專利名稱：數(shù)控低品位水力發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可再生能源的利用裝置，確切地說，涉及一種利用低品位水能進(jìn)行發(fā)電的數(shù)控發(fā)電設(shè)備。
第一次工業(yè)革命前，人類一直利用大自然的再生能源獲取動力，但在工業(yè)革命之后，轉(zhuǎn)向利用燃料(一次能源)取得動力，只是在水力資源的應(yīng)用上還保留著獲取再生能源。但是，也往往只限于對高水頭的水力資源加以應(yīng)用。近十多年來，能源消耗日趨劇烈，能源資源日趨緊張，而且，因一次能源的使用而造成的環(huán)境污染也日益嚴(yán)重，人們不得不回歸到對低品位能源的深層開發(fā)和應(yīng)用。如對太陽能、風(fēng)力、地?zé)?、潮汐等再生能源開發(fā)應(yīng)用都取得了可觀的成績，有的已進(jìn)入了工業(yè)和民用。但是，大自然中更為豐富的再生能源是低品位的水力資源，盡管古代勞動人民早就在應(yīng)用這種能源，如水車、水輪等，只是后來動力工業(yè)發(fā)明了蒸氣機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、電動機(jī)后，才對此水力資源逐漸冷淡下來。因為畢竟其效率低、功率小。隨著當(dāng)代科學(xué)技術(shù)水平的提高，科技人員開發(fā)利用再生能源，把它作為一種可靠的補(bǔ)充能源而應(yīng)用于人類生活的迫切性和成功率也有了飛躍提高，這樣，也為采用高技術(shù)利用低品位水力資源提供了基礎(chǔ)。
本發(fā)明的目的是提供一種利用稀土全速同步電機(jī)作為發(fā)電機(jī)的數(shù)控低品位水力發(fā)電機(jī)。
本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵是采用稀土永磁材料制作轉(zhuǎn)子磁極的數(shù)控全速稀土同步電機(jī)，把它作為水能轉(zhuǎn)換成電能的核心部件，從而使低品位水能的應(yīng)用成為有實(shí)用價值的現(xiàn)實(shí)。
由于本發(fā)明是用于低品位的水力資源，如江河水流、潮汐、沖浪等，其品位很低，只有速度很低的速頭和高度有限的水頭可加以利用，因此，水力部件必須高效，而能量轉(zhuǎn)換裝置則應(yīng)在水力參數(shù)的各種可能范圍內(nèi)都能正常工作，并具有令人滿意的轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明所提供的發(fā)電機(jī)是在申請人的另兩件已授權(quán)中國專利(“數(shù)控全速稀土同步電機(jī)”專利號CN191203427.0和“環(huán)形轉(zhuǎn)子稀土同步電機(jī)”專利號CN91217200.2)基礎(chǔ)上的改進(jìn)和再創(chuàng)造，既可適應(yīng)低品位水能利用的需要，又具有水力驅(qū)動機(jī)構(gòu)和電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，造價低，機(jī)械效率和電能轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)良性能，是一種比較理想的再生能源發(fā)電設(shè)備。
下面結(jié)合附圖，具體介紹本發(fā)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明的橫剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明的接入電網(wǎng)的示意圖。
參見圖1、圖2，本發(fā)明包括有葉輪、發(fā)電機(jī)和控制裝置，其轉(zhuǎn)子1是在鋼管制成的外殼內(nèi)壁上環(huán)襯有用導(dǎo)磁性能良好的軟鋼制成的基體2和在環(huán)繞基體2的圓周上鑲嵌的用稀土永磁材料制成的磁極3而構(gòu)成的，磁極3可用釹鐵硼或性能更好的稀土材料制成，可為6～12極，視實(shí)際工作范圍的水力資源而在上述范圍選擇。轉(zhuǎn)子的中間是與普通繞線式電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)相同的圓柱狀定子4，定子4是由用矽鋼片迭合而成的定子芯體5和其外緣嵌裝的繞組6構(gòu)成，并由其兩端的支撐軸7固裝在電機(jī)的框架10上，在環(huán)形轉(zhuǎn)子外殼的外緣上裝有多個平板形葉片8構(gòu)成的葉輪9，由于水力的速頭和位頭都不高，不需要形狀復(fù)雜、造價高昂的特殊形狀的葉片。本發(fā)明采用平板形葉片(即用鋼板剪裁后直接焊至轉(zhuǎn)子外殼上)也可獲得令人滿意的水力效果。由于該發(fā)電機(jī)要長期浸泡在河水乃至海水中工作，所有外露部件都要作強(qiáng)化的防腐處理，并在定子與轉(zhuǎn)子間的密封圈11和擋蓋12中采取具有良好的密封潛水性能的材料和相應(yīng)措施。由于定子固定不轉(zhuǎn)，可以將其輸出電源線14從定子軸7端部直接通過接線盒13引出，而不必象普通繞線電機(jī)那樣用滑環(huán)和碳刷引出電流，這些最易磨損和出現(xiàn)故障的地方被取消而使結(jié)構(gòu)簡化，性能可靠。引出的電源線14經(jīng)由電子開關(guān)15、自偶調(diào)壓器16、逆變電源17和不間斷電源18接入電網(wǎng)19，并由微型計算機(jī)20通過其接口對電子開關(guān)15、逆變電源17和不間斷電源18進(jìn)行數(shù)字控制。
本發(fā)明具有稀土全速同步電機(jī)的許多優(yōu)良性能，它可以在從低速到超高速范圍的任何一個狀態(tài)下平衡轉(zhuǎn)動，且啟動平滑無沖擊，這一點(diǎn)尤其適合低品位水力資源使用，如用在低品位的潮汐電源，不但在漲潮或落潮時，也不論海潮來勢兇猛還是比較平坦，都可以使電機(jī)正、反兩個方向旋轉(zhuǎn)時發(fā)電，就是在海浪沖擊時，即使不能使轉(zhuǎn)子作定向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，而只能使之往復(fù)擺動，也可照常發(fā)電。由于本發(fā)明轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速會隨水力的速頭和位頭大小而產(chǎn)生相應(yīng)的變化，電機(jī)的輸出電壓又基本上與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速呈正比的線性關(guān)系，這樣，其輸出電壓也將隨之變化，為了獲得均衡的電壓輸出，本發(fā)明中電機(jī)的饋電經(jīng)電子開關(guān)15后送至自偶調(diào)壓器16，將其電壓升到220伏或380伏，再經(jīng)由微機(jī)20控制的脈寬調(diào)制(PWM)型逆變電源17和不間斷電源18才供給負(fù)載，也可以經(jīng)由逆變電源17后，直接進(jìn)入電網(wǎng)。這里的電子開關(guān)、自偶調(diào)壓器、逆變電源和不間斷電源都是市場通用產(chǎn)品，可以根據(jù)發(fā)電機(jī)使用的場合、用途等選擇相應(yīng)的產(chǎn)品與之配套。
由于本發(fā)明所獲得的能量品位太低，加之變化幅度也大，為了獲得穩(wěn)定的電源輸出，可以采用多個電機(jī)并聯(lián)供電的狀況實(shí)時調(diào)整其輸出參數(shù)，對其工況及電能的儲存、轉(zhuǎn)換和輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)要求低，只要流水有很小的位差，或有潮汐、風(fēng)浪的地方都可應(yīng)用之，可以就地供電，不消耗一次能源，沒有環(huán)境污染。缺點(diǎn)是裝置的輸出功率受水力所限，調(diào)節(jié)范圍有限，所以，一般只能作為補(bǔ)充能源使用，即在農(nóng)村、山區(qū)的河邊，原先使用水車、水磨的地方，或沿海海灘等從城市電網(wǎng)不能獲取動力源的用戶，可以籍此發(fā)明作為生活用電或小功率的生產(chǎn)電力來源。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)控低品位水力發(fā)電機(jī)，包括有葉輪、發(fā)電機(jī)和控制裝置，其特征在于該發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是在鋼管制成的外殼內(nèi)壁上環(huán)襯有用導(dǎo)磁性能良好的軟鋼制成的基體，在環(huán)繞基體的圓周上鑲嵌有用稀土永磁材料制成的磁極而構(gòu)成的，轉(zhuǎn)子的中間是與普通繞線式電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)相同的圓柱狀定子，在轉(zhuǎn)子外殼的外緣上裝有多個平板形葉片構(gòu)成的葉輪，定子由其兩端的支撐軸固裝在框架上，從定子軸端直接引出的輸電線經(jīng)由電子開關(guān)、自偶調(diào)壓器和數(shù)控逆變器、不間斷電源接入電網(wǎng)。
2.如權(quán)利要求1所述的數(shù)控低品位水力發(fā)電機(jī)，其特征在于該發(fā)電機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子間采用具有良好潛水密封性能的密封圈和擋蓋結(jié)合。
全文摘要
一種數(shù)控低品位水力發(fā)電機(jī)，是在環(huán)形稀土全速同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子外殼上焊裝平板狀葉片構(gòu)成的葉輪構(gòu)成的。該電機(jī)的轉(zhuǎn)子是在鋼管制成的外殼內(nèi)壁上環(huán)襯有導(dǎo)磁性能良好的軟鋼作基體，在環(huán)繞基體的圓周上鑲嵌著用稀土永磁材料制成的磁極而組成。轉(zhuǎn)子的中間是與普通繞線式電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)相同的定子，可從定子支持軸端直接引出電源線，經(jīng)電子開關(guān)、自偶變壓器和逆變電源饋入電網(wǎng)。
文檔編號H02K5/12GK1088366SQ9310015
公開日1994年6月22日 申請日期1993年1月7日 優(yōu)先權(quán)日1993年1月7日
發(fā)明者石行 申請人:北京市西城區(qū)新開通用試驗廠