[发明专利]一种中低速用H型垂直轴风力发电机叶片可控变攻角系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种中低速用H型垂直轴风力发电机叶片可控变攻角系统，属于风力发电技术领域。

背景技术

能源作为社会生存和经济发展的基本需求，越来越受到国家的重视。风能作为一种无污染的可再生绿色能源，具有广阔的应用前景。风能的利用主要是水平轴及垂直轴风力发电系统。目前的垂直轴风力机具备能接收来自任何方向的风，无须对风，无增速齿轮箱及发电机能安装在地面上，维修方便等优点而逐步被重视，应用也越来越广泛。但目前在通常风速下风轮大都是固定叶片攻角，只有当风速超过极限风速时，为了避免风轮损坏，采用变攻角限速。因风在吹动H型垂直轴风轮叶片旋转过程中，风轮一半在做正功，而另一半是在做负功，因此风能利用率低，同时也存在自动启动能力差，速度控制困难等问题。鉴于此，如果在风轮旋转过程中使做正功的风轮与风的接触面积尽量的大，做负功的风轮与风的接触面积尽量的小，这样就会大大增加风能利用率，此时就需要调整相应叶片攻角来实现。

目前，在《垂直轴风力发电机叶片攻角调节装置》(申请号：200610023892.2)专利中，公开了垂直轴风力发电机，尤指一种通过调节叶片攻角从而有效降低垂直轴风力发电机启动风速及提高其风能利用率的叶片攻角调节装置，包括垂直方向的旋转轴、固定在旋转轴上的可旋转悬臂支持翼、安装在悬臂支持翼上的复数个叶片组成的风轮，沿上述旋转轴轴向设置至少一个凸轮，凸轮的轴向与旋转轴平行，该凸轮轮廓线上的任意一点的攻角δ＝方位角β-转角α，各个叶片相对于其连接的悬臂支持翼可做旋转运动，以传动装置连接凸轮与叶片。

上述专利虽然能改变叶片的攻角，但其使用了凸轮机构和曲柄滑块机构，结构部件复杂，安装相对困难。更为重要的是，专利所提出的每10度变换一次攻角或实时变攻角，在实际操作过程中，尤其是风速大风轮转速高时根本无法实现。因为通常而言机械传动件比电气元器件的动态响应时间要大几个数量级。如目前3kW垂直轴风轮的额定转速为110r/min时，10度变换一次攻角需要的时间约为0.016s，由于包括凸轮和连杆机构在内的传动机构的响应滞后性及风轮的持续旋转，在这么短的时间内，很难完成叶片攻角的改变。

鉴于上述情况，本系统采用电动推杆来实现变化叶片的攻角，电动推杆体积小、结构简单，重量轻，安装方便。同时，针对上述专利控制攻角变化的滞后性，该专利提出在低稳定风速下，风轮每转动45度角，叶片转角转动一次。尤其突出的是保证叶片在每个方位角下所做的功为正功，或者在无法改变其做负功的情况下，通过改变叶片攻角使其在所在方位处所做的负功最小，从而使风轮整体获得较大的驱动力，提高风能利用率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以通过电动推杆实时控制垂直轴风轮叶片变攻角的机构，该机构为在每个支撑杆安装一风压传感器，将风压传感器检测到的压力信号传给控制器，控制器根据压力信号判断叶片所在位置；同时在每个叶片安装箍及其后面相邻叶片对应的支撑杆之间安装一电动推杆，控制器判断叶片所在位置后，控制器输出相应的驱动信号给相应的电动推杆，电动推杆推动叶片绕支撑杆支点转动，使叶片转角发生相应变化，从而实现叶片做正功或做负功最小，提高风能利用率。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下。

一种中低速用H型垂直轴风力发电机叶片可控变攻角系统，包括风压传感器、支撑杆、风轮主轴、叶片、集电环、电动推杆、变频电机、叶片安装箍、控制器和继电器，其中，支撑杆设置有五个，均匀分布在风轮主轴的圆周位置上，每个支撑杆上均连接一个叶片，叶片与支撑杆之间采用叶片安装箍连接；每个支撑杆上都安装有一个风压传感器，使其通过感应风压来检测风轮所在的位置；在每个叶片安装箍及其后面相邻叶片对应的支撑杆之间安装一个电动推杆，电动推杆上连接有变频电机，使其根据风压传感器检测到的叶片位置信号，推动叶片安装箍绕支撑杆支点转动一定的转角，从而实现调整每个叶片攻角的目的，使其达到最佳出力角度；控制器内设置有A/D转换器。

进一步地，风轮主轴为中空轴，其上端安装有集电环，风压传感器和电动推杆上设置有导线接入集电环，该导线经过集电环后，从风轮主轴的底端引出接入设置在风轮主轴外侧的控制器上。