[发明专利]一种风力发电系统的充电器

说明书

技术领域

本发明属于电子充电器技术领域，具体地说，是提出一种适合离网型微风风力发电系统的特殊充电器设备。

背景技术

在离网型风力发电机技术领域，必须配备蓄电池和充电器，发电机为了从风中得到更多的能量，希望充电器能在尽可能宽的风速范围内，得到更长的风力发电时间，以便从风中得到更多的能量。但是，小型风力发电机大多采用永磁电机，发电机输出电压与其转速成正比，为了防止高风速时发电机电压太高充电电流太大，又反过来存在微风低风速时发电电压可能低于蓄电池电压而无法充电的问题，这是一对矛盾。

发明内容

本发明的目的是通过采用能把整流电压升高一定倍率的特殊充电器，一方面可提高低风速下的直流电压，解决微风甚至轻风时的充电问题，另一方面通过脉冲充电开关控制并限制大风时的充电电流。

本发明的充电器是这样实现的，一个由三相整流桥(1)、滤波电容(2)和控制开关(3)组成的电子充电器，整流桥(1)的二个输出端的一端为公共端(通常为负极)，另一端通常为正极，二端并联连接到滤波电容(2)二端后作为直流电压输出，其中一端接充电用的电流开关S1，其特征为，滤波电容(2)由电容器C1和C2相串联，C1和C2的中点通过控制开关(3)中的电压开关S2接风力发电机(6)的零线，电压开关S2用来提高直流输出电压；而控制开关(3)中的电流开关S1采用PWM脉宽调制来调节充电器的充电电流，电流开关S1和电压开关S2均受控制器(5)控制。

本发明的充电器通过电压开关S2和电流开关S1，既能提高微风发电电压，增加微风发电时间，能从微风中获得更多能量，又能限制强风时的高电压产生过大的充电电流对发电机、蓄电池等设备造成的损害，保证风电系统安全、高效工作。

附图说明

图1为本发明充电器的原理线路图。

图2为本发明所配置的发电机电压矢量图。

图3为本发明充电器中的充电电流PWM调制波形图。

图4为用IGBT开关管的电流开关示意图。

具体实施方式

图1为本发明充电器的原理线路图。从图中可以看出，三相整流桥(1)由三个正输出整流二极管D1～D3和三个负输出整流二极管D4～D6组成，正输出整流管的负端相并联，成为直流正极，负输出整流管的正端相并联，成为直流负极；而每一个正输出整流二极管和一个负输出整流二极管相串联，其串联接点即构成一个交流输入端，三个交流输入端与一台交流三相风力发电机(6)的三根输出线相连接。风力发电机(6)为一带零线的三相星形绕组、共有四根输出线的永磁或励磁交流同步发电机。

滤波电容(2)由相同容量和足够耐压的二个或二组电容器C1和C2串联而成，如用电解电容器，则电容器的正端在上，负端在下。C1和C2的中点通过控制开关(3)中的电压开关S2接风力发电机的零线。电压开关S2在本发明的系统中起着至关重要的作用，当控制器(5)检测到低风速下的低电压时，控制器(5)使电压开关S2闭合，将三相整流桥(1)由桥式整流改变为双电压串联叠加的三相半波整流，以提高直流输出电压，当发电机电压高于一定值后，S2受控打开。

当S2打开时，充电器为三相桥式整流桥，其输出最高直流电压为：

U_L＝(3)^1/2·U_Φ，Emax.＝(2)^1/2·U_L＝2.449U_Φ    (式-1)

而当S2闭合时，整流桥改变为二个三向半波整流器串联的运行模式，其输出最高直流电压为：

Emax.＝2·(2)^1/2·U_Φ＝2.828U_Φ                (式-2)

图2所示为在电压开关S2处于不同位置时产生不同直流电压的交流电压影射图，当S2打开时，最大直流电压是发电机线电压UL的1.414倍，相当于相电压U_Φ的2.449倍，当S2闭合时，最大直流电压是2U_Φ的1.414倍，亦即相电压U_Φ的2.828倍，很明显，后者的电压较前者高1.155倍，即幅值升高15.5％，其低电压提升能力保证了系统在低风速下有比常规电路更大的充电电流，或者说采用本发明的系统有更低的切入风速，能比采用普通充电器的风电系统有更低的起始发电风速。