Начало раздела Производственные, любительские Радиолюбительские Авиамодельные, ракетомодельные Полезные, занимательные	Хитрости мастеру Электроника Физика Технологии Изобретения	Тайны космоса Тайны Земли Тайны Океана Хитрости Карта раздела
Использование материалов сайта разрешается при условии ссылки (для сайтов - гиперссылки)

ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2132483

АВТОМАТИЧЕСКАЯ ВЕТРОЭЛЕКТРОУСТАНОВКА

Имя изобретателя: Лебедев В.Н.; Голофаев В.М.; Хватов Л.Г. 
Имя патентообладателя: Научно-исследовательский институт радиоприборостроения
Адрес для переписки: 125190, Москва, Ленинградский пр-т 80, НИИ радиоприборостроения, директору Груздеву В.В., патентный отдел
Дата начала действия патента: 1996.07.04 

Автоматическая ветроэлектроустановка предназначена для устройств автономного энергоснабжения объектов, расположенных в отдаленных и труднодоступных местах, а и отдельных потребителей, к которым подвод электроэнергии от сети невыгоден, а доставка горючего для дизельэлектрических станций сопряжена с большими затратами. Достигается технический результат тем, что устройство, содержащее установленные на общем роторе ветродвигатель и систему возбуждения электрической машины, имеющей n-фазную обмотку на статоре, соединенную через выпрямитель и первый ключ с инвертором и накопителем энергии, контроллер и второй ключ, дополнительно снабжено управляемым инвертором, элементом инверсии, датчиками направления и скорости ветра, датчиком положения, соединенным с общим ротором. Выходы датчиков подключены к выходам контроллера. Первый выход контроллера соединен с управляющим входом первого ключа непосредственно, а второго - через элемент инверсии. Второй выход контроллера соединен с первым входом управляемого инвертора, второй вход которого соединен с выходом накопителя энергии, а выход через второй ключ соединен с m-фазами n-фазной обмотки якоря. Такое выполнение ветроэлектроустановки позволит повысить ее эффективность вследствие обеспечения оптимальности эксплуатационных характеристик: количество вырабатываемой электроэнергии в используемом диапазоне скоростей ветров, равномерность распределения вырабатываемой электроэнергии, минимальность аэродинамического сопротивления ветродвигателя при буревых ветрах, исключение холостого хода, энергосберегающий и мобильный запуск.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к области двигателей, в частности к ветродвигателям, и может быть использовано в устройствах автономного энергоснабжения объектов, расположенных в отдаленных и труднодоступных местах, а и отдельных потребителей, к которым подвод электроэнергии от сети невыгоден, а доставка горючего для дизельэлектрических станций сопряжена с большими затратами.

Ветроэлектроустановки используют возобновляемый источник энергии - ветер или воздушный поток.

Известен безредукторный ветроагрегат, содержащий ветродвигатель, соединенный непосредственно с магнитоэлектрическим генератором переменного тока, выполненным в виде отдельных сегментов, с системой возбуждения на роторе. Выход генератора через управляемый выпрямитель и управляемый инвертор соединен с нагрузкой /Копылов И.П., Лядова Т.В. Безредукторные ветроагрегаты. Сб. научных трудов Гидропроекта, 1988, вып. 129, с. 170 - 174/.

Ветроагрегат обладает повышенной надежностью, т.к. генератор выполнен по бесконтактной схеме с электрической редукцией. Однако наиболее эффективно он может быть использован только в составе автоматической ветроэлектроустановки.

Известна автоматическая ветроэлектрическая установка, содержащая вертикальноосевой ветродвигатель, снабженный стартовым ротором Савониуса, генератор, выпрямитель, пускатели, датчики скорости ветра и частоты вращения, контроллер /Эриксон Н., Оттосон Дж., Уолперт Т., Система регулирования на базе микропроцессора для оптимизации выходной мощности ветровой электростанции. Отдел электроэнергоснабжения фирмы "Эриксон", 612525, Стокгольм, Швеция, 1982/.

Однако при больших скоростях ветра ротор Савониуса работает как воздушный тормоз, что снижает коэффициент использования энергии ветра, а следовательно, и эффективность его работы.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является ветроэлектроустановка, содержащая установленные на общем роторе ветродвигатель и систему возбуждения электрической машины, имеющей n-фазную обмотку якоря на статоре, соединенную через выпрямитель и первый ключ с инвертором и накопителем энергии, контроллер, второй ключ /а.с. СССР N 1746057, кл. F 03 D 9/02/.

Однако эффективность ее работы недостаточна, т.к. в автоматизированном режиме не обеспечивается оптимальность эксплуатационных характеристик:

- количество вырабатываемой электроэнергии в используемом диапазоне скоростей ветров;

- равномерность распределения вырабатываемой электроэнергии по скоростям ветрового потока;

- минимальность аэродинамического сопротивления ветродвигателя при буревых ветрах;

- наличие холостого вращения;

- энергосберегающий и мобильный запуск.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение эффективности ветроэлектроустановки путем улучшения эксплуатационных характеристик, в том числе:

- увеличение количества вырабатываемой электроэнергии за счет расширения используемого диапазона скоростей ветров,

- улучшение равномерности распределения вырабатываемой электроэнергии по скоростям ветрового потока,

- обеспечение минимального аэродинамического сопротивления ветродвигателя при буревых ветрах,

- исключение холостого хода,

- энергосберегающий и мобильный запуск.

Сущность изобретения заключается в том, что ветроэлектроустановка, содержащая ветродвигатель, электрическую машину с системой возбуждения, имеющей n-фазную обмотку якоря на статоре, к которой через выпрямитель и ключ подключены инвертор и накопитель энергии, контроллер, снабжена дополнительно управляемым инвертором, элементом инверсии, датчиками направления и скорости ветра и датчиком положения ротора, соединенными между собой и с указанными выше элементами таким образом, что при определенном соотношении внешних факторов электрическая машина включается попеременно то в двигательный, то в генераторный режимы работы, а и создается необходимый вектор магнитодвижущей силы обмотки якоря, что обеспечивает улучшение эксплуатационных характеристик и повышение эффективности работы ветроэлектроустановки.

Техническими результатами, которые могут быть получены при осуществлении данного изобретения, являются:

- увеличение количества вырабатываемой электроэнергии,

- улучшение равномерности распределения вырабатываемой электроэнергии по скоростям ветрового потока,

- минимальное аэродинамическое сопротивление ветродвигателя при буревых ветрах,

- отсутствие холостого хода и как следствие - увеличение ресурса,

- энергосберегающий и мобильный запуск.

На чертеже приведена структурная схема ветроэлектроустановки.

Ветроэлектроустановка содержит установленные на общем роторе 1 ветродвигатель 2 и систему возбуждения 3 электрической машины 4, имеющей n-фазную обмотку 5 якоря и расположенную на статоре электрической машины 4, которая выполняется по бесконтактной схеме с электрической редукцией, и может работать либо в режиме генератора, либо двигателя. С общим ротором 1 имеет связь датчик 6 положения. Связь может быть либо механической, либо оптической, либо на иных физических принципах, но так, чтобы не было проводной связи с вращающимися частями. Чувствительные элементы датчика 6 положения находятся на статоре электрической машины 4. Выход датчика 6 положения связан с первым входом контроллера 7, который может быть выполнен либо на основе микропроцессора, либо микроЭВМ, либо в мощных установках на основе усеченной конфигурации персональной ЭВМ. Второй вход контроллера 7 связан с выходом датчика 8 направления ветра, а третий вход - с выходом датчика 9 скорости ветра. Датчики 8 и 9 необходимо располагать так, чтобы ветродвигатель не влиял на их работу. Датчик 9 скорости ветра целесообразно выполнять в современном варианте с электронным чувствительным элементом. Многофазная обмотка 5, имеющая n-фаз, может разбиваться и включаться по усмотрению разработчика, либо по схеме n-фазной звезды, либо n-фазного многоугольника, либо комбинации из них. В n-фазной обмотке выделяется группа из m обмоток, где m меньше n. На практике m оптимально надо выбирать не более трех и соединять эти обмотки по схеме "треугольник", чтобы уменьшить реактивное сопротивление при запуске в режиме двигателя.

Выходы n-фазной обмотки 5 соединены со входами выпрямителя 10, выход которого через первый ключ 11 соединен со входом инвертора 12 и накопителя 13 энергии, соединенного выходом с вторым входом управляемого инвертора 14, соединенного выходом через второй ключ 15 с m входами n-фазной обмотки 5.

Первый выход контроллера 7 соединен с управляющим входом первого ключа 11 непосредственно, а второго ключа - через элемент инверсии 16. Второй выход контроллера 7 соединен с первым входом управляемого инвертора 14. Через выключатель 17 подключается потребитель энергии 18, работающий на постоянном токе. Потребитель энергии, работающий на постоянном токе, может быть подключен к выходу выпрямителя 10, либо накопителя 13 энергии. В частности, к накопителю энергии может быть подключен непосредственно преобразователь 1 напряжения для питания дежурной аппаратуры ветроэлектроустановки.

ВЕТРОЭЛЕКТРОУСТАНОВКА РАБОТАЕТ СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ

С датчика 9 скорости ветра сигнал поступает в контроллер 7. Если в течение времени t min скорость ветра соответствует заданной величине v min, контроллер 7 выдает сигнал по первому выходу, который поступает на первый ключ 11 и закрывает его, и через элемент инверсии 16 открывает второй ключ 15. Датчик 6 положения выдает сигнал в контроллер 7 о положении общего ротора 1. Контроллер 7 по второму выходу выдает на управляющий вход управляемого инвертора 14 сигнал, по которому из постоянного напряжения накопителя 13 энергии на выходе управляемого инвертора формируется m-фазное переменное напряжение. Это напряжение поступает на m входов n-фазной обмотки 5 якоря, вектор магнитодвижущей силы которого имеет наибольшее рассогласование с вектором магнитодвижущей силы, создаваемой системой возбуждения 3. Электрическая машина 4 переведена выше описанными действиями в двигательный режим и начинает вращение общего ротора 1. По достижению числа оборотов общего ротора 1, соответствующего начальному рабочему числу оборотов ветродвигателя, контроллер 7 на основе информации, полученной с датчика 6 положения, изменяет сигнал на своем первом выходе, по которому открывается первый ключ 11 и закрывается второй ключ 15. В результате этих действий электрическая машина 4 переведена в генераторный режим. Переменное напряжение с n-фазной обмотки 5 поступает на вход выпрямителя 10 и далее через первый ключ на входы накопителя 13 энергии и инвертора 12, который преобразует постоянное напряжение в переменное с требуемыми параметрами и допусками по частоте, напряжению, допустимому току потребления и фазовым сдвигам между напряжениями.

В случае, когда скорость ветра достигает буревых значений, заданных контроллером 7, последний по сигналу с датчика 9 скорости ветра, сигналам с датчика 8 направления ветра и датчика 6 положения общего ротора 1 вычисляет рассогласование и выдает сигнал управляющего воздействия по второму выходу на вход управляемого инвертора 14, а по первому выходу выдает сигнал на закрытие ключа 11, открытие ключа 15, в результате чего электрическая машина переводится в двигательный режим, разворачивает ветродвигатель в положение с минимальным аэродинамическим сопротивлением и удерживает его в этом положении в следящем режиме за направлением ветра.

Потребитель 18, работающий на переменном токе, может быть подключен к инвертору 12 через выключатель 17. Выход накопителя 13 можно либо непосредственно, либо через дополнительный выключатель подсоединить к потребителю, работающему на постоянном токе. В частном случае это может быть преобразователь напряжения для питания аппаратуры управления и в первую очередь дежурной аппаратуры: датчика положения, датчиков направления и скорости ветра, контроллера, которые имеют малое потребление.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Автоматическая ветроэлектроустановка, содержащая установленные на общем роторе ветродвигатель и систему возбуждения электрической машины, имеющей n-фазную отмотку якоря на статоре, соединенную через выпрямитель и первый ключ с инвертором и накопителем энергии, контроллер, второй ключ, отличающаяся тем, что она снабжена управляемым инвертором, элементом инверсии, датчиками направления и скорости ветра, датчиком положения, соединенным с общим ротором, а выходом - с первым входом контроллера, соединенного вторым и третьим входами соответственно с выходами датчика направления и датчика скорости ветра, первый выход контроллера соединен с управляющим входом первого ключа непосредственно, а второго - через элемент инверсии, второй выход контроллера соединен с первым входом управляемого инвертора, второй вход которого соединен с выходом накопителя энергии, а выход через второй ключ соединен с m-фазами n-фазной обмотки якоря.

Версия для печати
Дата публикации 30.01.2007гг

НОВЫЕ СТАТЬИ И ПУБЛИКАЦИИ
	Технология изготовления универсальных муфт для бесварочного, безрезьбового, бесфлянцевого соединения отрезков труб в трубопроводах высокого давления (имеется видео)
	Технология очистки нефти и нефтепродуктов
	О возможности перемещения замкнутой механической системы за счёт внутренних сил
	Свечение жидкости в тонких диэлектрических каналох
	Взаимосвязь между квантовой и классической механикой
	Миллиметровые волны в медицине. Новый взгляд. ММВ терапия
	Магнитный двигатель
	Источник тепла на базе нососных агрегатов