專利名稱：風力發(fā)電制熱系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
風力發(fā)電制熱系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型涉及風力發(fā)電和制熱技術(shù)領(lǐng)域，特別是指風力發(fā)電制熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 與分級功率投切。
背景技術(shù)：
[0002]風能熱轉(zhuǎn)換系統(tǒng)主要由風力機和各種制熱/換熱裝置組成，可廣泛應(yīng)用于采 暖、加熱、保溫、烘干等領(lǐng)域。將風能轉(zhuǎn)換為熱能具有能量易貯存、轉(zhuǎn)換效率高、適應(yīng) 風速范圍寬、無環(huán)境污染等優(yōu)點，具有良好的發(fā)展前景。[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，風能熱轉(zhuǎn)換的方式有直接熱轉(zhuǎn)換和間接電熱轉(zhuǎn)換兩種。直接熱轉(zhuǎn) 換方式分為固體摩擦式、固液摩擦式、擠壓式等。直接熱轉(zhuǎn)換方式將風輪旋轉(zhuǎn)的機械能 直接轉(zhuǎn)換為熱能，能量轉(zhuǎn)換效率較高，但是其固有的機械傳動方式存在一定的局限性， 并且風力機需要特殊設(shè)計，很難滿足多樣性的生產(chǎn)生活需求。[0004]間接電熱轉(zhuǎn)換方式主要有電阻制熱和熱泵換熱等方式。間接電熱轉(zhuǎn)換方式先將 風輪旋轉(zhuǎn)的機械能轉(zhuǎn)換為電能，再通過電能加熱電阻或驅(qū)動熱泵獲得所需的熱能。間 接電熱轉(zhuǎn)換方式以目前應(yīng)用最為廣泛和成熟的風力發(fā)電技術(shù)為基礎(chǔ)，雖然增加了能量轉(zhuǎn) 換過程，但是取消了直接熱轉(zhuǎn)換方式中的機械傳動機構(gòu)，變機械傳動方式為電能傳輸方 式，大大增加了風能利用的靈活性和可靠性。發(fā)明內(nèi)容[0005]本實用新型的目的是提供一種電阻加熱管分級投切的風力發(fā)電制熱系統(tǒng)。[0006]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了一種風力發(fā)電制熱系統(tǒng)，包括風力發(fā)電機 組、制熱控制器、溫度傳感器、以及分級電阻加熱管組合。其中，風力發(fā)電機組為永磁 直驅(qū)三相交流發(fā)電機組；制熱控制器包括測控電路、分級三相電子式開關(guān)組合、以及功 率耗電模塊，其中的功率耗電模塊包括整流橋、濾波電容、功率電阻、以及功率管，功 率管的基極接測控電路，以控制功率電阻的通斷狀態(tài)。風力發(fā)電機組的三相輸出分別接 分級三相電子式開關(guān)組合及功率耗電模塊的三相輸入。分級電阻加熱管組合包括至少兩 個電阻加熱管，分級三相電子式開關(guān)組合包括至少兩個三相電子式開關(guān)，分別與所述至 少電阻加熱管對應(yīng)連接。溫度傳感器設(shè)置于與分級電阻加熱管組合對應(yīng)的加熱介質(zhì)中， 溫度傳感器的信號輸出接測控電路的輸入，測控電路的輸出分別接分級三相電子式開關(guān) 組合及功率耗電模塊的控制信號輸入。測控電路測量風力發(fā)電機輸出電壓和轉(zhuǎn)速，根據(jù) 輸出電壓或轉(zhuǎn)速大小控制分級三相電子式開關(guān)組合的導(dǎo)通和截止。[0007]當輸出電壓高于第一投入上限值時，第一三相電子式開關(guān)導(dǎo)通；當輸出電壓高 于第二投入上限值時，第二三相電子式開關(guān)導(dǎo)通；當輸出電壓低于第一切出下限值時， 第一三相電子式開關(guān)截止；當輸出電壓低于第二切出下限值時，第二三相電子式開關(guān)截 止。當溫度傳感器的輸出高于加熱溫度上限值時，分級三相電子式開關(guān)組合截止，功率 耗電模塊導(dǎo)通；當溫度傳感器的輸出低于加熱溫度下限值時，分級三相電子式開關(guān)組合正常運行，功率耗電模塊截止。[0008]本實用新型通過上述技術(shù)方案的實施，風力發(fā)電機根據(jù)風速狀況自動控制分級 電阻加熱管組合的投切，通過調(diào)整風力發(fā)電機組負載主動控制風力發(fā)電機組轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn) 速，實現(xiàn)風力發(fā)電制熱系統(tǒng)的最大功率跟蹤以達到最佳的風能利用效果控制方式簡潔可 靠，風能熱能轉(zhuǎn)化效率高。[0009]有利的是，根據(jù)本實用新型的風力發(fā)電制熱系統(tǒng)的進一步特征還在于，測控電 路上還接有遠程監(jiān)控模塊，可以讓遠距離監(jiān)控中心對系統(tǒng)實施遠程控制和維護。


[0010]圖1為根據(jù)本實用新型的風力發(fā)電制熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；以及[0011]圖2為根據(jù)本實用新型的風力發(fā)電制熱系統(tǒng)功率耗電結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
[0012]下結(jié)合附圖詳細描述本發(fā)明的具體實施方式
。[0013]如圖1所示，根據(jù)本實用新型的風力發(fā)電制熱系統(tǒng)，包括風力發(fā)電機組1、制熱 控制器2、溫度傳感器3、以及分級電阻加熱管組合4。風力發(fā)電機組1三相輸出接制熱 控制器2三相輸入，分級電阻加熱管組合4三相輸入接制熱控制器2分級負載三相輸出， 溫度傳感器3安裝于加熱介質(zhì)中，溫度傳感器3信號線接制熱控制器2溫度測量端子；其 中，制熱控制器2又包括測控電路21、分級三相電子式開關(guān)組合22、功率耗電模塊23、 以及遠程監(jiān)控模塊24。[0014]風力發(fā)電機組1為永磁直驅(qū)三相交流發(fā)電機組，在一個特定的實施例當中其額 定功率為2000W，其三相輸出分別接制熱控制器2的分級三相電子式開關(guān)組合22及功率 耗電模塊23的三相輸入。[0015]在如圖所示的實施例中，分級三相電子式開關(guān)組合22包括兩個三相電子式開關(guān) 221、222，均為三相可控硅功率模塊。分級電阻加熱管組合4包括兩個電阻加熱管41、 42，其額定電壓均為380V，額定功率分別為1200W和M00W，分別對應(yīng)連接于上述兩個 三相電子式開關(guān)221、222。[0016]溫度傳感器3為PT100鉬電阻溫度傳感器，設(shè)置于與分級電阻加熱管組合4對應(yīng) 的加熱介質(zhì)中，加熱介質(zhì)可以為水。溫度傳感器3溫度傳感器3的信號輸出接測控電路 21的輸入，測控電路21的輸出分別接分級三相電子式開關(guān)組合22及功率耗電模塊23的 控制信號輸入。[0017]如圖2所示，功率耗電模塊23包括整流橋231、濾波電容232、功率電阻233、 以及功率管234，整流橋231的正極輸出接濾波電容232正極和功率電阻233 —端，功率 電阻233另一端接功率管234的集電極，功率管234的射極接濾波電容232負極和整流橋 231的負極輸出，功率管234的基極接測控電路21，以控制功率電阻233的通斷狀態(tài)，其 中，整流橋231為三相二極管整流橋，功率管234為絕緣柵雙極型晶體管。測控電路21 測量風力發(fā)電機組1輸出電壓和轉(zhuǎn)速，根據(jù)輸出電壓或轉(zhuǎn)速大小控制分級三相電子式開 關(guān)組合22的導(dǎo)通和截止。當輸出電壓高于相應(yīng)的三相電阻加熱管41或42投入上限值， 測控電路21控制相應(yīng)的三相電子式開關(guān)221或222導(dǎo)通，當輸出電壓低于相應(yīng)的三相電阻加熱管41或42切出下限值，測控電路21控制相應(yīng)的三相電子式開關(guān)221或222截止。 投入上限值和切出下限值構(gòu)成控制滯環(huán)，避免三相電子式開關(guān)221或222過于頻繁動作。 分級三相電阻加熱管組合4的負載特性可以分段逼近風力發(fā)電機組1的最大功率曲線，控 制方式簡潔可靠，使風能熱能的轉(zhuǎn)換效率高。測控電路21測量溫度傳感器溫度3，當被 加熱介質(zhì)溫度高于設(shè)置的加熱溫度上限值，測控電路21控制分級三相電子式開關(guān)組合22 截止。此時，測控電路21控制功率管234動態(tài)導(dǎo)通和截止，功率耗電模塊23成為風力發(fā) 電機組1負載控制風力發(fā)電機組1減速或停機。當被加熱介質(zhì)溫度低于加熱溫度下限， 測控電路21恢復(fù)分級三相電子式開關(guān)組合22正常運行，同時控制功率管234截止。[0018]仍如圖1所示，測控電路21上還設(shè)有遠程監(jiān)控模塊M，由測控電路21對它進 行供電。一般技術(shù)人員可以理解的是，該遠程監(jiān)控模塊對，可以利用任何有線或無線 通信技術(shù)，可以讓遠距離監(jiān)控中心對系統(tǒng)實施遠程控制和維護。舉例來說，但不是作為 限制，在本實用新型的一個實例中，該遠程監(jiān)控模塊M中包含GPRS無線通訊模塊， 但是其它無線通信模塊，例如TDCDMA無線通訊模塊、WCDMA無線通訊模塊、 CDMA2000無線通訊模塊等，均可以考慮采用。[0019]根據(jù)上述具體實施例描述的技術(shù)方案，本實用新型風力發(fā)電制熱系統(tǒng)的特點在 于[0020]1)根據(jù)風速狀況自動控制分級電阻加熱管組合的投切，通過調(diào)整風力發(fā)電機組 負載主動控制風力發(fā)電機組轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)風力發(fā)電制熱系統(tǒng)的最大功率跟蹤以達到 最佳的風能利用效果控制方式簡潔可靠，風能熱能轉(zhuǎn)化效率高；[0021]2)采用三相可控硅功率模塊作為投切電阻加熱管的電子開關(guān)，與機械式開關(guān)相 比具有使用壽命長的特性，非常適合風力發(fā)電應(yīng)用中頻繁投切的工況；[0022]3)設(shè)置有功率耗電模塊，當分級電阻加熱管組合運行受限或故障時，制熱控制 器仍然可以獨立完成風力發(fā)電機組的控制功能，保證整個系統(tǒng)的安全運行；[0023]4)采用電阻加熱管制熱方式，成本低廉，通用性強，不需要特殊設(shè)計，可適應(yīng) 各種加熱介質(zhì)；[0024]5)通過選配一定容量的蓄電池組和充電設(shè)備，可方便地實現(xiàn)供電應(yīng)用，這一擴 展功能是許多風能熱轉(zhuǎn)換系統(tǒng)無法比擬的；[0025]6)風能轉(zhuǎn)換設(shè)備采用目前應(yīng)用最為廣泛和成熟的風力發(fā)電機組，與針對特殊用 途的風力機組如風力致熱機組、風力提水機組等相比，應(yīng)用普遍靈活，維護量小，效率 和可靠性高。[0026]盡管上面通過舉例說明，已經(jīng)描述了本實用新型較佳的具體實施方式
，本實用 新型的保護范圍并不僅限于上述說明，而是由所附的權(quán)利要求給出的所有技術(shù)特征及其 等同技術(shù)特征來定義。本領(lǐng)域一般技術(shù)人員可以理解的是，在不背離本實用新型所教 導(dǎo)的實質(zhì)和精髓前提下，任何修改和變化可能仍落在本實用新型權(quán)利要求的保護范圍之 內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種風力發(fā)電制熱系統(tǒng)，包括風力發(fā)電機組(1)、制熱控制器(2)、溫度傳感 器(3)、以及分級電阻加熱管組合(4)，其特征在于所述制熱控制器(2)包括測控電路(21)、分級三相電子式開關(guān)組合(22)、以 及功率耗電模塊(23)，所述風力發(fā)電機組(1)的三相輸出分別接所述分級三相電子 式開關(guān)組合(22)及所述功率耗電模塊(23)的三相輸入；所述分級電阻加熱管組合(4)至少包括第一電阻加熱管(41)、第二電阻加熱管 (42)；所述分級三相電子式開關(guān)組合(22)至少包括第一三相電子式開關(guān)(221)、第 二三相電子式開關(guān)(222)，分別與所述第一電阻加熱管(41)、所述第二電阻加熱管 (42))對應(yīng)連接；所述溫度傳感器(3)設(shè)置于與分級電阻加熱管組合(4)對應(yīng)的加熱介質(zhì)中，其信 號輸出接測控電路(21)的輸入，測控電路(21)的輸出分別接分級三相電子式開關(guān)組 合(22)及功率耗電模塊(23)的控制信號輸入，使得測控電路(21)能夠通過測量風 力發(fā)電機組(1)的輸出電壓和轉(zhuǎn)速來控制分級三相電子式開關(guān)組合(22)的導(dǎo)通和截止。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風力發(fā)電制熱系統(tǒng)，其特征在于所述測控電路(21)被設(shè)置成當所述輸出電壓高于第一投入上限值時，令所述第一三相電子式開關(guān)(221)導(dǎo)通；當所述輸出電壓高于第二投入上限值時，令所述第二三相電子式開關(guān)(222)導(dǎo)通；當所述輸出電壓低于第一切出下限值時，令所述第一三相電子式開關(guān)(221)截止；當所述輸出電壓低于第二切出下限值時，令所述第二三相電子式開關(guān)(222)截止。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風力發(fā)電制熱系統(tǒng)，其特征在于所述測控電路(21)被設(shè)置成當所述溫度傳感器(3)的輸出高于加熱溫度上限值時，所述分級三相電子式開關(guān)組 合(22)截止，所述功率耗電模塊(23)導(dǎo)通；當所述溫度傳感器(3)的輸出低于加熱溫度下限值時，所述分級三相電子式開關(guān)組 合(22)正常運行，所述功率耗電模塊(23)截止。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風力發(fā)電制熱系統(tǒng)，其特征在于所述風力發(fā)電機組(1)為 永磁直驅(qū)三相交流發(fā)電機組。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風力發(fā)電制熱系統(tǒng)，其特征在于所述三相電子式開關(guān)為三 相可控硅功率模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風力發(fā)電制熱系統(tǒng)，其特征在于所述溫度傳感器(3)為鉬 電阻溫度傳感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風力發(fā)電制熱系統(tǒng)，其特征在于所述功率耗電模塊(23) 包括整流橋(231)、濾波電容(232)、功率電阻(233)、以及功率管(234)，所述 功率管(234)的基極接所述測控電路(21)，以控制功率電阻(233)的通斷狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的風力發(fā)電制熱系統(tǒng)，其特征在于所述整流橋(231)為三相二極管整流橋。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的風力發(fā)電制熱系統(tǒng)，其特征在于所述功率管(234)為絕緣 柵雙極型晶體管。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風力發(fā)電制熱系統(tǒng)，其特征在于所述測控電路(21)上還 接有遠程監(jiān)控模塊(24)。
專利摘要一種風力發(fā)電制熱系統(tǒng)包括風力發(fā)電機組、制熱控制器、溫度傳感器和分級電阻加熱管組合；其制熱控制器包括測控電路、分級三相電子式開關(guān)組合和功率耗電模塊，風力發(fā)電機組的三相輸出分別接分級三相電子式開關(guān)組合及功率耗電模塊的三相輸入，包含至少兩個電阻加熱管的分級電阻加熱管組合，包含至少兩個與所述至少兩個電阻加熱管對應(yīng)連接的三相電子式開關(guān)的分級三相電子式開關(guān)組合；溫度傳感器設(shè)置于與分級電阻加熱管組合對應(yīng)的加熱介質(zhì)中，測控電路的輸出分別接分級三相電子式開關(guān)組合及功率耗電模塊的控制信號輸入。本系統(tǒng)優(yōu)點在于根據(jù)輸出電壓或轉(zhuǎn)速調(diào)整風力發(fā)電機組負載，主動控制風力發(fā)電機組轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，使功率及風熱能轉(zhuǎn)化效率最大化。
文檔編號F03D7/04GK201810488SQ20102053594
公開日2011年4月27日 申請日期2010年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月20日
發(fā)明者俞衛(wèi), 張中偉, 闞學峰 申請人:上海致遠綠色能源有限公司