ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2272174

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВЕТРОЭЛЕКТРОАГРЕГАТОМ

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВЕТРОЭЛЕКТРОАГРЕГАТОМ

Имя изобретателя: Литвиненко Александр Михайлович 
Имя патентообладателя: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет"
Адрес для переписки: 394026, г.Воронеж, Московский пр-кт, 14, ГОУВПО "ВГТУ", патентный отдел
Дата начала действия патента: 2004.10.06 

Изобретение относится к ветроэнергетике и касается систем управления ветроэлектроэнергетическими генераторами преимущественно сегментного типа. Для устранения тормозного эффекта статора система управления, содержащая магнитопровод, источник возбуждения, рабочую обмотку, которая соединена с диодами, соединенными с регулятором напряжения и аккумуляторной батареей, дополнительно содержит размагничивающие обмотки, датчики положения ветроколеса, датчики скорости ветроколеса и силовые схемы напряжения питания, причем входы силовых схем напряжения соединены с датчиками скорости и положения, а выходы - с размагничивающими обмотками. Система обеспечивает устранение нежелательного шунтирования основного потока, что увеличивает рабочее напряжение.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к ветроэнергетике, а точнее к системам управления ветроэлектроэнергетическими генераторами преимущественно сегментного типа.

Системы управления ветроэлектрическими агрегатами известны. Например, в [1] описываются системы управления ветроэлектрическими агрегатами малой мощности постоянного тока малой мощности, переменного тока средней мощности, а также большой мощности для параллельной работы в общую сеть.

Впервые использование электрических генераторов в ветроэнергетике было предложено в [2], где описана наиболее близкая к заявленной система управления ветроэлектрогенератором сегментного типа, который имеет статор, содержащий полюсные наконечники и обмотки, установленные на траверсе, при этом полюсные наконечники магнитно связаны с ротором, а точнее периодически вступают с ними в контакт, при этом роторы выполнены в виде аэродинамических шайб, представляющих собой двояковыпуклые диски, закрепленные на концах лопастей в качестве концевых крылышек (винглет). При этом в [2] предусматривается традиционная система управления, аналогичная системам управления автотракторными генераторами релейного типа, предусматривающая выпрямление тока и работу на аккумуляторную нагрузку.

Недостатком такой системы является то, что при работе быстроходных ветроколес с минимальным числом лопастей при скоростях ветра ниже номинальных возникают провалы напряжения, которые могут быть устранены либо повышением скорости ветра, что может оказаться невозможным по природным условиям, либо увеличением числа лопастей с роторами, что может привести к уменьшению частоты взаимодействия ротора и статора при увеличении скорости ветра из-за большого аэродинамического сопротивления (уменьшение коэффициента быстроходности), хотя пусковые моменты при увеличении числа лопастей возрастает.

Как данная установка, так и ее модификация с тихоходным и быстроходным колесом, установленными на одной оси, обладает еще и тем недостатком, что при неблагоприятном стечении обстоятельств, например при заклинивании одного из подшипников, возможна фиксация роторных элементов одного из колес неподвижно относительно статора так, что роторные элементы шунтируют магнитную цепь статора. Такая вероятность особенно велика при ослаблении ветрового потока. В этой ситуации работа второго ветроколеса неэффективна, поскольку магнитный поток слаб из-за паразитного шунтирования магнитной цепи статора роторными элементами первого ветроколеса.

Изобретение направлено на устранение провалов в кривой напряжения, стабилизацию уровня отдаваемой мощности при сохранении высоких массогабаритных показателей, присущих сегментным электрическим генераторам.

Это достигается тем, что система управления ветроэлектрогенератором, содержащая магнитопровод, источник возбуждения, рабочую обмотку, которая соединена с диодами, диоды соединены с регулятором напряжения и аккумуляторной батареей, согласно изобретению дополнительно содержит размагничивающие обмотки, датчики положения ветроколеса, датчики скорости ветроколеса и силовые схемы напряжения питания, причем входы силовых схем напряжения соединены с датчиками скорости и положения, а выходы - с размагничивающими обмотками.

Достижение технического результата - устранение паразитного шунтирования - достигается за счет работы размагничивающей обмотки, которой устраняют тормозной эффект статора.

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВЕТРОЭЛЕКТРОАГРЕГАТОМ

Сущность изобретения иллюстрируется чертежом, где приведена схема системы управления сегментным электрическим генератором ветроагрегата.

Система управления включает в себя объект - собственно ветроэлектрогенератор (на чертеже не показан), состоящий из башни, поворотного основания, ветроколеса и расположенного в торцевой зоне ветроколес статора. Статор имеет источник возбуждения 1, например постоянный магнит. На торцах лопастей 2 расположены роторные сегментные элементы 3, которые периодически входят в магнитный контакт с наконечниками 4 магнитопроводов Т-образного вида. На стойке магнитопроводов размещена рабочая обмотка 5, соединенная с диодами 6, которые, в свою очередь, подсоединены к релейному регулятору 7 и нагрузке. В состав системы входят датчик скорости 8, датчик положения 9, силовая схема напряжения питания 10 и размагничивающие обмотки 11, размещенные на наконечниках магнитопроводов. Датчик 8 представляет собой выпрямительную схему, подключенную через регулятор к рабочей обмотке, т.е. это просто дополнительный источник напряжения, которое, естественно, пропорционально скорости вращения ветроколес. Датчики 9 установлены на оси ветроколес и являются, например, герконами, включающимися подвижными магнитами, укрепленными на оси ветроколес.

Система управления работает следующим образом. При сильных и умеренных ветрах работа системы не отличается от прототипа, регулятор 7 не включает датчик 8 и поток возбуждения от источника 1, модулируемый роторными элементами 3, преобразуется в рабочей обмотке 5 в напряжение, которое через диод 6 и регулятор 7 передается в нагрузку. При слабых ветрах, когда возможна фиксация роторных элементов напротив торцов 4 - правое положение на чертеже - регулятор 7 снимает ограничение и напряжение через датчик 8 подается на силовую схему напряжения 10. Это напряжение пропорционально скорости вращения. С другой стороны, на второй вход схемы 10 подается сигнал с датчика 9. Таким образом, при нежелательной фиксации роторного элемента схема 10 срабатывает и подает питание на размагничивающиеся обмотки 11 того ветроколеса, которое зафиксировалось. Обмотки 11 создают поток, который направлен против потока источника 1. В результате основной поток уменьшается, также уменьшается удерживающая сила, колесо расфиксируется, приходит во вращение, и далее цикл повторяется.

Техническим преимуществом является устранение нежелательного шунтирования основного потока, что увеличивает рабочее напряжение.

Источники информации

1. Фатеев Е.М. Ветродвигатели. - М.: Гос. н-т издательство машиностроительной литературы, 1962.

2. Патент РФ №2184267 - Ветрогенератор. A.M.Литвиненко, опубл. 27.06.2002. Бюл. №18. З-ка №2000128442/06, от 13.11.2000, МПК 7 F 03 D 9/00.

 

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Система управления ветроэлектрогенератором, содержащая магнитопровод, источник возбуждения, рабочую обмотку, которая соединена с диодами, диоды соединены с регулятором напряжения и аккумуляторной батареей, отличающаяся тем, что дополнительно содержит размагничивающие обмотки, датчики положения ветроколеса, датчики скорости ветроколеса и силовые схемы напряжения питания, причем входы силовых схем напряжения соединены с датчиками скорости и положения, а выходы - с размагничивающими обмотками.

Версия для печати
Дата публикации 02.02.2007гг


вверх