[发明专利]小型风力发电机混合制动系统和制动方法

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及小型风力发电机的混合制动系统和制动方法。

背景技术

小型风力发电机多应用于生活区域，必须避免由电机损坏、叶片折断、塔架倒塌等潜在危险对人身造成危害。目前小型风力发电机的制动方式在不断的研究和创新中，由于技术和成本的原因，市面上的大多数产品只考虑到在一般风速情况下的制动，具有严重的安全隐患。

目前在小型风力发电机的应用领域内，针对小型风力发电机的制动方式主要分为以下几类：(1)采用液压式刹车制动器，采用液压式刹车制动装置存在以下不足：1.液压刹车装置占用空间，增大发电机长度，从而增加了机体载荷；2.液压装置增加了发电机制造成本；3.过度受热后，部分制动液汽化，在管路中形成气泡，严重影响液压传输，使制动系效能降低，甚至完全失效。(2)采用常开式制动器，采用常开式制动器存在以下不足：1.驱动部件停止工作时，制动器不具有制动功能，无法满足对于发电机必须满足失效保护的要求；2.制动时需要施加外力方可，那么就需要消耗大量的外部能量，制动力矩越大，消耗的外部能量越多。(3)采用电阻制动，采用电阻制动存在以下不足：1.制动单元在工作时，电阻将大量发热，散热不良将会导致电机绕组发热而损坏；2.运行效率低，特别是在频繁制动时将要消耗大量的能量。

发明内容

本发明针对目前小型风力发电机所采用的制动方式的不足，提供一种适合于小型风力发电机的混合制动系统和制动方法。实现上述目的的技术方案如下：

一种小型风力发电机混合制动系统，其特征在于：包括风轮、发电机、常闭摩擦制动器、卸荷系统以及控制设备；所述常闭摩擦制动器安装在发电机转动轴上；所述卸荷系统与发电机输出端相连，用于产生制动的反电动势；所述控制设备用于传输指令，分别与所述常闭摩擦制动器和卸荷系统相连。

所述常闭摩擦制动器的摩擦机构的形式为外抱块式、内张蹄式、带式或盘式，其驱动方式为机械式、液压式、气压式或电磁式驱动方式。

所述混合制动系统的发电机转轴上还设置有电涡流缓速器。

一种基于上述混合制动系统的制动方法，其特征在于：设置一个风速阀值，当风速低于该阀值制动时，由控制设备控制常闭摩擦制动器和卸荷系统使风轮制止；当风速高于该阀值制动时，由控制设备控制常闭摩擦制动器和卸荷系统使风轮转速不超过一设定值。

本发明提供的混合制动系统，采用常闭制动器，不仅减小了系统自身损耗，还满足了对电机失效保护的要求，整个系统结构简单；同时采用混合制动的方法，保证了风力发电机的安全制动，获得良好的制动效果，安全可靠。另外此系统还具有手动停车功能、异常自动停车功能，比其它小型风力机更加安全、可靠。

附图说明

图1为实施例提供的混合制动系统的原理框图。

图2为实施例提供的混合制动系统中风轮气动转矩与转速关系图。

图3为实施例提供的混合制动系统中制动器摩擦制动力矩与转速关系图。

图4为实施例提供的混合制动系统中卸荷系统制动力矩与转速关系图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例提供的小型风力发电机混合制动系统，包括风轮、发电机、常闭摩擦制动器、卸荷系统以及控制设备。风轮用于将风能转化为机械能，发电机用于将机械能转化为电能。常闭摩擦制动器是指基于常闭式制动原理，并采用摩擦式制动方式的制动器，常闭式制动原理是指驱动部件停止工作时具有制动功能；摩擦式制动方式指制动部件与运动部件构成摩擦副。卸荷系统是指通过短接发电机三相绕组，产生反电动势进行制动的系统。控制设备用于将常闭摩擦制动器、卸荷系统和地面控制端连接，传输控制中心的指令给常闭摩擦制动器和卸荷系统。

继续参见图1，常闭摩擦制动器安装在发电机的转动轴上；卸荷系统与发电机输出端相连，用于短接发电机三相绕组，产生反电动势；控制设备用于传输指令，分别与常闭摩擦制动器和卸荷系统相连。本实施例中，常闭摩擦制动器的摩擦机构的形式可以为外抱块式、内张蹄式、带式或盘式，其驱动方式为机械式、液压式、气压式或电磁式驱动方式。

上述小型风力发电机混合制动系统的工作原理如下：整个风机置于风场之中，当有风吹来，风推动风轮转动，从而带动发电机转动轴旋转，同时产生一个力矩1。当常闭摩擦制动器需要进行摩擦制动动作时，会与发电机的转动轴发生摩擦，产生一个与力矩1相反方向的力矩3。当卸荷系统需要进行卸荷制动时，内部开关打开，发电机三相绕组与卸荷系统的负载电阻短接，产生一个与力矩1相反方向的力矩2，达到制动目的。