JP2011004558A - Wind power generation apparatus - Google Patents
Wind power generation apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011004558A JP2011004558A JP2009147251A JP2009147251A JP2011004558A JP 2011004558 A JP2011004558 A JP 2011004558A JP 2009147251 A JP2009147251 A JP 2009147251A JP 2009147251 A JP2009147251 A JP 2009147251A JP 2011004558 A JP2011004558 A JP 2011004558A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- winding
- output
- reactor
- phase
- turns
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000010248 power generation Methods 0.000 title abstract description 7
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 73
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
Description
本発明は、風車により駆動される発電機から最大出力を取り出すための小型風力発電装置に関するものであり、特に、PWMコンバータを用いずに、常に、風車から大凡の最大出力を取り出してバッテリー充電を行うPWMコンバータレスの風力発電装置に関するものである。 The present invention relates to a small wind power generator for taking out a maximum output from a generator driven by a windmill, and in particular, without using a PWM converter, always taking out a maximum output from a windmill to charge a battery. The present invention relates to a PWM converterless wind turbine generator.
本出願人は先に、風車又は水車に接続された永久磁石型発電機より、PWMコンバータを用いずに交流を直流に変換して大凡の最大出力を取り出すために、永久磁石型発電機の異なる誘起電圧を発生する複数の巻線の交流出力端子に各リアクトルを経て直列に各整流器を接続し、これらの整流器の直流出力を並列接続して外部に出力する風力発電装置について提案している(例えば、公開特許文献1参照。)。
In order to obtain the approximate maximum output from the permanent magnet generator connected to the windmill or the water turbine without using the PWM converter, the present applicant firstly differs from the permanent magnet generator. We have proposed a wind turbine generator that connects each rectifier in series via each reactor to the AC output terminals of a plurality of windings that generate an induced voltage, and outputs the DC output of these rectifiers in parallel. For example, see published
かかる先願の従来技術を、図4の風車に接続された小型風力発電装置を示す主回路結線図を参照して詳述する。
図4において、1は風車、21は従来の風力発電装置、31は従来の永久磁石型発電機、4、51は第1および第2のリアクトル、6、71は第1および第2のダイオード整流器、10は正側出力端子、11は負側出力端子、12はバッテリーである。
図4においては、従来の永久磁石型発電機31は、2種類の巻数を有し、各3相の場合を示している。
The prior art of this prior application will be described in detail with reference to a main circuit connection diagram showing a small wind power generator connected to the wind turbine of FIG.
In FIG. 4, 1 is a windmill, 21 is a conventional wind power generator, 31 is a conventional permanent magnet generator, 4, 51 are first and second reactors, and 6, 71 are first and second diode rectifiers. 10 is a positive output terminal, 11 is a negative output terminal, and 12 is a battery.
In FIG. 4, the conventional permanent
図4において、従来の永久磁石型発電機31の巻数が少ないために誘起電圧実効値の低い第1の巻線の交流出力端子W1は、3相で構成される第1のリアクトル4に接続され、さらに第1のダイオード整流器6に接続される。第1および第2の巻線ともに3相であることを表すために、図4においては各巻線の出力線に3本の斜線(///)を付した。
巻数が多い第2の巻線の交流出力端子W2は、3相で構成される第2のリアクトル51に接続され、さらに第2のダイオード整流器71に接続される。
上記第1、第2のダイオード整流器6、71の各々の直流側は、正側出力端子10及び負側出力端子11に並列接続され、各巻線の合計出力がバッテリー12に充電される。
In FIG. 4, since the number of turns of the conventional
The AC output terminal W2 of the second winding having a large number of turns is connected to a
The DC side of each of the first and
このように構成される従来の風力発電装置21より、大凡の風車最大出力を得る方法を以下に示す。
図3は、風速をパラメータとした時の、風車回転数対風車出力特性の概要を説明した図である。
風車は、風車の形状及び風速Uが決まると、風車回転数Nに対する風車出力Pが一義的に定まり、例えば風速Ux及びUyに対する風車出力Pは、それぞれ図3のように示される。そして、種々の風速に対する風車出力Pのピークは、図3に示す最大出力曲線Ptのようになる。
すなわち、図3の風車回転数対風車出力特性において、風速がUxの時は、風速Uxの風車出力曲線と最大出力曲線との交点Sxに示すように、風車回転数Nxにおいて、風車最大出力Pxとなる。
又、風速がUyの時は、風車回転数Nyにおいて、風速Uyでの風車最大出力Pyとなる。
A method of obtaining an approximate maximum wind turbine output from the conventional
FIG. 3 is a diagram for explaining the outline of the wind turbine rotation speed versus the wind turbine output characteristic when the wind speed is used as a parameter.
In the windmill, when the shape of the windmill and the wind speed U are determined, the windmill output P with respect to the windmill rotation speed N is uniquely determined. For example, the windmill output P with respect to the wind speeds Ux and Uy is shown in FIG. And the peak of the windmill output P with respect to various wind speeds becomes like the maximum output curve Pt shown in FIG.
That is, when the wind speed is Ux in the wind turbine speed vs. wind turbine output characteristics of FIG. 3, the wind turbine maximum output Px at the wind turbine speed Nx as indicated by the intersection Sx of the wind turbine output curve of the wind speed Ux and the maximum output curve. It becomes.
When the wind speed is Uy, the windmill maximum output Py at the wind speed Uy is obtained at the windmill rotational speed Ny.
すなわち、図3の最大出力曲線の見方を変えると、風から最大出力を得るためには、風車回転数Nが決まると、その時の永久磁石型発電機3の出力Pを一義的に、最大出力曲線Pt上の値に定めれば良いことを表している。
That is, when the way of viewing the maximum output curve in FIG. 3 is changed, in order to obtain the maximum output from the wind, when the wind turbine rotation speed N is determined, the output P of the
図2は、先願技術が対象とする従来の風力発電装置21の直流出力をバッテリー等の定電圧源に接続した場合の説明図であり、従来の風力発電装置21の永久磁石型発電機31の第1、第2の巻線の各出力は、各巻線の誘起電圧実効値の違い、及び各巻線内部インダクタンスと各出力端子に接続されるリアクトルによる電圧降下のために、図2の風車回転数対出力特性に示す“細い点線P1”、“一部が点線で回転数が高い時が太い実線P2”のようになる。
FIG. 2 is an explanatory diagram in the case where the direct current output of the conventional
すなわち、風車回転数Nが低い場合には、従来の永久磁石型発電機31内の第1および第2の巻線W2の発生電圧がバッテリー電圧Vbより低いために、バッテリー12には充電されない。
しかし、風車回転数Nが上昇して、N2付近になると、第2の巻線に電流が流れ始め、風車回転数Nの上昇と共に電流が上昇し、第2の巻線による出力はP2のようになる。
この時、風車回転数Nが上昇して誘起電圧が上昇しても、バッテッリー電圧Vbは、ほぼ一定であるが、第2の巻線のインダクタンスおよび第2のリアクトル51によるインピーダンスが周波数に比例するために、出力P2は漸増するに留まる。ここで、第2のリアクトル51のインダクタンス値は、出力P2が最大出力曲線Ptよりも大きくならないように、大きな値が必要である。
第1の巻線については、さらに回転数Nが上昇することにより出力が取れ始めるが、第1の巻線の内部インダクタンスおよび第1のリアクトル4が小さいために大きな出力が取れる。
従来の永久磁石型発電機31内の第1,第2の巻線の出力P1,P2を加算して得られる合計出力は近似出力曲線Psとなる。
That is, when the wind turbine rotational speed N is low, the voltage generated in the first and second windings W2 in the conventional
However, when the wind turbine rotational speed N rises and becomes near N2, the current starts to flow through the second winding, and the current increases as the wind turbine rotational speed N increases, and the output from the second winding is P2. become.
At this time, even if the wind turbine rotation speed N increases and the induced voltage rises, the battery voltage Vb is substantially constant, but the inductance of the second winding and the impedance due to the
As for the first winding, output begins to be obtained as the rotational speed N further increases, but a large output can be obtained because the internal inductance of the first winding and the
The total output obtained by adding the outputs P1 and P2 of the first and second windings in the conventional
しかしながら、従来の風力発電装置の直流出力は、風車の最大出力曲線Ptに沿わせることが必要であり、また、第2の巻線は巻数が多いので、誘起電圧が高い。従って、出力P2を低回転時に最大出力曲線Ptに沿わせるために、第2のリアクトルのインダクタンス値は大きな値が必要であった。また、3相のリアクトルで構成されていた。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、主として、その目的とするところは、安価な第2のリアクトルを有する風力発電装置を提供することである。
However, the DC output of the conventional wind turbine generator needs to follow the maximum output curve Pt of the windmill, and the induced voltage is high because the second winding has many turns. Therefore, in order to make the output P2 follow the maximum output curve Pt during low rotation, the inductance value of the second reactor needs to be large. Moreover, it consisted of a three-phase reactor.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and the main purpose of the present invention is to provide a wind turbine generator having an inexpensive second reactor.
請求項1の発明によれば、電圧実効値が異なる2種類の巻線を有する永久磁石型発電機の各交流を個別に整流した合計出力が概ね風車最大出力となる風力発電装置において、該永久磁石型発電機の巻数の多い第2の巻線は単相、巻数の少ない第1の巻線は3相とし、該第2の巻線に直列に接続される第2のリアクトルは単相リアクトル、該第1の巻線に直列に接続される第1のリアクトルは3相リアクトルとしたことを特徴とする風力発電装置である。 According to the first aspect of the present invention, in the wind turbine generator in which the total output obtained by individually rectifying each alternating current of the permanent magnet generator having two types of windings having different effective voltage values is approximately the maximum output of the wind turbine, The second winding with a large number of turns of the magnet generator has a single phase, the first winding with a small number of turns has three phases, and the second reactor connected in series with the second winding is a single phase reactor. The first reactor connected in series to the first winding is a three-phase reactor.
すなわち、上記の課題を解決するための手段として、永久磁石型発電機内の第2の巻線は単相、第1の巻線は3相とし、従って第2の巻線に直列に接続される第2のリアクトルは単相リアクトル、第1の巻線に直列に接続される第1のリアクトルは3相リアクトルとして、交流を直流に変換して大凡の最大出力を取り出す風力発電装置を発明した。 That is, as a means for solving the above-described problem, the second winding in the permanent magnet generator is single-phase, the first winding is three-phase, and is therefore connected in series to the second winding. The second reactor is a single-phase reactor, and the first reactor connected in series to the first winding is a three-phase reactor. The wind power generation apparatus that invents a maximum output by converting AC to DC is invented.
永久磁石型発電機内の第2の巻線を単相とすることにより、第2のリアクトルも単相リアクトル、および第2の整流器も単相で構成できるために、全体として安価な風力発電装置を構成できる。 By making the second winding in the permanent magnet generator into a single phase, the second reactor, the single-phase reactor, and the second rectifier can also be configured in a single phase. Can be configured.
従来、風速に見合った概ね最大の風車出力を取り出してバッテリー充電を行うための2種類の巻線を有する永久磁石型発電機を用いた小型風力発電装置においては、巻数の多い第2の巻線に接続される3相リアクトルが高価であるという問題があったことに鑑み、永久磁石型発電機より直流出力する発電装置において、巻数の少ない巻線を3相とし、巻数の多い巻線を単相とした。2種類の巻線を有する永久磁石型発電機内の巻数の多い第2の巻線は単相、巻数の少ない第1の巻線は3相とし、第2の巻線に直列に接続される第2のリアクトルは単相リアクトル、第1の巻線に直列に接続される第1のリアクトルは3相リアクトルとして、各交流を個別に直流に変換して合計出力を概ね最大出力となるように取り出す風力発電装置である。 2. Description of the Related Art Conventionally, in a small wind power generator using a permanent magnet generator having two types of windings for taking out a substantially maximum windmill output corresponding to the wind speed and charging a battery, the second winding having a large number of turns is used. In view of the problem that the three-phase reactor connected to the power generator is expensive, in the power generation apparatus that outputs DC from the permanent magnet generator, the winding with a small number of turns is made into three phases, and the winding with a large number of turns is made single. Phased. In the permanent magnet generator having two types of windings, the second winding with a large number of turns has a single phase, the first winding with a small number of turns has a three phases, and the second winding is connected in series to the second winding. The reactor of No. 2 is a single-phase reactor, and the first reactor connected in series with the first winding is a three-phase reactor, and each AC is individually converted to DC and the total output is taken out so as to be approximately the maximum output. It is a wind power generator.
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図1は、本発明の、風車により駆動される風力発電装置の主回路結線図である。
同図において、2は本発明の風力発電装置、3は本発明の永久磁石型発電機、5は本発明の単相リアクトル、7は本発明の単相ダイオード整流器であり、図4と同一番号は類似した同一構成部品を表す。
以下、図1について説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
FIG. 1 is a main circuit connection diagram of a wind turbine generator driven by a windmill according to the present invention.
In the figure, 2 is the wind power generator of the present invention, 3 is the permanent magnet generator of the present invention, 5 is the single-phase reactor of the present invention, 7 is the single-phase diode rectifier of the present invention, and the same number as FIG. Represents similar identical components.
Hereinafter, FIG. 1 will be described.
本発明の永久磁石型発電機3は、絶縁された巻数の異なる2巻線を有し、2巻線の巻数が少ない第1の巻線は、3相で構成されて第1のリアクトル4に接続され、さらに第1のダイオード整流器6に接続される。
巻数が多い第2の巻線は、単相で構成されて単相リアクトル5に接続され、さらに単相ダイオード整流器7に接続される。
第1の巻線は3相、第2の巻線は単相であることを表すために、図4においては第1の巻線の出力線に3本の斜線(///)を、第2の巻線の出力線に1本の斜線(/)を付した。
上記第1のダイオード整流器6および単相ダイオード整流器7の各々の直流側は、正側出力端子10及び負側出力端子11に接続され、さらにバッテリー12に接続される。
The
The second winding having a large number of turns is formed of a single phase and is connected to the single-
In order to indicate that the first winding is three-phase and the second winding is single-phase, in FIG. 4, three diagonal lines (///) are added to the output line of the first winding. One oblique line (/) is attached to the output line of the two windings.
The direct current sides of the
このように構成される本発明の風力発電装置2より、種々の風速において、風車の形状より一義的に定まる最大出力を、近似的に取り出す方法を、図1および図2の本発明の風力発電装置の風車回転数対風車出力特性図を参照して説明する。
図2の実線で示す最大出力曲線Ptに近似した図2の点線で示す近似出力曲線Psを想定する。この近似出力曲線Psは、本発明の風力発電装置2をバッテリー12等の定電圧源に接続した時の風車回転数対風車出力特性であり、図1に示す第1の巻線と第2の巻線の出力を加算して得られる直流出力値と同一である。
The wind power generation apparatus of the present invention shown in FIGS. 1 and 2 is a method of approximately extracting the maximum output uniquely determined from the shape of the windmill at various wind speeds from the wind
Assume an approximate output curve Ps indicated by a dotted line in FIG. 2 that approximates the maximum output curve Pt indicated by a solid line in FIG. This approximate output curve Ps is a wind turbine rotation speed versus wind turbine output characteristic when the
図2において、第2の巻線が出力を開始する風車回転数N2は、第2の巻線の誘起電圧により決まる。従って、第2の巻線が単相であっても、その誘起電圧が3相の場合の線間電圧と同じ値になるように巻数を設計すれば、第2の巻線は同様に風車回転数N2から出力を開始する。
単相の直流出力は、出力脈動が大きいが、風車の慣性モーメントは大きいために問題とはならない。
In FIG. 2, the wind turbine rotational speed N2 at which the second winding starts to output is determined by the induced voltage of the second winding. Therefore, even if the second winding has a single phase, if the number of turns is designed so that the induced voltage has the same value as the line voltage in the case of three phases, the second winding is similarly rotated by the wind turbine. The output is started from the number N2.
The single-phase DC output has a large output pulsation, but there is no problem because the moment of inertia of the wind turbine is large.
第2の巻線W2の出力が接続される単相リアクトル5は、単相と3相の違いにより従来の第2のリアクトル51(3相リアクトル)のインダクタンス値とは異なるが、この時の出力が図2の出力P2と同じになるように単相リアクトル5のインダクタンス値が設計できる。
この単相リアクトルは、単相であるために構成が簡単になり、安価に製造できる。また、単相リアクトル5の出力が接続される単相ダイオード整流器7も単相であるために、安価に製造できる。
The single-
Since this single-phase reactor is a single-phase reactor, the configuration is simple and it can be manufactured at low cost. Moreover, since the single-
巻数の少ない第1の巻線は、大きな出力を取り出すために、巻線利用率の良い3相で構成され、図2の出力P1を出力する。
本発明の永久磁石型発電機3内の第1,第2の巻線の出力P1,P2を加算して得られる合計出力は近似出力曲線Psとなる。
The first winding having a small number of turns is composed of three phases having a high winding utilization rate in order to extract a large output, and outputs the output P1 shown in FIG.
The total output obtained by adding the outputs P1 and P2 of the first and second windings in the
本発明は、風速に見合った大凡の最大出力を取り出してバッテリー充電を行うための2種類の巻線を有する永久磁石型発電機を用いた風力発電装置において、巻数の多い第2の巻線に単相リアクトルを接続し、さらに交流を直流に変換するために単相ダイオード整流器を接続した構成とすることにより、風力発電装置全体を安価に構成できるので産業利用上非常に有用である。 The present invention relates to a wind power generator using a permanent magnet generator having two types of windings for taking out a maximum output corresponding to the wind speed and charging the battery, so that the second winding having a large number of turns is used. By connecting a single-phase reactor and further connecting a single-phase diode rectifier to convert alternating current into direct current, the entire wind power generator can be configured at low cost, which is very useful for industrial use.
1 風車
2 本発明の風力発電装置
3 本発明の永久磁石型発電機
4 第1のリアクトル
5 単相リアクトル
6 第1のダイオード整流器
7 単相ダイオード整流器
10 正側出力端子
11 負側出力端子
12 バッテリー
21 従来の風力発電装置
31 従来の永久磁石型発電機
51 第2のリアクトル
71 第2のダイオード整流器
DESCRIPTION OF
Claims (1)
In a wind turbine generator in which the total output obtained by individually rectifying each alternating current of a permanent magnet generator having two types of windings having different effective voltage values is approximately the maximum output of the wind turbine, the number of turns of the permanent magnet generator is large. The second winding is single-phase, the first winding with a small number of turns is three-phase, the second reactor connected in series to the second winding is a single-phase reactor, and the first winding is in series The 1st reactor connected to is a three-phase reactor, The wind power generator characterized by the above-mentioned.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009147251A JP2011004558A (en) | 2009-06-22 | 2009-06-22 | Wind power generation apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009147251A JP2011004558A (en) | 2009-06-22 | 2009-06-22 | Wind power generation apparatus |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011004558A true JP2011004558A (en) | 2011-01-06 |
Family
ID=43562017
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009147251A Pending JP2011004558A (en) | 2009-06-22 | 2009-06-22 | Wind power generation apparatus |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2011004558A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11855559B2 (en) | 2021-11-08 | 2023-12-26 | Hamilton Sundstrand Corporation | Dual saturable reactor power supply |
-
2009
- 2009-06-22 JP JP2009147251A patent/JP2011004558A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11855559B2 (en) | 2021-11-08 | 2023-12-26 | Hamilton Sundstrand Corporation | Dual saturable reactor power supply |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8237302B2 (en) | Main circuit of electric power generating apparatus for dispersed power supply | |
JP4804211B2 (en) | DC output circuit of power generator for distributed power supply | |
JP4544855B2 (en) | Structure of permanent magnet generator for distributed power supply | |
JP4641823B2 (en) | Rectifier circuit for power generator for distributed power supply | |
JP4587655B2 (en) | Power generator for distributed power supply | |
JP4093814B2 (en) | Small wind power generator | |
JP2007288917A (en) | Power generation device | |
JP5147339B2 (en) | Power generator for distributed power supply | |
JP2011004558A (en) | Wind power generation apparatus | |
JP4245369B2 (en) | Rectifier circuit for power generator for distributed power supply | |
CN102638116A (en) | Multi-phase permanent-magnet high-voltage wind driven generator and system thereof | |
JP5300427B2 (en) | Rectifier circuit for power generator for distributed power supply | |
JP3973535B2 (en) | Power generator for distributed power supply | |
JP2008187855A (en) | Output circuit for distributed power supply generator | |
JP5761711B2 (en) | Rectifier circuit for power generator for distributed power supply | |
JP2011254603A (en) | Rectification circuit of power generator for dispersed power | |
JP5349258B2 (en) | Power generator for distributed power supply | |
Nakamura et al. | Development of 72/96-pole rare-earth free permanent magnet reluctance generator for small-scale renewable power generation | |
JP4601348B2 (en) | Power generator for distributed power supply | |
JP2014011835A (en) | Rectifier circuit for power generation system for distributed power sources | |
JP2011062029A (en) | Generator | |
JP2010148201A (en) | Main circuit of power generating device for distributed power supply | |
JP5975561B2 (en) | Rectifier circuit and power generator | |
JP2009303324A (en) | Main circuit of wind energy conversion system | |
JP2009296782A (en) | Main circuit of power generating device for distributed power supply |