng)能量最大。因而當(dāng)風(fēng)速V改變時，可改變主軸轉(zhuǎn)速ω，以獲得最佳葉尖速比λ _，從而在變速情況時，保證風(fēng)輪捕獲的風(fēng)能量最大。根據(jù)電機學(xué)原理可知，發(fā)電機發(fā)出電能的頻率f與發(fā)電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速或高速軸轉(zhuǎn)速η之間的關(guān)系式為n = 60f/p，其中，P為電機轉(zhuǎn)子極對數(shù)，因而當(dāng)確保并穩(wěn)定發(fā)電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速或高速軸轉(zhuǎn)速為額定值時，發(fā)電機即可發(fā)出額定頻率的電能到電網(wǎng)中。根據(jù)無級調(diào)速機構(gòu)的動力學(xué)原理，Pv = K(aco-bco。)，其中，pv為電液比例溢流閥的壓力控制信號，ω為主軸轉(zhuǎn)速，ω。為高速軸轉(zhuǎn)速，K，a，b為與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相關(guān)的特征常數(shù)。根據(jù)上式可知，當(dāng)高速軸轉(zhuǎn)速為額定值時，主軸轉(zhuǎn)速ω與電液比例溢流閥的壓力控制信號成正相關(guān)，這樣，便可通過控制器調(diào)節(jié)比例溢流閥的壓力控制信號，改變主軸轉(zhuǎn)速，從而跟蹤最佳葉尖速比λ opt,并進而實現(xiàn)系統(tǒng)的變速恒頻運行。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種無級增速型的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，包括風(fēng)輪(1)，主軸(2)，無級調(diào)速機構(gòu)(30)，三級差動行星齒輪增速機構(gòu)(31)，液壓系統(tǒng)，高速軸(28)以及發(fā)電機(29)，系統(tǒng)各部分的連接關(guān)系為:風(fēng)輪(I)通過主軸(2)與無級調(diào)速機構(gòu)(30)相連接，無級調(diào)速機構(gòu)(30)通過三級差動行星齒輪增速機構(gòu)(31)的第一級行星架(17)與三級差動行星齒輪增速機構(gòu)(31)連接，三級差動行星齒輪增速機構(gòu)(31)通過高速軸(28)與發(fā)電機(29)連接，風(fēng)輪(I)的輸入能量為風(fēng)能，其輸出動能輸入到主軸(2)中，主軸的輸出動能輸入到無級調(diào)速機構(gòu)(30)，無級調(diào)速機構(gòu)(30)可連續(xù)無級的控制和改變其輸入轉(zhuǎn)速，穩(wěn)定其輸出轉(zhuǎn)速，并將其輸出到后續(xù)的三級差動行星齒輪增速機構(gòu)(31)，三級差動行星齒輪增速機構(gòu)(31)通過一定傳動比的增速傳動，將輸入的功率和動力傳遞到高速軸(28)，高速軸(28)的轉(zhuǎn)速與發(fā)電機(29)同步，以便于將動能輸出到發(fā)電機(29)中，發(fā)電機(29)將高速軸輸入的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔懿⑺腿腚娋W(wǎng)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無級增速型的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述無級調(diào)速機構(gòu)(30)為常閉式，動壓粘性潤滑傳動與控制的調(diào)速機構(gòu)，該機構(gòu)主要設(shè)置有并排布置在端蓋上的一組單作用彈簧復(fù)位型的調(diào)速液壓缸(3)，主動滑膜副組(11)，被動滑膜副組(12)，機構(gòu)各部分的連接關(guān)系為:主軸(2)通過其右端的外齒與主動滑膜副組(11)的內(nèi)齒相嚙合而連接，主動滑膜副組(11)與被動滑膜副組(12)通過其中間油液的動壓粘性作用而連接，被動滑膜副組(12)的外齒與第一級行星架左端的內(nèi)齒相嚙合而連接，而第一級行星架(17)與三級差動行星齒輪增速機構(gòu)(31))連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無級增速型的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述三級差動行星齒輪增速機構(gòu)(31)為三級形式的差動行星齒輪和一級的平行軸齒輪系的動力分匯流增速機構(gòu)，其中，第一級行星架(17)與第二級內(nèi)齒圈(21)固定連接，并將功率分流輸入到第二級行星架(20)和第二級內(nèi)齒圈(21)，第二級行星架(20)與第一級太陽輪(18)和第一級內(nèi)齒圈(19)相嚙合連接，并將其功率輸入到第一級太陽輪(18);第二級內(nèi)齒圈(21)與第二級行星輪(22)相嚙合連接，并將其功 率輸入到第二級行星輪(22)和第三級內(nèi)齒圈(23);第一級太陽輪(18)與第三級行星架(24)固定連接，并將其功率輸入到第三級行星架(24);第三級行星架(24)分別與第三級內(nèi)齒圈(23)和第三級太陽輪(25)相嚙合，第三級內(nèi)齒圈(23)與第三級行星架(24)的功率匯合并經(jīng)過第三級太陽輪(25)輸出到平行軸輸入齒輪(26)，平行軸輸入齒輪(26)與高速軸齒輪(27)相嚙合，并將功率通過高速軸齒輪(27)輸出到高速軸(28)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無級增速型的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述液壓系統(tǒng)由液壓潤滑供油系統(tǒng)(33)和液壓控制系統(tǒng)(32)兩部分構(gòu)成，二者使用共同的油箱(16)， 所述液壓潤滑供油系統(tǒng)(33)的作用為向無級調(diào)速機構(gòu)(30)供油以形成工作油膜，實現(xiàn)機構(gòu)的動壓剪切潤滑傳動，并將產(chǎn)生的熱量通過冷卻器散掉，同時實現(xiàn)對無級調(diào)速機構(gòu)(30)主要零部件潤滑的作用，液壓潤滑供油系統(tǒng)(33)的主油管路中主要設(shè)置了第二液壓泵(10.2)，第三過濾器(7.3)，冷卻器(13)和溢流閥(14)，第二電動機(9.2)帶動第二液壓泵(10.2)工作，第二液壓泵(10.2)通過液壓管路與第三過濾器(7.3)和冷卻器(13)相連接，冷卻器(13)與無級調(diào)速機構(gòu)(30)的潤滑油進油口相連接，油箱(16)中的液壓油經(jīng)過第三過濾器(7.3)，液壓泵(10.2)，冷卻器(13)進入無級調(diào)速機構(gòu)(30)為其供油潤滑并冷卻，溢流閥(14)用以調(diào)節(jié)潤滑供油系統(tǒng)的壓力，并可作為系統(tǒng)安全閥，第二壓力表(5.2)安裝于旁路并與液壓控制系統(tǒng)通過可調(diào)節(jié)流器(15)相連，檢測并反饋潤滑油路的壓力大?。? 所述液壓控制系統(tǒng)(32)根據(jù)系統(tǒng)所處的工況條件不同而供給一組調(diào)速液壓缸(3)以相應(yīng)的工作壓力的液壓油，實現(xiàn)系統(tǒng)傳動的連續(xù)無級變速的目的，液壓控制系統(tǒng)的主油管路中主要設(shè)置有第一過濾器(7.1)和第二過濾器(7.2)，電動機帶動的第一液壓泵(10.1)，比例溢流閥(6)，第一壓力表(5.1)，高速開關(guān)閥(4)，可調(diào)節(jié)流器(15)，單作用彈簧復(fù)位型的調(diào)速液壓缸(3)，第一電動機(9.1)帶動第一液壓泵(10.1)工作，第一液壓泵(10.1)通過液壓管路與第一過濾器(7.1)和第二過濾器(7.2)相連接，高速開關(guān)閥(4)，第一壓力表(5.1)和比例溢流閥(6)均安裝于第一過濾器(7.1)的出油口，溫度表⑶安裝于旁路并通過可調(diào)節(jié)流器(15)與液壓潤滑供油系統(tǒng)(33)相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無級增速型的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)進一步包括控制部分，控制部分主要設(shè)置有系統(tǒng)控制器(34)和實現(xiàn)系統(tǒng)參量分布檢測的傳感器組，傳感器組主要包括調(diào)速液壓缸壓力傳感器(39)，調(diào)速液壓缸位移傳感器(38)，液壓油溫度傳感器(37)，風(fēng)速儀(36)，轉(zhuǎn)速傳感器(35)，系統(tǒng)控制器(34)實現(xiàn)系統(tǒng)參量的集中控制和系統(tǒng)變速恒頻運行的協(xié)調(diào)處理，傳感器組實現(xiàn)分布的參量如液壓油壓力，位移，溫度和系統(tǒng)轉(zhuǎn)速的測量并反饋到控制器中進行運算和處理，其中，風(fēng)輪(I)處安裝風(fēng)速儀(36)用以檢測風(fēng)速大小，在主軸(2)和第一級行星架(17)處分別安裝第一轉(zhuǎn)速傳感器(35.1)和第二轉(zhuǎn)速傳感器(35.2)，分別用于測量其轉(zhuǎn)速大小，并轉(zhuǎn)換為電壓信號輸入到所述系統(tǒng)控制器(34)中，在調(diào)速液壓缸(3)處布置位移傳感器(38)和壓力傳感器(39)用以檢測調(diào)速液壓缸的位移和油壓大小，在潤滑供油回路安裝液壓油溫度傳感器(37)用以測量液壓油溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無級增速型的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，將風(fēng)速儀(36)測得的風(fēng)速V，主軸上的第一轉(zhuǎn)速傳感器(35.1)測得的主軸轉(zhuǎn)速信號ω，第一級行星架(17)處的第二轉(zhuǎn)速傳感器(35.2)測得的第一級行星架轉(zhuǎn)速信號ω。，調(diào)速液壓缸壓力和位移傳感器的壓力和位移 信號一并輸入到系統(tǒng)控制器(34)中，系統(tǒng)控制器(34)在確保高速軸(28)轉(zhuǎn)速恒定的情況下，根據(jù)最佳葉尖速比表達式和最佳主軸轉(zhuǎn)速對輸入的信號進行運算和處理，獲得最佳的主軸轉(zhuǎn)速信號，并將其作為轉(zhuǎn)速的給定信號而輸入到液壓控制系統(tǒng)中的比例溢流閥(6)中，比例溢流閥(6)控制和調(diào)定調(diào)速液壓缸的位移和壓力的大小，并進而連續(xù)的控制無級調(diào)速機構(gòu)(30)的無級傳動比，使得系統(tǒng)在風(fēng)速波動時，能夠有效的跟蹤最佳葉尖速比，從而實現(xiàn)在高速軸(28)和發(fā)電機(29)轉(zhuǎn)速恒定情況時的最大風(fēng)能量捕獲，實現(xiàn)變速恒頻運行。
全文摘要
本發(fā)明實施例公開了一種無級增速型的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，風(fēng)輪通過主軸與無級調(diào)速機構(gòu)相連接，無級調(diào)速機構(gòu)通過三級差動行星齒輪增速機構(gòu)的第一級行星架與三級差動行星齒輪增速機構(gòu)連接，三級差動行星齒輪增速機構(gòu)通過高速軸與發(fā)電機連接，風(fēng)輪的輸入能量為風(fēng)能，其輸出動能輸入到主軸中，主軸的輸出動能輸入到無級調(diào)速機構(gòu)，無級調(diào)速機構(gòu)可連續(xù)無級的控制和改變其輸入轉(zhuǎn)速，穩(wěn)定其輸出轉(zhuǎn)速，并將其輸出到后續(xù)的三級差動行星齒輪增速機構(gòu)，三級差動行星齒輪增速機構(gòu)通過一定傳動比的增速傳動，將輸入的功率和動力傳遞到高速軸，高速軸的轉(zhuǎn)速與發(fā)電機同步，以便于將動能輸出到發(fā)電機中，發(fā)電機將高速軸輸入的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔懿⑺腿腚娋W(wǎng)中。
文檔編號F03D9/00GK103233862SQ20131012113
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月9日
發(fā)明者殷秀興, 林勇剛, 李偉, 劉宏偉, 顧亞京 申請人:浙江大學(xué)