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Title:
BRAKING METHOD AND BRAKING DEVICE USED FOR VERTICAL SHAFT WIND-DRIVEN GENERATOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2011/094910
Kind Code:
A1
Abstract:
A braking method and a braking device used for a vertical shaft wind-driven generator are provided. The rotational speed of the vertical shaft wind-driven generator is monitored after the starting of the vertical shaft wind-driven generator. An electromagnetic brake (4) and a pneumatic brake (5) are started respectively when the rotational speed of the vertical shaft wind-driven generator exceeds a value of safety. According to the value of a rotating torque, the electromagnetic brake (4) and the pneumatic brake (5) are started in turn to realize a braking. When the braking effects of the electromagnetic brake (4) and the pneumatic brake (5) are not obvious, a contactor of a braking resistor is started to realize a resistance braking. Due to the combined application of a plurality of kinds of braking means, the effective control of the rotational speed of the wind-driven generator is realized, and the emergency stop is avoided under a high wind speed. The security of the vertical shaft wind-driven generator is improved, and the overlarge impact to the electric network is avoided.

Inventors:
JIANG, Dalong (No. 8 Yucai St, Yukou Pinggu District, Beijing 6, 101206, CN)
蒋大龙 (中国北京市平谷区峪口镇峪蔡路8号, Beijing 6, 101206, CN)
SHENG, Mingfan (No. 8 Yucai St, Yukou Pinggu District, Beijing 6, 101206, CN)
Application Number:
CN2010/000955
Publication Date:
August 11, 2011
Filing Date:
June 28, 2010
Export Citation:
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Assignee:
NATIONAL WIND ENERGY CO., LTD. (No. 8 Yucai St, Yukou Pinggu District, Beijing 6, 101206, CN)
国能风力发电有限公司 (中国北京市平谷区峪口镇峪蔡路8号, Beijing 6, 101206, CN)
JIANG, Dalong (No. 8 Yucai St, Yukou Pinggu District, Beijing 6, 101206, CN)
蒋大龙 (中国北京市平谷区峪口镇峪蔡路8号, Beijing 6, 101206, CN)
International Classes:
F03D7/06; F16D65/28; H02P3/22
Foreign References:
CN101482097A
JP2008005612A
CN101371037A
CN87208277U
CN101363418A
CN201198815Y
Attorney, Agent or Firm:
CHINA TRADEMARK & PATENT LAW OFFICE CO., LTD. (14 Yuetan Nanjie, Yuexin Bldg.Xicheng District, Beijing 5, 100045, CN)
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Claims:
权利要求

1. 一种用于垂直轴风力发电机的制动方法, 其特征在于:

在垂直轴风力发电机开始启动之后, 监控该垂直轴风力发电机的转 速;

在垂直轴风力发电机的转速超过安全值的情况下,分别启动电磁制动 器和气动制动器, 所述电磁制动器和所述气动制动器根据旋转力矩的大 小, 交替启动以实现制动;

在所述电磁制动器和所述气动制动器的制动效果不明显的情况下,继 续启动刹车电阻的接触器, 进行电阻制动。

2. 如权利要求 1所述的用于垂直轴风力发电机的制动方法, 其特征 在于:

所述电磁制动器和所述气动制动器沿发电机制动盘的圆周均匀设置。

3. 如权利要求 1所述的用于垂直轴风力发电机的制动方法, 其特征 在于:

在供电条件正常的情况下,所述电磁制动器和所述气动制动器按照电 磁制动一气动制动一电磁制动一气动制动的循环过程交替启动。

4. 如权利要求 1所述的用于垂直轴风力发电机的制动方法, 其特征 在于:

在供电条件不正常的情况下, 仅由气动制动器进行动作。

5. 一种用于实现如权利要求 1所述制动方法的制动装置, 其特征在 于:

所述制动装置包括至少一个电磁制动器和至少一个气动制动器,所述 电磁制动器和所述气动制动器安装在制动器支架之上,并沿发电机制动盘 的圆周均匀设置; 所述电磁制动器和所述气动制动器分别与垂直轴风力发电机的控制 器进行连接。

Description:
用于垂直轴风力发电机的制动方法及制动装置 技术领域 本发明涉及一种用于垂直轴风力发电机的制动 方法, 同时也涉及用于 实现该制动方法的制动装置, 属于风力发电技术领域。 背景技术 风能是水能之外最具规模应用前景的可再生能 源, 受到世界各国的高 度重视。 中国已成为世界上最活跃的风电市场。 2009 年全国新增风电装 机容量超过 800万千瓦, 累计总容量已达 2000万千瓦以上。 因此, 我国 风力发电设备制造业及相关领域的市场前景十 分广阔。

风力发电机按旋转轴的方向来分, 可分为水平轴和垂直轴两种。 目前 被广泛应用的是水平轴风力发电机, 但其存在设计制造复杂, 造价居高不 下等缺陷。 相比之下, 经过改进设计的垂直轴 H型风力发电机以启动风速 低、 风能利用率高和无噪声等众多优点, 具备更加广阔的市场应用前景。

在风力发电机使用过程中, 为了避免风力突然增大而给机组运行造成 损害, 需要采用一定的制动措施。 在现有的大型水平轴风力发电机中, 通 常使用碟型或抱闸刹车, 而垂直轴风力发电机由于固有的低转速、 大扭矩 特性, 加之无法在强风时进行偏航以减小迎风面积, 因此常规的制动装置 无法应用在相同功率的垂直轴风力发电机上。

为了解决垂直轴风力发电机的制动难题, 人们提出了电磁制动加机械 制动的解决方案。 例如在申请号为 200910003965. 5的中国发明专利申请 中, 公开了一种用于垂直轴风力发电机的制动系统 及其制动方法。 包括与 发电机的转子轴或风轮垂直轴连接的刹车装置 , 以刹车电磁阀控制的刹车 制动臂或刹车制动闸, 摩擦片。 刹车装置是刹车箍或刹车碟或刹车盘, 还 包括安全销和控制该安全销的安全销电磁阀。 当风速超过最大发电风速需 要刹车时, 启动刹车电磁阀, 控制刹车制动臂或刹车制动碟, 通过摩擦片 作用, 使风机刹车。 当风速低于刹车风速不需刹车时, 刹车电磁阀关闭, 控制刹车制动臂或刹车制动碟, 保持初始状态。 该技术方案可以在不改变 垂直风机抗风能力的前提下, 有效降低垂直轴风机在强风速时的振动, 提 高垂直轴风力发电机的安全性和可靠性。 发明内容 本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种 用于垂直轴风力发电 机的制动方法。

本发明还要解决的另一技术问题在于提供用于 实现该制动方法的制 动装置。

为实现上述的发明目的, 本发明采用下述的技术方案:

一种用于垂直轴风力发电机的制动方法, 其特征在于:

在垂直轴风力发电机开始启动之后, 监控该垂直轴风力发电机的转 速;

在垂直轴风力发电机的转速超过安全值的情况 下, 分别启动电磁制动 器和气动制动器, 所述电磁制动器和所述气动制动器根据旋转力 矩的大 小, 交替启动以实现制动;

在所述电磁制动器和所述气动制动器的制动效 果不明显的情况下, 继 续启动刹车电阻的接触器, 进行电阻制动。

其中,

所述电磁制动器和所述气动制动器沿发电机制 动盘的圆周均匀设置。 在供电条件正常的情况下, 所述电磁制动器和所述气动制动器按照电 磁制动一气动制动一电磁制动一气动制动的循 环过程交替启动。

在供电条件不正常的情况下, 仅由气动制动器进行动作。

一种用于实现上述制动方法的制动装置, 其特征在于:

所述制动装置包括至少一个电磁制动器和至少 一个气动制动器, 所述 电磁制动器和所述气动制动器安装在制动器支 架之上,并沿发电机制动盘 的圓周均匀设置;

所述电磁制动器和所述气动制动器分别与垂直 轴风力发电机的控制 器进行连接。

本发明通过对多种制动手段的组合使用, 实现了对风力发电机转速的 有效控制, 避免了高风速情况下的紧急停机, 不仅提高了垂直轴风力发电 机的安全性, 而且也避免了对电网造成过大的冲击。 附图概述 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一 步的详细说明。

图 1为采用本发明所提供的制动装置的垂直轴风 发电机的剖视图; 图 2为沿发电机制动盘的圆周设置的多个电磁制 器和气动制动器的 分布示意图;

图 3为在本发明所提供的制动方法中, 电磁制动器和气动制动器实现 交替制动的操作流程图。 本发明的最佳实施方式 现有的风力发电机在风速超过预定的安全范围 后, 需要通过偏航等方 式降低风轮的转速, 特别是在风速达到台风般的速度时, 往往由安装在传 动轴上的紧急制动闸等进行强制停机以实现自 我保护。这种在紧急情况下 的突然停机会对电网的完全稳定运行造成很大 的影响, 同时也是对风能资 源的一种浪费。 为此, 本发明所提供的垂直轴风力发电机制动方法摒 弃了 在紧急情况下突然停机的传统制动思路, 通过多种制动手段的组合使用, 实现了风力发电机在较高风速情况下的限速运 行,从而既保证了风力发电 机自身的安全, 也避免了对电网造成过大的冲击。

在本发明中, 所使用的多种制动手段包括电磁制动、 气动制动和必要 时的电阻制动。 其中, 电磁制动适合在风力发电机正常发电状态下进 行转 速控制, 而气动制动既适合在正常发电状态下进行转速 控制, 也适合在无 电条件下进行转速控制。 电阻制动是在电磁制动和气动制动的效果都不 明 显的情况下, 通过改变电枢回路的电阻实现对转速的控制。 三种制动手段 相互配合, 共同确保垂直轴风力发电机在较高风速情况下 安全稳定地运 行。

如图 1所示, 在垂直轴风力发电机之中, 盘式无铁芯永磁发电机封装 在端盖 1和中心轴 3围合而成的封闭空间内, 底部安装有制动盘 2。 在制 动盘 2的下方分别安装有电磁制动器 4和气动制动器 5。 这两个制动器都 安装在制动器支架 6之上。其中,电磁制动器与电网供电线路连 而动作, 因此必须在有电的条件下运行。 气动制动器连接一个气动驱动机构, 该气 动驱动机构连接一个压缩气嚢。 该气动制动器可以在无电的条件下运行。 上述的电磁制动器和气动制动器都分别与垂直 轴风力发电机的 PLC 控制 器进行连接, 从中获得有关的控制信息。 在本发明的一个具体实施例中, 电磁制动器为 DCSZ型。 它利用电动圓盘磁感应来电产生吸力, 从而起到 制动的作用。 气动制动器为 QDCSZ型。 它由压缩气嚢供气, 由气动阀自动 向刹车钳送气, 产生制动合力, 达到制动的目的。 上述的电磁制动器 4和气动制动器 5可以是多个, 它们沿发电机制动 盘的圓周均匀设置。 如图 2所示, 其中的电磁制动器 4和气动制动器 5各 有 4个。 在实践中, 制动器的数量可以根据垂直轴风力发电机的大 小、 制 动器的类型等因素灵活调整, 在此就不赘述了。

在垂直轴风力发电机的运行过程中, 可以采用机械、 光学或者频闪的 方法测量风力发电机的转速。 一旦转速开始超过预定的范围, 则将超转速 信号输送给 PLC控制器, 由 PLC控制器再给制动器发出指令, 让电磁制动 器 4和气动制动器 5开始工作。 电磁制动器 4和气动制动器 5根据旋转力 矩的大小, 交替制动。 下面分别进行详细的说明。

如图 2所示, 在垂直轴风力发电机开始启动之后, PLC控制器监控该 风力发电机的风轮旋转速度。 当达到需要进行制动的转速范围后, 启动电 磁制动器的一个刹车钳(也称接触器) , 开始制动工作。 在此情况下, 每 次延时预定的时间 (例如 5分钟)对风力发电机的转速进行测量, 在风力 发电机的转速超过安全值(例如 25rpm ) 的情况下, 再启动电磁制动器的 另一个刹车钳(也可以是单独的另一个电磁制 动器)进行制动。 由此类推, 一共可以启动电磁制动器上的四个刹车钳进行 制动。如果电磁制动器的制 动效果不明显, 风力发电机的转速仍然超过 25rpm, 可以启动气动制动器 的一个刹车钳, 如果还不奏效的话, 接着启动气动制动器的另一个刹车钳 (也可以是单独的另一个气动制动器)进行制 。 由此类推, 一共可以启 动气动制动器上的四个刹车钳进行制动。 在供电条件正常的情况下, 上述 的电磁制动器和气动制动器可以交替使用, 即电磁制动一气动制动一电磁 制动一气动制动, 由此循环(该循环过程被称为正常循环) 。 在供电条件 不正常的情况下, 可以仅仅是气动制动器进行动作, 由此形成的循环过程 被称为主循环。 在正常循环过程中, 如果制动效果不明显, 风轮的转速仍 然超过 25rpm, 则可以启动电阻制动手段。 刹车电阻的接触器开始分级启 动,逐渐使电枢回路的电阻趋近于短路状态, 从而实现对风轮制动的效果。 关于电阻制动的进一步介绍, 可以参考公告号为 CN87208277的中国实用 新型专利 "风力发电机制动装置" 中的相关内容, 在此就不详细赘述了。

通过上述的交替制动步骤, 可以控制风力发电机的转速在 25rpm的安 全值以下, 始终处于正常的工作循环过程中。

以上对本发明所提供的用于垂直轴风

置进行了详细的说明。 对本领域的技术人员而言, 在不背离本发明实质精 神的前提下对它所做的任何显而易见的改动, 都将构成对本发明专利权的 侵犯, 将承担相应的法律责任。 工业实用性

.置, 应用于风力 发电领域, 避免了高风速情况下的紧急停机, 不仅提高了垂直轴风力发电 机的安全性, 而且也避免了对电网造成过大的冲击。