具有励磁电流自调节功能的水流发电系统技术方案

本发明专利技术公开了具有励磁电流自调节功能的水流发电系统，包括旋转轴和多个拨水片，旋转轴的一端设有连接罩，连接罩内设有容纳腔室，旋转轴伸入容纳腔室内，容纳腔室内还连接有发电机构和调节机构，发电机构包括同步发电机和励磁系统，同步发电机的转轴通过齿轮啮合的方式与旋转轴连接，调节机构包括滑动变阻器，旋转轴伸入容纳腔室的端部还设有丝杠，丝杠上连接移动杆，移动杆的上侧还连接有横向的第一推杆。本发明专利技术能有效避免对电网的冲击，同时避免了水流作用力过小无法对电网进行充电和水流作用力过大对电器元件造成的损坏。

Water-flow power generation system with self-regulation function of excitation current

【技术实现步骤摘要】
具有励磁电流自调节功能的水流发电系统
本专利技术涉及水力发电
，具体为一种具有励磁电流自调节功能的水流发电系统。
技术介绍
在现代社会，随着科技的快速发展，人们对能源的需求也日趋增加，随着对能源需求的压力不断的增加，人们对于能源的开发也随之增多；而随着能源的日益枯竭，传统利用煤炭等进行发电的模式面临着严峻的考验，为了缓解这一现状，目前国家大力倡导可再生能源和绿色能源的利用，如火力发电、水力发电、风力发电等。作为一种绿色能源的发电方式，水力发电得到了广泛的应用与发展，目前的水力发电系统一般包括水轮机和发电机，水轮机在水流的冲击下旋转，再带动发电机的转轴旋转，发电机转轴旋转进而实现发电，发电机发出的电能再通过整流器和变压器后对电网进行充电；发电机一般分为永磁发电机和励磁发电机，永磁发电机的转子采用永磁体产生磁场，一般只适用于小型的水力发电系统，而励磁发电机一般有专门的励磁系统向发电机的转子提供励磁电流，再通过励磁电流在发电机内产生励磁磁场，励磁式的发电机在水力发电系统中的应用比例在80%以上，目前这种励磁式的发电系统在使用中却存在以下方面的问题：1、当枯水期水位较低时，水流的冲击作用弱，故使得发电机转轴的旋转速度小，而励磁系统向发电机的转子提供的励磁电流值一定，根据感应电势的计算原理，此时经发电机输出的电能将较小，发电机输出的电能要经整流变压后才能对电网进行充电，而整流器和变压器中有较多的电器元件，如二极管、IGBT等，而二极管在使用过程中需要加在其两端的电压大于一定的值才可以导通即开启电压，因此当发电机输出的电能较小时，该电能将不足以输出到电网处，导致了该部分电能的浪费。2、当涨潮期水位较高时，水流冲击作用力强，发电机转轴的旋转速度大，此时经发电机输出的电能也较大，当该大电能经整流器和变压器后对电网进行充电时，为了避免电器元件的击穿，只能采用大功率的电器元件，这将增加整个发电系统的使用成本。3、由于水流的流速无法准确进行控制，这将导致发电机输出的电能不稳定，长期如此会对电网造成冲击。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术要解决的技术问题是：如何提供一种在枯水期能输出较大的电能对电网进行充电，同时也能避免在涨潮期输出过大电能的具有励磁电流自调节功能的水流发电系统。为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：具有励磁电流自调节功能的水流发电系统，包括垂直于水流方向设置的旋转轴和套设在所述旋转轴上周向均布的多个拨水片，所述旋转轴的一端设有连接罩，所述连接罩内设有容纳腔室，所述旋转轴与所述连接罩连接并伸入所述容纳腔室内，所述容纳腔室内还固定连接有发电机构和调节机构，所述发电机构包括同步发电机和为所述同步发电机提供励磁电流的励磁系统，所述励磁系统包括励磁机，所述同步发电机的转轴通过齿轮啮合的方式与所述旋转轴连接，所述调节机构包括滑动变阻器，所述励磁机、所述滑动变阻器和所述同步发电机依次通过导线连接并形成励磁回路，所述滑动变阻器的滑片位于所述旋转轴所在端的端部时具有最小的电阻值，所述旋转轴伸入所述容纳腔室的端部还设有横向的丝杠，所述丝杠上连接有与所述丝杠形成丝杠副并在所述丝杠旋转时能够沿所述滑动变阻器所在方向移动的移动杆，所述移动杆通过拉簧与所述旋转轴的端面连接，所述移动杆的上侧还连接有横向的第一推杆，所述第一推杆与所述滑动变阻器的滑片连接，所述拉簧为自由状态时所述滑动变阻器的滑片位于电阻值最小的位置，还包括设置在所述旋转轴两侧的安装机构，所述安装机构包括固定在水流底部的基座和下端固定在所述基座上的支架，所述连接罩侧的所述支架上端与所述连接罩连接，所述连接罩另一侧的所述支架上端与所述旋转轴连接。这样，安装机构对整个水流发电系统进行固定，在进行发电时，水流冲进在拨水片上，拨水片旋转带动旋转轴旋转，旋转轴旋转的同时再通过齿轮啮合的方式带动同步发电机的转轴旋转，同步发电机的转轴旋转的同时在励磁系统提供的励磁电流的共同作用下，同步发电机输出电能，实现发电。当枯水期时，水流作用在拨水片上的作用力较小，此时旋转轴的旋转速度较小，同步发电机的转轴在旋转轴的带动下的旋转速度也较小，则移动杆克服拉簧的作用力在丝杠上的移动速度较慢，第一推杆带动滑动变阻器的滑片移动的速度也慢，滑动变阻器接入励磁回路中的电阻值一直处于较小的范围，则此时同步发电机所在的励磁电流回路的阻值较小，从而使得同步发电机能获得较大的励磁电流，同步发电机内产生较大的励磁磁场，根据感应电势的计算公式：E=BLvsinθ；其中：B为磁感应强度、L感应线圈长度、v切割速度及θ为v和B方向间的夹角；此时虽然同步发电机的转轴旋转速度小，但此时励磁磁场较大导致磁感应强度较大，故此时在同步发电机内产生的感应电势也较大，感应电势产生的经同步发电机输出的电流也较大，从而实现在枯水期水流作用力较小时也能有较大电流输出对电网充电的目的。当涨潮期时，水流作用在拨水片上的作用力较大，此时旋转轴的旋转速度较大，同步发电机的转轴在旋转轴的带动下的旋转速度也较大，则移动杆克服拉簧的作用力在丝杠上的移动速度较快，第一推杆带动滑动变阻器的滑片移动的速度也快，滑动变阻器接入励磁回路中的电阻值将处于较大的范围，则此时同步发电机所在的励磁电流回路的阻值较大，从而使得同步发电机能获得较小的励磁电流，同步发电机内产生较小的励磁磁场，根据感应电势的计算公式：E=BLvsinθ；其中：B为磁感应强度、L感应线圈长度、v切割速度及θ为v和B方向间的夹角；此时虽然同步发电机的转轴旋转速度大，但此时励磁磁场较小导致磁感应强度较小，故此时在同步发电机内产生的感应电势也较小，感应电势产生的经同步发电机输出的电流也不会过大，从而实现在涨潮期水流作用力较大时也不会有过大电流输出导致电器元件击穿的目的。本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术的水流发电系统在实际使用过程中，能根据水流作用力的大小自动的调节输出到同步发电机的励磁电流的大小，从而自动调节同步发电机内的励磁磁场的大小，根据感应电势的产生原理，这样会在同步发电机内产生大小比较相近的感应电势，进而使得同步发电机始终输出相近的电流对电网进行充电，避免了对电网的冲击，同时避免了水流作用力过小无法对电网进行充电和水流作用力过大对电器元件造成的损坏。2、本发电系统在枯水期水流作用力较小时，通过减小励磁回路中滑动变阻器的阻值来增大输出到同步发电机的励磁电流，从而使得在同步发电机内产生较大的励磁磁场，进而产生较大的电流对电网进行充电，避免了水流作用力过小时输出电流过小导致的充电系统无法导通的问题，使得在水流作用力较小时也能有效的将水流的机械能转化为电能对电网进行充电，有效的提高了水力发电的发电量。3、本发电系统在水流作用力较大时，通过增大励磁回路中滑动变阻器阻值来减小输出到同步发电机的励磁电流，从而使得在同步发电机内产生较小的励磁磁场，进而不会产生过大的电流对电网进行充电，避免了水流作用力过大时输出电流过大对电器元件造成的损坏，也不需要使用大功率的电器元件，大大的降低了整个系统的运行成本。优选的，所述移动杆的下侧还设有横向的第二推杆，所述第二连接罩上开设有排气孔，所述排气孔包括横向的第一排气孔和与所述第一排气孔相连通的第二排气孔，所述第二推杆伸入所述第一排气孔内并能够在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.具有励磁电流自调节功能的水流发电系统，其特征在于，包括垂直于水流方向设置的旋转轴和套设在所述旋转轴上周向均布的多个拨水片，所述旋转轴的一端设有连接罩，所述连接罩内设有容纳腔室，所述旋转轴与所述连接罩连接并伸入所述容纳腔室内，所述容纳腔室内还固定连接有发电机构和调节机构，所述发电机构包括同步发电机和为所述同步发电机提供励磁电流的励磁系统，所述励磁系统包括励磁机，所述同步发电机的转轴通过齿轮啮合的方式与所述旋转轴连接，所述调节机构包括滑动变阻器，所述励磁机、所述滑动变阻器和所述同步发电机依次通过导线连接并形成励磁回路，所述滑动变阻器的滑片位于所述旋转轴所在端的端部时具有最小的电阻值，所述旋转轴伸入所述容纳腔室的端部还设有横向的丝杠，所述丝杠上连接有与所述丝杠形成丝杠副并在所述丝杠旋转时能够沿所述滑动变阻器所在方向移动的移动杆，所述移动杆通过拉簧与所述旋转轴的端面连接，所述移动杆的上侧还连接有横向的第一推杆，所述第一推杆与所述滑动变阻器的滑片连接，所述拉簧为自由状态时所述滑动变阻器的滑片位于电阻值最小的位置，还包括设置在所述旋转轴两侧的安装机构，所述安装机构包括固定在水流底部的基座和下端固定在所述基座上的支架，所述连接罩侧的所述支架上端与所述连接罩连接，所述连接罩另一侧的所述支架上端与所述旋转轴连接。...

【技术特征摘要】
1.具有励磁电流自调节功能的水流发电系统，其特征在于，包括垂直于水流方向设置的旋转轴和套设在所述旋转轴上周向均布的多个拨水片，所述旋转轴的一端设有连接罩，所述连接罩内设有容纳腔室，所述旋转轴与所述连接罩连接并伸入所述容纳腔室内，所述容纳腔室内还固定连接有发电机构和调节机构，所述发电机构包括同步发电机和为所述同步发电机提供励磁电流的励磁系统，所述励磁系统包括励磁机，所述同步发电机的转轴通过齿轮啮合的方式与所述旋转轴连接，所述调节机构包括滑动变阻器，所述励磁机、所述滑动变阻器和所述同步发电机依次通过导线连接并形成励磁回路，所述滑动变阻器的滑片位于所述旋转轴所在端的端部时具有最小的电阻值，所述旋转轴伸入所述容纳腔室的端部还设有横向的丝杠，所述丝杠上连接有与所述丝杠形成丝杠副并在所述丝杠旋转时能够沿所述滑动变阻器所在方向移动的移动杆，所述移动杆通过拉簧与所述旋转轴的端面连接，所述移动杆的上侧还连接有横向的第一推杆，所述第一推杆与所述滑动变阻器的滑片连接，所述拉簧为自由状态时所述滑动变阻器的滑片位于电阻值最小的位置，还包括设置在所述旋转轴两侧的安装机构，所述安装机构包括固定在水流底部的基座和下端固定在所述基座上的支架，所述连接罩侧的所述支架上端与所述连接罩连接，所述连接罩另一侧的所述支架上端与所述旋转轴连接。2.如权利要求1所述的具有励磁电流自调节功能的水流发电系统，其特征在于，所述移动杆的下侧还设有横向的第二推杆，所述第二连接罩上开...

【专利技术属性】
技术研发人员：周佰和，周天娇，周天明，刘雅丹，
申请(专利权)人：重庆交通职业学院，
类型：发明
国别省市：重庆,50