BRPI1104840A2 - multi-generator wind turbine for electric power - Google Patents
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Abstract
TURBINA EàLICA MULTI-GERADORA DE ENERGIA ELÉTRICA. A presente patente de invenção tem por objetivo a geração de energia elétrica por meio da força aerodinâmica ou hidrodinâmica. É constituída por: uma turbina dupla geradora de energia elétrica, que contêm dois conjuntos de campos eletromagnéticos distintos pára a geração de energia, um localizado no raio externo (1) e o outro localizado no raio interno da turbina (2), este dois conjuntos geradores são ligado pelas pás (3) que tem ângulo variável para controlar a velocidade angular da turbina (rad/s). No perímetro externo da hélice da turbina há uma engrenagem cônica (19) ligada a um eixo rotativo com ou sem cardan (20) localizada no centro da caixa (5) da turbina, que aciona, por meio de um sistema de embreagem (caixa de câmbio) (7), o sistema de transmissão de redução (23) acoplado ao terceiro conjunto gerador (22), acionado quando as condições ambientes ultrapassarem um determinado valor de potencial aero e hidrodinâmico. A turbina pe fixada pela caixa externa (5) em uma base giratória (12 e 13) que está acoplada a um poste ou torre de fixação (16). A energia gerada, a retificação, soma de potências, armazenagem e a distribuição, assim como o acionamento do terceiro conjunto gerador são gerenciados pela CPU de controle (24). O equipamento é posicionado pelo leme (14) na direção do vento. A turbina eólica pode também funcionar somente com as pás construídas de forma passiva (sem geradores) e transferirem o torque de rotação somente através de um eixo que se conectará a uma transmissão que levará a rotação a uma velocidade ideal para um gerador de qualquer tipo ou número de pólos. A chamada "Nacele" (31) (que é o compartimento onde se encontra a maioria dos componentes necessários para a geração da energia) pode estar sob a água, sobre a água em caso de sistemas offshore, sob o solo ou sobre o solo em caso de sistemas onshore. As turbinas sub aquáticas (34) geram energia em correntes de rios, correntes marítimas e das marés. Podem ser instsaladas na estrutura da torre ou separadas.MULTI-GENERATOR ELECTRIC POWER WIND TURBINE. The present invention patent aims at the generation of electrical energy through aerodynamic or hydrodynamic force. It consists of: a double turbine that generates electric energy, containing two sets of distinct electromagnetic fields for the generation of energy, one located in the outer radius (1) and the other located in the inner radius of the turbine (2), these two sets generators are connected by the blades (3) which have a variable angle to control the angular speed of the turbine (rad / s). In the outer perimeter of the turbine propeller, there is a bevel gear (19) connected to a rotating shaft with or without cardan (20) located in the center of the turbine housing (5), which drives, through a clutch system (transmission housing) exchange) (7), the reduction transmission system (23) coupled to the third generator set (22), activated when the ambient conditions exceed a certain value of aero and hydrodynamic potential. The turbine is fixed by the external box (5) on a rotating base (12 and 13) which is attached to a post or fixation tower (16). The energy generated, rectification, sum of powers, storage and distribution, as well as the activation of the third generator set are managed by the control CPU (24). The equipment is positioned by the rudder (14) in the wind direction. The wind turbine can also work only with blades built passively (without generators) and transfer the rotation torque only through an axis that will connect to a transmission that will take the rotation at an ideal speed for a generator of any type or number of poles. The so-called "Nacele" (31) (which is the compartment where most of the components needed for energy generation are located) can be under water, over water in the case of offshore systems, under the ground or over the ground in case of onshore systems. Underwater turbines (34) generate energy in river currents, sea currents and tides. They can be installed in the tower structure or separated.
Description
"TURBINA EÓLICA MULTI-GERADORA DE ENERGIA ELÉTRICA""MULTI-GENERATOR WIND TURBINE OF ELECTRIC POWER"
A presente patente de invenção trata-se de uma turbina geradora eólica ou aquática, criada com bases nas engenharias aeronáutica, naval, elétrica, mecânica, utilizando processos de conversão de energia e de sinal. O objetivo principal da presente patente é gerar energia elétrica por meio da força aerodinâmica ou hidrodinâmica e da energia cinética proveniente das partes móveis do equipamento.The present invention is a wind turbine or water turbine, created on the basis of aeronautical, marine, electrical, mechanical engineering, using energy and signal conversion processes. The main purpose of the present invention is to generate electrical energy through the aerodynamic or hydrodynamic force and the kinetic energy coming from the moving parts of the equipment.
Atualmente a busca por soluções na geração de energias limpas é uma prioridade quando se fala em sustentabilidade do planeta. A energia elétrica pode ser gerada pela transformação de outras fontes de energia como, por exemplo, mecânica, hidráulica, luminosa e nuclear. Contudo a energia eólica está sendo utilizada abaixo da sua capacidade máxima. Um dos principais entraves é a relação do R$/KW gerado atualmente pelos sistemas eólicos. Outra dificuldade está atrelada ao rendimento da geração de energia elétrica por meio da energia eólica. Este último se deve ao baixo aproveitamento de todo potencial latente nos equipamentos atuais, constituído por um gerador impulsionado por uma hélice de três pás.Nowadays the search for clean energy generation solutions is a priority when it comes to sustainability of the planet. Electric power can be generated by the transformation of other energy sources such as mechanical, hydraulic, light and nuclear. However wind energy is being used below its maximum capacity. One of the main obstacles is the ratio of R $ / KW currently generated by wind systems. Another difficulty is linked to the efficiency of electricity generation through wind energy. The latter is due to the low utilization of all latent potential in current equipment, consisting of a generator driven by a three-bladed propeller.
O estado da técnica apresenta várias melhorias para a atual solução utilizada, gerador com pás. Contudo o foco atual está na utilização de um único ou apenas dois geradores elétricos acoplados a uma hélice de três pás. De todas as energias envolvidas no sistema apenas a energia do vento é utilizada para girar o eixo do gerador que transforma esta em energia elétrica. As perdas mecânicas transformadas em energia cinética, disponíveis em todas as partes rotativas do equipamento e a área de exposição ao vento que poderiam gerar campos eletromagnéticos mais eficientes, são desprezadas.The state of the art presents several improvements to the current solution used, generator with blades. However the current focus is on the use of a single or only two electric generators coupled to a three-bladed propeller. Of all the energies involved in the system only wind energy is used to rotate the generator shaft that turns it into electrical energy. The kinetic energy-transformed mechanical losses available on all rotating parts of the equipment and the area of wind exposure that could generate the most efficient electromagnetic fields are neglected.
O atual estado da técnica apresenta várias patentes que versam sobre o desenvolvimento de sistemas e equipamentos voltados para a geração de energia elétrica de fontes limpas, neste caso a eólica e hidráulica. Cientes do estado da técnica e vislumbrando uma forma de utilizar todas as outras fontes de energia disponíveis nos equipamentos eólicos e sendo esta uma matriz abundante em vários lugares de nosso planeta, foi criado a "TURBINA EÓLICA MULTI-GERADORA DE ENERGIA ELÉTRICA", em questão, para melhorar o rendimento da geração de energia elétrica com o melhor aproveitamento das novas funcionalidades acrescidas aos projetos, impulsionado pela energia eólica ou hidráulica.The current state of the art has several patents dealing with the development of systems and equipment for the generation of electricity from clean sources, in this case wind and hydraulic. Aware of the state of the art and envisioning a way to utilize all the other energy sources available in wind equipment and this being an abundant matrix in various parts of our planet, the "MULTI-GENERATOR ENERGY WIND TURBINE" in question was created. , to improve the efficiency of electricity generation with the best use of new features added to the projects, driven by wind or hydraulic energy.
O equipamento objeto da presente patente utiliza a força gerada pela pressão do vento ou da água de rios ou mar para acionar uma turbina que dispõe de dois geradores elétricos, um no centro da turbina e outro na periferia da mesma. Além desses geradores há um terceiro gerador ou um conjunto de geradores (este conjunto de geradores pode ser formado por vários geradores conectados ao conjunto e podem ser utilizados caso haja potencial para tal) que é acionado por um sistema semelhante a uma caixa de câmbio de um automóvel que quando a pressão aerodinâmica ou hidrodinâmica ultrapassar um determinado valor este entra em funcionamento utilizando este sistema para comutar o conjunto e otimizar a geração de energia elétrica (o sistema se ajusta à força recebida, otimizando o rendimento da geração energética). Todo o conjunto do sistema é controlado por um computador (CPU ou conjunto inteligente de controle) que gerencia a geração, retificação (ajustes das freqüências), armazenagem e distribuição da energia gerada.The equipment object of the present invention uses the force generated by the wind or water pressure of rivers or sea to drive a turbine that has two electric generators, one in the center of the turbine and another in the periphery of it. In addition to these generators there is a third generator or generator set (this generator set can be made up of several generators connected to the set and can be used if there is potential for it) that is driven by a gearbox-like system of a automobile that when the aerodynamic or hydrodynamic pressure exceeds a certain value it will start using this system to switch the set and optimize the generation of electricity (the system adjusts to the received force, optimizing the efficiency of the energy generation). The entire system set is controlled by a computer (CPU or intelligent control set) that manages the generation, rectification (frequency adjustments), storage and distribution of the generated energy.
Toda geração de energia é otimizada quando se trabalha com o gerador em potência máxima (FEM/2 (eixo Y) em relação à icc/2 (eixo X)) vencendo a resistência (potência reativa (KVAR) que é gerada com a FEM (Força Eletro Motriz ou tensão "V") detalhada na lei de Lenz. Esta lei afirma que "quando existe indução magnética, a direção da força eletromotriz induzida é tal, que o campo magnético dela resultante tende a parar o movimento que produz a força eletromotriz.".All power generation is optimized when working with the generator at full power (FEM / 2 (Y axis) relative to icc / 2 (X axis)) overcoming resistance (reactive power (KVAR) that is generated with FEM ( Electro Motive Force or "V" voltage) detailed in Lenz's law. This law states that "when there is magnetic induction, the direction of the induced electromotive force is such that the resulting magnetic field tends to stop the motion that produces the electromotive force. . "
A seguir apresentaremos uma pequena explicação das potências existentes no sistema: Potência ativa (kW) para realizar o trabalho de gerar calor, luz, movimento, etc e Potência reativa (kVAr) para manter o campo eletromagnético, sendo que esta não produz trabalho útil, mas circula entre o gerador e a carga, exigindo do gerador e do sistema de distribuição de energia elétrica uma corrente adicional. A potência ativa e a potência reativa, juntas, formam a potência aparente (kVA). Quando a potência aparente é maior que a potência ativa, a concessionária precisa fornecer, além da corrente útil (ativa), uma corrente reativa. Mais detalhes não são pertinentes e nem objetivo desta patente.The following is a brief explanation of the existing power in the system: Active power (kW) to perform the work of generating heat, light, motion, etc. and Reactive power (kVAr) to maintain the electromagnetic field, which does not produce useful work, but it circulates between the generator and the load, requiring an additional current from the generator and the electricity distribution system. Active power and reactive power together form the apparent power (kVA). When apparent power is greater than active power, the utility must provide, in addition to the useful (active) current, a reactive current. Further details are neither pertinent nor objective of this patent.
A turbina movimenta através de energia cinética gerada pelo potencial que o meio aplica nas hélices ou pás e pode chegar a desnecessárias grandes velocidades. Se beneficiando de tal condição, são acoplados automaticamente mais geradores de forma a otimizar o conjunto e aperfeiçoar a geração de energia do sistema onde um terceiro gerador ou o conjunto de geradores serão adicionados gerando uma resistência mecânica e eletromagnética que fará o sistema reduzir a velocidade para uma rotação ideal e ao mesmo tempo gerar mais energia elétrica. Podemos também eletronicamente alterar o campo dos geradores para otimizar a geração de energia. É importante citar que o gerador de energia pode trabalhar também somente com o conjunto gerador na base da torre e a turbina no topo da torre ser meramente passiva (não conter nenhum gerador) e ser confeccionada para ser o mais leve possível.The turbine moves through kinetic energy generated by the potential that the medium applies to the propellers or blades and can reach unnecessary high speeds. Benefiting from this condition, more generators are automatically coupled to optimize the set and optimize system power generation where a third generator or set of generators will be added generating a mechanical and electromagnetic resistance that will slow the system down. optimal rotation while generating more electricity. We can also electronically change the generator field to optimize power generation. It is important to mention that the power generator can also work only with the generator set at the base of the tower and the turbine at the top of the tower being merely passive (containing no generator) and being made to be as light as possible.
Os geradores possuem características individuais, apesar de estarem trabalhando em conjunto. A saída alternada de corrente possui características totalmente diferentes entre cada gerador (claro que para os geradores de construção diferente, para os geradores iguais terão o mesmo tipo de saída caso a velocidade angular (velocidade de rotação da extremidade útil da parte motriz) seja a mesma, a variação dos campos eletromagnéticos de todos estes geradores trabalhando ao mesmo tempo diminui as chances de eles trabalhem em potência máxima a todo o momento, mas isso não é problema, pois o objetivo principal é vencer a resistência (potência reativa (KVAR)) gerada com a FEM e aproveitar o máximo da pressão do meio de forma mecânica e ou eletrônica e gerar energia com esse potencial energético com controle automático e inteligente. Esta condição pode ser comparada a uma hidroelétrica que possui um potencial energético baseado nos metros de coluna de água que são liberados de forma controlada para manter o gerador em potência máxima se necessário, como o potencial eólico é variável, precisados de todo este conjunto inteligente para extrair o máximo deste potencial intermitente. A seguir são apresentadas algumas fórmulas das condições do gerador em potência máxima:Generators have individual characteristics, although they are working together. The alternating current output has totally different characteristics between each generator (of course for generators of different construction, for the same generators they will have the same type of output if the angular velocity (useful end rotational speed of the drive part) is the same. , varying the electromagnetic fields of all these generators working at the same time decreases their chances of working at full power at all times, but that's no problem, as the main goal is to overcome the resistance (reactive power (KVAR)) generated. with FEM and make the most of mechanical and / or electronic media pressure and generate energy with this energy potential with automatic and intelligent control.This condition can be compared to a hydroelectric that has an energy potential based on meters of water column which are released in a controlled manner to keep the generator at full power if necessary, As the wind potential is variable, all of this smart set is needed to make the most of this intermittent potential. The following are some formulas of generator conditions at full power:
Gerador em Potência MáximaMaximum Power Generator
<formula>formula see original document page 5</formula><formula> formula see original document page 5 </formula>
O computador CPU ou conjunto inteligente de controle citado anteriormente tomará as decisões de qual será a melhor configuração do sistema para melhor aproveitamento do conjunto motriz e gerar energia com 100% de aproveitamento do potencial eólico ou hidráulico. Cada gerador terá saída senoidal em freqüências particulares (por exemplo: Gerador 1 = 400Hz, Gerador 2 = 40 Hz1 Gerador 3 = 50 Hz ou mais). Este fenômeno ocorre devido peculiaridades de cada gerador e podemos analisar estas freqüências através da fórmula abaixo:The CPU computer or intelligent control set mentioned above will make the decisions about what will be the best system configuration for optimal use of the powertrain and generate power with 100% utilization of wind or hydraulic potential. Each generator will have sine output at particular frequencies (for example: Generator 1 = 400Hz, Generator 2 = 40Hz1 Generator 3 = 50Hz or more). This phenomenon occurs due to peculiarities of each generator and we can analyze these frequencies through the formula below:
N = 120 xfx(1-s)/ρ ou f=Nxp/120x (1-s)N = 120 xfx (1-s) / ρ or f = Nxp / 120x (1-s)
onde:Where:
N = velocidade em rotações por minutosN = speed in revolutions per minute
f = freqüência em Hertzf = frequency in Hertz
s = escorregamento (Escorregamento é a diferença percentual da velocidade do rotor para a velocidade do campo girante de um motor de indução)s = slip (slip is the percentage difference from rotor speed to rotating field speed of an induction motor)
p = n°. de pólosp = no. of poles
Um retificador computadorizado (inversor de freqüência) irá retificar estas ondas de forma a termos uma saída, por exemplo, para o Brasil 60 Hz.A computerized rectifier (frequency inverter) will rectify these waves so that we have an output, for example, for Brazil 60 Hz.
Tendo a freqüência estabilizada a CPU ou conjunto inteligente de controle terá a informação de qual a tensão de saída, por exemplo, 13,8 kV e a soma das potências de cada gerador (estes valores são características de cada projeto e pré definido conforme seus desenvolvedores).Having the frequency stabilized the CPU or intelligent control set will have the information of what the output voltage, for example 13.8 kV and the sum of the powers of each generator (these values are characteristics of each project and predefined according to its developers). ).
O equipamento desenvolvido conta com as seguintes características:The developed equipment has the following characteristics:
a) - uma turbina eólica construída para impulsionar dois ou mais geradores de energia elétrica. O primeiro está localizado no centro da turbina (pode ser construído por toda extensão do eixo ou somente em anel multipolos) e o segundo está fixado no perímetro externo da turbina que também pode ser construído em anel multipolo. Estes dois geradores estão fixados entre as pás que podem alterar o passo para aumento ou diminuição do torque e ou da velocidade do sistema, estas decisões serão tomadas pela CPU levando em conta uma regra booleana pré estabelecida para cada tipo de projeto. Os demais geradores podem ser acionados por vários tipos de sistemas mecânicos, são apresentados aqui o eixo rotativo com ou sem cardan e o de correia. A presente patente deseja proteger o autor do projeto na solução como um todo, todas as partes citadas são importantes para todo o projeto.a) - a wind turbine built to drive two or more electric power generators. The first one is located in the center of the turbine (can be built all the way up to the shaft or only in multipole ring) and the second is fixed in the outer perimeter of the turbine which can also be built in multipole ring. These two generators are fixed between the blades that can change the pitch to increase or decrease the torque and / or system speed. These decisions will be made by the CPU taking into account a pre-established boolean rule for each type of project. The other generators can be driven by various types of mechanical systems, here are presented the rotary shaft with or without cardan and the belt. The present patent wishes to protect the project author in the solution as a whole, all parts cited are important for the entire project.
A turbina foi desenvolvida para funcionar com a pressão do vento natural, instalada em num veículo terrestre, aquático, sob a água e ou em uma aeronave que será detalhada no pedido de patente "TURBINA EÓLICA GERADORA DE ENERGIA PARA VEÍCULOS ELÉTRICOS E HÍBRIDOS". Todo o conjunto pode ser construído em qualquer dimensão ou material de acordo com a necessidade da carga a ser levada em consideração.The turbine is designed to operate under natural wind pressure, installed on a land, water, underwater and / or aircraft that will be detailed in the patent application for "POWER AND HYBRID VEHICLE POWER GENERATOR TURBINE". The whole assembly can be constructed in any size or material according to the need of the load to be taken into consideration.
b) - As pás têm a função de utilizar a pressão do vento para movimentar a turbina e assim transformar a energia eólica em energia mecânica e esta em energia elétrica. As pás podem sofrer variações no seu ângulo de ataque (controle de passo) dependendo da utilização e são controlados por um conjunto de equipamentos que atuam de acordo com as condições ambiente. Barras de concreto podem ser utilizadas para balancear o penso no topo da torre.b) - The blades have the function of using the wind pressure to move the turbine and thus turn the wind energy into mechanical energy and it into electrical energy. The blades may vary in their angle of attack (pitch control) depending on use and are controlled by a set of equipment that act according to ambient conditions. Concrete bars can be used to balance the dressing at the top of the tower.
c) - Um eixo no centro da turbina conecta a uma engrenagem cônica (pode ser qualquer outro sistema mecânico que atue de forma a rotacionar coerentemente o sistema) que aciona outro conjunto de engrenagens cônicas fixadas em um terceiro conjunto de geradores que por sua vez são acionados por um sistema de transmissão que pode ser confeccionado de diversas formas, no caso está sendo apresentado um sistema de transmissão automático (sistema de acoplamento e desacoplamento motriz). Contudo é aproveitada a energia cinética do sistema para gerar energia elétrica com indução eletromagnética gerada nos dois campos da turbina e nos campos do conjunto gerador. Quando as condições de vento ultrapassarem um determinado valor de força aero ou hidrodinâmica conforme mencionado anteriormente. Este terceiro banco de geradores são acionados pelo conjunto de controle inteligente que toma esta decisão de forma a otimizar a geração de energia e evitar frenagens desnecessárias (esta idéia semelhante e é proveniente dos sistemas Kers utilizados na Fórmula 1). Os modelos de geradores podem ser: Geradores Síncronos, Trifásico Elementar, Trifásico de Pólos Fixos (podendo este ser construído para pesquisa em: vazio, em carga, cargas puramente resistivas, cargas puramente capacitivas, cargas puramente indutivas e cargas com caráter indutivo). Gerador Síncrono trifásico de Pólos Rotativos, Gerador Síncrono Trifásico: Com Sistema de Excitação Estático, Gerador Síncrono Trifásico Com Sistema de Excitação "Brushless" e ou qualquer outro gerador que necessite de força motriz para gerar energia.c) - An axis in the center of the turbine connects to a bevel gear (can be any other mechanical system that acts to consistently rotate the system) that drives another set of bevel gears fixed to a third set of generators which in turn are driven by a transmission system that can be made in various ways, in which case an automatic transmission system (coupling system and driving decoupling) is being presented. However, the kinetic energy of the system is harnessed to generate electrical energy with electromagnetic induction generated in both turbine fields and generator set fields. When wind conditions exceed a certain value of aero or hydrodynamic force as mentioned above. This third generator bank is driven by the intelligent control set that makes this decision in order to optimize power generation and avoid unnecessary braking (this similar idea comes from the Kers systems used in Formula 1). Generator models can be: Synchronous, Elementary Three-Phase, Fixed-Pole Three-Phase Generators (which can be constructed for research on: empty, under load, purely resistive loads, purely capacitive loads, purely inductive loads, and inductive loads). Three Phase Synchronous Rotary Pole Generator, Three Phase Synchronous Generator: With Static Excitation System, Three Phase Synchronous Generator With "Brushless" Excitation System and or any other generator that needs motive power to generate power.
d) - A turbina é fixada pela caixa circular externa em uma base giratória que está acoplada a uma torre. Todo este conjunto pode ser construído por diversos materiais de acordo com o tipo de utilização que no caso da presente patente é um gerador eólico de grande porte, mas pode ser desenvolvido para acoplamento em veículos terrestres, aquáticos, ou sob a água ou em uma aeronave conforme mencionado anteriormente. Estas outras soluções serão apresentadas no pedido de patente "TURBINA EÓLICA GERADORA DE ENERGIA PARA VEÍCULOS ELÉTRICOS E HÍBRIDOS".d) - The turbine is fixed by the outer circular housing on a swivel base that is coupled to a tower. This whole set can be constructed of various materials according to the type of use which in the case of the present patent is a large wind generator, but can be developed for coupling in land, water, underwater or aircraft vehicles. as mentioned earlier. These other solutions will be presented in the patent application "ENERGY POWER GENERATOR FOR WIND AND ELECTRIC VEHICLES".
e) - O equipamento conta com um conjunto de controle inteligente (CPU (Central Processing Unit)) que possui um software que tomará as decisões de qual será a melhor configuração do sistema para melhor aproveitamento do conjunto motriz e gerar energia e atingir o máximo de aproveitamento do conjunto como por exemplo desmagnetizando alguns pólos do gerador e deixá- lo mais livre para rodar em ventos de menor intensidade. Este conjunto se conecta em uma rede inteligente geral que também tomam decisões (Smart Grids). Cada gerador terá saída senoidal em freqüências particulares, um retificador computadorizado irá alinhar estas ondas, disponibilizando uma saída de 60 Hz. Após estabilizar a freqüência o software terá a informação de qual a potência total e a tensão de saída, por exemplo, 120 V a 13,8 KV. Todo o gerenciamento da geração da energia, a retificação, armazenagem e a distribuição da energia, assim como o acionamento dos terceiros geradores serão gerenciados pelo conjunto de controle inteligente ou CPU. Os desenhos anexos mostram a disposição da "TURBINA EÓLICA MULTI-GERADORA DE ENERGIA ELÉTRICA", objeto da presente patente, nos quais:e) - The equipment has an intelligent control set (CPU (Central Processing Unit)) that has software that will make the decisions about which will be the best system configuration to make better use of the powertrain and generate power and reach the maximum of take advantage of the set such as demagnetizing some generator poles and leaving it freer to rotate in lower winds. This set connects to a general smart grid that also makes decisions (Smart Grids). Each generator will have sinusoidal output at particular frequencies, a computerized rectifier will align these waves, providing a 60 Hz output. After stabilizing the frequency the software will have the information of the total power and output voltage, for example 120 V at 13.8 KV. All power generation management, power rectification, storage and distribution, as well as third-party drive will be managed by the intelligent control set or CPU. The accompanying drawings show the arrangement of the "MULTI-GENERATOR ELECTRIC POWER WIND TURBINE", object of the present patent, in which:
Figura 1 - "DETALHAMENTO DA TURBINA EÓLICA" em corte.Figure 1 - "DETAIL OF THE WIND TURBINE" in section.
Figura 2 - "TURBINA EÓLICA" vista lateral.Figure 2 - "Wind Turbine" side view.
Figura 3 - "TURBINA EÓLICA" vista isométrica.Figure 3 - "WIND TURBINE" isometric view.
Figura 4 - "FOTO DO PROTÓTIPO" vista geral.Figure 4 - "PROTOTYPE PHOTO" overview.
Conforme apresenta a Figura 1 a "TURBINA EÓLICA MULTI- GERADORA DE ENERGIA ELÉTRICA" é constituída por: uma turbina dupla geradora de energia elétrica, composta por dois conjuntos de geradores indutivos podendo ser imã permanente, bobina de cobre com entreferro, bobina de alumínio esmaltado com entreferro de liga leve (para utilização em aeronaves) ou totalmente passiva (ausente de campos eletromagnéticos) para a geração de energia, um está localizado no raio externo da turbina (1) e o outro localizado no raio interno (gerador em anel) da turbina (2), estes dois conjuntos são ligados pelas pás (3) (ver Figura 1) que tem ângulo variável controlados pelo sistema (4) de ajuste de passo, para se adaptar às condições ambiente, controlar a velocidade angular da turbina e podem ser construídas de qualquer maneira para melhor aproveitamento do local a ser instalada. No perímetro externo da hélice da turbina há uma da caixa externa (5) que suporta outro conjunto gerador. No centro do conjunto temos o eixo principal (6) que aciona, por meio de um sistema de embreagem (anteriormente explica) ou caixa de câmbio (7), o sistema de transmissão (8) que se apresenta em dois exemplos, o de eixo rotativo com ou sem Cardan (9) e o de correia (10) acoplado ao terceiro gerador conjunto gerador (11) que também se apresentam em dois exemplos, os conectados por eixo com ou sem cardan (9) e através de correia (10) acionados quando as condições ambientes ultrapassarem um determinado valor de força aero ou hidrodinâmica. Qualquer conjunto de transmissão pode ser utilizado, como por exemplo, conjuntos de engrenagens.As shown in Figure 1, the "MULTI-GENERATING ELECTRIC POWER WIND TURBINE" consists of: a double turbine generator, consisting of two sets of inductive generators which can be permanent magnet, air-coil copper coil, enameled aluminum coil with light air gap (for aircraft use) or fully passive (absent from electromagnetic fields) for power generation, one is located on the outer radius of the turbine (1) and the other located on the inner radius (ring generator) of the turbine (2), these two assemblies are connected by the blades (3) (see Figure 1) which have variable angle controlled by the pitch adjustment system (4), to adapt to ambient conditions, control the angular velocity of the turbine and can be built anyway for better use of the place to be installed. On the outer perimeter of the turbine propeller is one of the outer housing (5) that supports another generator set. In the center of the set we have the main shaft (6) which drives, by means of a clutch system (previously explained) or gearbox (7), the transmission system (8) which is presented in two examples, the shaft with or without gimbal (9) and belt (10) coupled to the third generator set generator (11) which are also presented in two examples, those connected by shaft with or without gimbal (9) and through belt (10) when ambient conditions exceed a certain value of aero or hydrodynamic force. Any transmission set can be used, such as gear sets.
Conforme apresenta a Figura 2: A turbina é fixada pela caixa externa (5) em duas bases giratórias, uma ativa com motores de controle de giro (12) e a outra passiva que possui apenas rolamento (13), esta acoplada a um poste (16) que também pode ser uma torre qualquer. O sistema de posicionado rotativo da turbina é controlado pelo sistema (14) que direciona a turbina na direção do vento e as condições atmosféricas são medidas pelo sistema (15) que também contem a luz de alerta para aeronaves e também possui por toda extensão da torre pára-raios, principalmente nas partes mais altas que são aterrados por cordoalhas (barras de aterramentos) devidamente instaladas no solo ou em regiões em alto mar (offshore). Todas estas informações da parte superior da turbina são transmitidas para a CPU com o cabo de controle (26). Um cone (17) pode ser instalado para melhorar a pressão do vendo e uma tela (18) pode ser instalada para proteger aves e morcegos. Toda força motriz é transferida para a base da torre através de uma engrenagem cônica (19) e um eixo rotativo com ou sem cardan (20). Sistemas de freios e trava de segurança (21) são necessários (além da possibilidade de embandeirar as pás (passo zero das hélices)). Na base da torre são instalados todos os demais componentes, Um ou mais geradores de energia (22) de qualquer modelo com anteriormente citado, caixa de redução (23), a retificação e a distribuição, assim como o acionamento do terceiro gerador são gerenciados pela CPU ou conjunto inteligente de controle que gerencia a geração, retificação (ajustes das freqüências), armazenagem e distribuição da energia gerada (24). Transformador de alta tensão (25). A geração superior é transportada pelos cabos (27) (loop cables (cabos que suportam constantes torções) fazem parte deste sistema). Fusível de segurança e saída para rede (28). Na Figura 3 pode- se ver o sistema aerodinâmico para reduzir o arrasto (29). Subestação de transmissão (30). Todos os equipamentos mais pesados chamados de "Naceles" (são os compartimentos onde se encontram a maioria dos componentes necessários para a geração da energia) das turbinas anteriores foram transferidos para o solo ou para dentro da água em caso offshore (31), este compartimento que é uma inovação e um dos objetivos desta patente pode ser instalado sobre o solo, sob o solo (onshore), sobre a água ou sob a água em casos offshore (33). Toda extensão do eixo rotativo com ou sem cardan possui um sistema de amortecimento ao longo da torre para atenuar vibrações indesejadas (32). Geradores hidrodinâmicos (34) com sistema de mudança de direção e içamento (35). Os bancos de bateria e os super capacitores podem ser instalados dentro do CPU (24).As shown in Figure 2: The turbine is fixed by the outer casing (5) on two turntables, one active with spin control motors (12) and the other passive bearing only (13), which is coupled to a post ( 16) which can also be any tower. The turbine rotary positioning system is controlled by the system (14) which directs the turbine in the wind direction and the weather conditions are measured by the system (15) which also contains the aircraft warning light and also has the entire length of the tower. lightning arresters, especially in the higher parts that are grounded by grounding rods properly installed on the ground or in offshore regions. All this information from the top of the turbine is transmitted to the CPU with the control cable (26). A cone (17) may be installed to improve wind pressure and a screen (18) may be installed to protect birds and bats. All driving force is transferred to the base of the tower by means of a bevel gear (19) and a rotary shaft with or without cardan (20). Brake and safety lock systems (21) are required (in addition to the ability to feather the blades (propeller zero pitch)). At the base of the tower are installed all other components. One or more power generators (22) of any model with previously mentioned gearbox (23), rectification and distribution, as well as the drive of the third generator are managed by CPU or intelligent control set that manages the generation, rectification (frequency adjustments), storage and distribution of the generated energy (24). High voltage transformer (25). The upper generation is carried by the cables (27) (loop cables that are part of this system). Safety Fuse and Network Output (28). Figure 3 shows the aerodynamic system to reduce drag (29). Transmission Substation (30). All the heavier equipment called "Naceles" (are the compartments where most of the components needed for power generation are located) from the previous turbines were transferred to the ground or into the water in an offshore case (31). which is an innovation and one of the objectives of this patent can be installed on the ground, onshore, on water or under water in offshore cases (33). Every extension of the cardan or non-cardan rotary shaft has a damping system along the tower to attenuate unwanted vibrations (32). Hydrodynamic generators (34) with steering and lift system (35). Battery banks and super capacitors can be installed inside the CPU (24).
A Figura 5 representa o esquema elétrico resumido do sistema. A Figura 6 é uma foto do protótipo desenvolvido com pás passivas (não geram energia) com transmissão, geradores, conversores e transformadores instalados na base da torre. As pás podem ser passivas, mas pode existir um gerador radial na saída do eixo principal do rotor instalados sobre a torre ou poste. Ou seja, o sistema pode ser um conjunto de hélices com controle de passo, uma turbina com controle de passo e ou uma turbina ativa com dois campos eletromagnéticos no diâmetro interno e no diâmetro externo já citado anteriormente.Figure 5 represents the summary electrical scheme of the system. Figure 6 is a photo of the prototype developed with passive (non-power generating) blades with transmission, generators, converters and transformers installed at the base of the tower. The blades may be passive, but there may be a radial generator at the rotor mainshaft outlet installed on the tower or pole. That is, the system may be a pitch-controlled propeller assembly, a pitch-controlled turbine, or an active turbine with two electromagnetic fields on the inside diameter and outside diameter already mentioned.
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