CZ15408U1 - Wind engine with vertical axis and electronic control of wing swinging - Google Patents
Wind engine with vertical axis and electronic control of wing swinging Download PDFInfo
- Publication number
- CZ15408U1 CZ15408U1 CZ200516445U CZ200516445U CZ15408U1 CZ 15408 U1 CZ15408 U1 CZ 15408U1 CZ 200516445 U CZ200516445 U CZ 200516445U CZ 200516445 U CZ200516445 U CZ 200516445U CZ 15408 U1 CZ15408 U1 CZ 15408U1
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- wind
- wings
- wing
- angle
- rotor cage
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction
Landscapes
- Wind Motors (AREA)
Abstract
Description
Větrný motor se svislou osou a elektronicky řízeným kýváním křídelWind motor with vertical axis and electronically controlled swinging of the wings
Oblast technikyTechnical field
Technické řešení se týká přeměny energie větru na energii elektrickou ve větrných elektrárnách.The technical solution concerns the conversion of wind energy to electric energy in wind power plants.
Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION
Větrné motory nejčastěji používané pracují na vztlakovém principu, mají většinou vodorovnou osu otáčení a jsou orientovány svojí rovinou otáčení kolmo ke směru větru. Dareiusovy motory jsou méně časté, mají křídla různých tvarů rotujících kolem svislé osy, někdy ve tvaru H. Větrný motor se svislou osou a kývavým pohybem křídel v průběhu otáčky rotoru má jednoduchou konstrukci křídel, poměrně velkou účinnost a značný zabírací moment. Větrný motor tohoto typu sestrojil v polovině minulého století W. Just a popsal výpočty všech parametrů ve své knize Windmotor mit vertikaler Achse bei Auftriebausnutzung Denkrschift z roku 1943 a je popsán i s výpočty v knize F. Kašpara Větrné motory a elektrárny z roku 1948. Oba autoři odvozují matematické veličiny jako vztlak, odpor, radiální a tangenciální složky ve směru osyx a y, obvodovou rychlost, rychloběžnost, hustotu křídel, otáčivý moment, výkon, zabírací moment, počet otáček a úhel kývavého pohybu křídel po celém obvodu rotoru. Tento motor realizoval a kývavý pohyb křídel dosáhl táhly spojenými s výstředně uloženým čepem ovládaným jedním křídlem navíc, které plní úlohu směrového kormidla, jak je zobrazeno na obr. 1. Bod výstředníku 3 má stále stejnou polohu ke směru větru. Tak dosáhl, že všechna křídla mají směr vztlaku, který vytváří otáčivý moment stejného smyslu. Kývavý pohyb křídel řízený výstředníkovými táhly je odstředi20 vými silami silně namáhán a praxe ukázala, že je poruchový. Motor se sám snadno zapíná a nastavením křídel do praporu se dobře zastavuje.The most commonly used wind engines are based on the buoyancy principle, usually having a horizontal axis of rotation and oriented with their plane of rotation perpendicular to the wind direction. Dareius engines are less common, with wings of different shapes rotating around a vertical axis, sometimes in the shape of an H. A wind motor with a vertical axis and swinging wings during rotor speed has a simple wing design, relatively high efficiency and considerable engagement torque. A wind engine of this type was constructed in the middle of the last century by W. Just and described the calculations of all parameters in his book Windmotor mit Vertikaler Achse bei Auftriebausnutzung Denkrschift from 1943 and is described with calculations in F. Kašpar's book Wind Engines and Power Plants from 1948. they derive mathematical quantities such as buoyancy, resistance, radial and tangential components in the x and y directions, peripheral speed, high speed, wing density, torque, power, engagement torque, rotational speed and swing angle of the wings over the entire rotor circumference. This engine has realized and the swinging movement of the wings has been achieved by a rod connected to an eccentrically mounted pivot operated by one extra wing, which acts as a rudder as shown in Fig. Thus he achieved that all wings have a lift direction that generates a torque of the same sense. The swinging movement of the wings, controlled by eccentric drawbars, is heavily stressed by the centrifugal force, and practice has shown to be defective. The engine itself starts easily and by setting the wings in the battalion stops well.
Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution
Větrný motor se svislou osou a elektronicky řízeným kýváním křídel používá rotor se svislou osou kolmou ke směru větrného proudu a svislými jednoduchými obdélníkovými křídly umístě25 nými na obvodu rotorové klece. Nosníky křídel jsou umístěny v působišti aerodynamických sil a na koncích nosníků jsou ložiska, která jej otočně spojují s rotorovou klecí. Nosník křídla je osou kývání křídla a je zároveň podélným těžištěm křídla. To znamená, že hmotnost křídla v kilogramech od náběžné hrany k nosníku se rovná hmotnosti křídla v kilogramech od odtokové hrany křídla k jeho nosníku. Stejné rozložení hmotnosti kolem nosníku umožňuje servomotoru plynulé kývání křídly. K řízení kývavého pohybu křídla na otáčejícím se obvodu rotorové klece je důležitá poloha nosníku křídla na obvodu rotoru s úhlem sevřeným se směrem větrného proudu, W. Justem nazvaným psí ψ jak je zobrazeno na obr. 2. Největší účinnost tohoto motoru se svislou osou bude, když se úhel nastavení bude měnit podle změny úhlu psí ψ tak, aby moment aerodynamických sil působících na křídlo rotoru byl co největší. Matematické řešení podleThe vertical-axis wind motor with electronically controlled swinging of the wings uses a rotor with a vertical axis perpendicular to the direction of the wind current and vertical simple rectangular wings located at the periphery of the rotor cage. The wing beams are located under aerodynamic forces and bearings at the ends of the beams rotatably connect it to the rotor cage. The wing beam is the axis of swinging the wing and is also the longitudinal center of gravity of the wing. This means that the weight of the wing in kilograms from the leading edge to the beam is equal to the weight of the wing in kilograms from the trailing edge of the wing to its beam. The same weight distribution around the beam allows the servo motor to swing continuously through the wings. In order to control the swinging movement of the wing on the rotating perimeter of the rotor cage, the position of the wing support on the rotor perpendicular to the wind current angle, W. Just, called the dog ψ as shown in Figure 2, is important. when the angle of adjustment is varied according to the change in angle psi ψ so that the moment of aerodynamic forces acting on the rotor wing is as high as possible. Mathematical solution according to
W. Justa se zakládá na tom, že uvede v soulad rozložení aerodynamických sil vztlaku a odporu s jejich ideálním rozložením a to po jednotlivých stupních v celém obvodu 360 stupňů rotorové klece. Realizace tohoto problému pomocí výstředníkových táhel a excentrů sice vyhovovala, ale v praxi se neosvědčila pro poruchovost.W. Justa is based on reconciling the distribution of the lift and drag aerodynamic forces with their ideal distribution, one at a time across the 360-degree rotor cage. The realization of this problem with eccentric drawbars and eccentrics was convenient, but in practice it did not work for failure.
Proto jsem pro řízení kývavého pohybu křídel použil v robotizaci běžně používané řízení kloubu s jedním stupněm volnosti a elektrickým pohonem. Pro informaci o přesné poloze nosníku na rotorové kleci slouží několik typů senzorů osvědčených v automatizační technice a robotizaci, s vysokou přesností i s v praxi osvědčenými regulačními okruhy.For this reason, I have used a commonly used joint control with one degree of freedom and electric drive to control the rocking motion of the wings. Several types of sensors proven in automation technology and robotics are used for information on the exact position of the beam on the rotor cage, with high accuracy and with proven control circuits.
Pro přesné změření úhlu psí ψ můžeme použít inkrementální odměřování s rotačním snímačem. Dnešní technika umožňuje až 10 000 rysek na tomto snímači, který umístíme na střed osy otáčení rotorové klece. Jako zdroj světla se používají LED diody proti fototranzistoru. Každá z rysek, která projde mezi zdroje světla a fototranzistorem dodá jeden čítači impulz. Do systému je vloženo odměřování základní polohy dělicího kotouče, je to referenční bod, nazývaný nulová ryska, která zahajuje čítání jednotlivých kroků.Incremental encoders with a rotary encoder can be used to accurately measure the angle of the canine ψ. Today's technology allows up to 10,000 lines on this sensor, which is placed at the center of the rotary axis of the rotor cage. LEDs against the phototransistor are used as the light source. Each of the lines that pass between the light sources and the phototransistor provides one pulse counter. The metering of the basic position of the cutting disc is inserted into the system, it is the reference point, called the zero line, that starts the counting of the individual steps.
- 1 CZ 15408 Ul- 1 CZ 15408 Ul
Druhá možnost je absolutní odměřování, které jednoznačně definuje aktuální polohu, tedy okamžitý úhel natočení rotoru. V tomto případě kotouč umístěný na ose rotorové klece má pětibodový binární kód a s průměrem kotouče 10 cm může mít až 17 stop, to je 131 072 rozlišitelných poloh.The second option is an absolute encoder that uniquely defines the current position, ie the instantaneous rotation angle of the rotor. In this case, the disc located on the axis of the rotor cage has a five-point binary code, and with a disc diameter of 10 cm, it can have up to 17 feet, that is, 131 072 distinguishable positions.
Další použitelný způsob je laserový interferometrický snímač, který pracuje na skládání dvou vln 5 - měřené a referenční. Mohou být použity i jiné snímače až po optoelektronické CCD. Většinu těchto snímačů popisuje a nabízí výrobci robotů a NC strojů s dokonalými a v praxi osvědčenými regulačními obvody.Another useful method is a laser interferometric transducer, which works on composing two waves 5 - measured and reference. Other sensors up to optoelectronic CCDs can be used. Most of these sensors are described and offered by manufacturers of robots and NC machines with perfect and proven control circuits.
Na středu osy otáčení je umístěn rotační kotouč na příklad inkrementálního odměřování jak je nakresleno na obr. 4 a 2. Referenční bod zvaný nulová ryska umístíme na příklad podle výpočtů ío W. Justa na teoretickou osu kolmou ke směru větru, procházející středem osy otáčení rotorové klece. Každý nosník křídla umístěný na obvodu rotorové klece tak svírá s touto osou úhel psí ψ a tedy úhel, který svírá se směrem větrného proudu. Při konstrukci větrného motoru můžeme podle vzorců v knihách W. Justa a F. Kašpara vypočítat pomocí úhlu psí ψ se směrem větrného proudu maximální úhel náběhu tětivy křídla. Dále vypočítáme maximální úhel náběhu tětivy křídla pro celý obvod 360 stupňů rotorové klece. Vypočítané výsledky náběhového úhlu křídla pro všechny polohy křídla na rotorové kleci naprogramujeme do paměti počítače. Podle počtu křídel na rotorové kleci zjistíme úhel sevřený mezi sousedními křídly. Polohy druhého, třetího, čtvrtého a dalších křídel budou mít náběhový úhel v průběhu 360 stupňů stejný, pouze fázově posunutý o úhel sevřený mezi sousedními křídly. Tak jsou stanoveny polohy kývavého pohybu všech křídel na 360 stupních obvodu rotorové klece pro úhel náběhu při jmenovitém výkonu větrného motoru a optimální rychlosti větru. Dále se vypočítá stejným způsobem úhel náběhu křídla pro rychlosti větru vyšší než optimální, tedy zmenšený úhel náběhu pro využití větru s vyššími rychlostmi při nepřekročeném jmenovitém výkonu. Uhel náběhu může být snižován až po dosažení rychlosti větru nebezpečné pro větrný motor. Po dosažení mezní rychlosti větru se do paměti počítače naprogramuje natočení všech křídel do praporu a povel pro zapnutí brzdy.At the center of the axis of rotation is a rotary disk for example incremental encoders as shown in Figures 4 and 2. We place the reference point called the zero line on the theoretical axis perpendicular to the wind direction passing through the axis of rotation of the rotor cage. . Thus, each wing carrier located on the periphery of the rotor cage forms with this axis an angle psi ψ and hence an angle which is in the direction of the wind current. When constructing a wind motor, we can calculate the maximum angle of attack of the chord of the wing using the psi angle ψ with the direction of the wind current according to the formulas in W. Just and F. Kaspar's books. Next we calculate the maximum angle of attack of the chord of the wing for the entire perimeter of the 360 degree rotor cage. The calculated results of the wing pitch angle for all wing positions on the rotor cage are programmed into the computer memory. Depending on the number of wings on the rotor cage, we find the angle between the adjacent wings. The positions of the second, third, fourth, and other wings will have the same approach angle over 360 degrees, only phase shifted by an angle clamped between adjacent wings. Thus, the pivoting positions of all the wings are determined at 360 degrees perimeter of the rotor cage for the angle of attack at rated wind power and optimum wind speed. Furthermore, the wing angle of attack for wind speeds higher than the optimum, i.e., reduced angle of attack for use of winds with higher speeds, at not exceeding rated power, is calculated in the same way. The lead-in angle can only be lowered when wind speeds dangerous to the wind motor have been reached. When the wind speed limit is reached, the rotation of all wings into the battalion and the command to turn on the brake are programmed into the computer memory.
S otáčivým nosníkem každého křídla je spojen regulační obvod známý z firemní literatury robotů, složený z převodovky, servomotoru, tachogenerátoru a rotačního snímače na příklad pro inkrementální odměřování. Tyto čtyři části jsou od výrobce umístěny na společné ose. Nulová ryska inkrementálního odměřovače má na příklad stejný směr s teoretickou osou kolmou na směr větru, viz obr. 2. Může být zvolen na příklad i směr větrného proudu. K těmto čtyřem částem regulačního obvodu na každém křídle patří ještě elektronická část zpětnovazební smyčky tvořená polohovým regulátorem a zesilovačem pohonu. Rotační snímač inkrementálního odměřování umístěný na nosníku křídla dodává skutečnou okamžitou polohu tětivy křídla, tedy úhel sevřený se směrem větrného proudu do polohového regulátoru. Současně s ním jde do této smyčky infor35 mace o otáčkách z tachogenerátoru. Tyto hodnoty porovnává polohový regulátor s požadovanou hodnotou nastavení náběhového úhlu, rozdíl mezi nimi dodává do zesilovače pohonu, který řídí proud do servomotoru, který pomocí převodovky upravuje úhel náběhu křídla na obvodu rotoru. Toto řízení náběhového úhlu má velkou přesnost a umožňuje řídit jemně u každého křídla samostatně vztlak podle využitelné rychlosti větrného proudu. Zpětnovazební smyčka je velmi rychlá a dovolí upravovat nárazy větru a jmenovitý výkon generátoru sítě 50 Hz.The rotary beam of each wing is connected to a control circuit known from the robot literature, consisting of a gearbox, a servomotor, a tachogenerator and a rotary encoder, for example for incremental encoders. These four parts are located on the common axis by the manufacturer. The zero line of the incremental encoder, for example, has the same direction with the theoretical axis perpendicular to the wind direction, see Fig. 2. For example, the direction of the wind current can also be selected. These four parts of the control circuit on each wing include the electronic part of the feedback loop formed by the position controller and the drive amplifier. The rotary encoder of the incremental encoder located on the sash beam delivers the actual instantaneous chord position of the sash, that is, the angle to the direction of the wind current to the positioner. At the same time, the speed information from the tachogenerator goes into this loop. These values are compared by the position regulator with the desired value of the pitch angle setting, the difference between them is supplied to the drive amplifier, which controls the current to the servomotor, which uses a gearbox to adjust the wing pitch on the rotor perimeter. This approach angle control is very accurate and allows you to gently control the lift at each wing individually according to the usable wind speed. The feedback loop is very fast and allows to adjust wind gusts and rated power of 50 Hz grid generator.
Odchylky ve směru větru způsobují ztráty, které se při zvětšení odchylky rychle zvětšují. Důležitý pro maximální účinnost tohoto větrného motoru je směr větru. V zařízení W. Justa bylo použito čtvrté křídlo sloužící jako kormidlo, jak je zobrazeno na obr. 1. Toto křídlo je i s poruchovými excentry a táhly vypuštěno. Kormidlo je umístěno nad rotorem. Větší plocha kormidla zvětšuje citlivost na směr větru. Může být provedeno jako dvě desky s malým úhlem rozevření. Na tomto kormidle je umístěno snímání směru větru na příklad rotačním kotoučem s nulovou ryskou ve směru větru. Citaci impulzy z inkrementálního odměřovače jsou přivedeny na vstup počítače, který upravuje podle směru větru úhel náběhu všech křídel na obvodu rotoru.Deviations in the wind direction cause losses that increase rapidly as the deviation increases. The wind direction is important for maximum efficiency. In the W. Justa device, a fourth rudder wing was used, as shown in Fig. 1. This wing, with the breaker eccentrics and the linkages, was omitted. The rudder is located above the rotor. Larger rudder area increases sensitivity to wind direction. It can be designed as two plates with a small opening angle. On this rudder is a wind direction sensing, for example, with a zero-line rotary disc in the wind direction. Citation pulses from the incremental encoder are brought to the computer input, which adjusts the angle of attack of all the wings on the rotor circumference according to the wind direction.
Zpětnovazební smyčka se servomotorem je dostatečně rychlá, aby upravila větrné nárazy. Proto je nad rotorem spojen s kormidlem nosník s anemometrem umístěným na příklad 10 m před křídly rotoru. Vítr rychlosti 10 m za sekundu s nárazem 20 m za sekundu dodá informaci z anemometru do počítače o několik desetin sekundy dříve, před příchodem větrného nárazu do rotoruThe feedback loop with servomotor is fast enough to correct wind shocks. Therefore, above the rotor is connected to the rudder beam with anemometer placed, for example, 10 m in front of the wings of the rotor. A wind speed of 10 m per second with an impact of 20 m per second delivers information from the anemometer to the computer a few tenths of a second earlier, before the wind blows into the rotor
-2CZ 15408 Ul a počítač může pomocí zpětnovazební smyčky upravit úhel náběhu křídel tak, aby nebyly narušeny otáčky ani výkon větrného motoru. Miskový anemometr má velkou setrvačnost. Výhodnější je anemometr se žhaveným drátkem nebo anemometr s tenzometrem a digitálním vyhodnocováním. Výstup anemometru bude opět přiveden do počítače.-2GB 15408 U1, and the computer can use the feedback loop to adjust the wing pitch so that wind speed and wind power are not impaired. The bowl anemometer has great inertia. More preferred is a hot wire anemometer or an strain gauge anemometer with digital evaluation. The anemometer output will be returned to the computer.
Při konstrukci větrného motoru počítáme s hustotou vzduchu, nadmořskou výškou, třetí mocninou rychlosti větru. Jednotkovou plochu vynásobíme celou plochou větrného motoru vystavenou větru. Určíme jmenovitou rychlost větru asi dvounásobek průměrné rychlosti větru, rychloběžnost, převodový poměr a úhel náběhu všech křídel. Při uložení nosníku obdélníkového křídla v ložiscích na obou koncích křídla, můžeme zvětšit délku křídla s výškou rotoru a hloubku křídla tak, že plocha křídla bude mnohem větší než křídla větrných motorů s vodorovnou osou a vrtulí kolmou na směr větru. Výkonový součinitel větrného motoru tohoto typuje podobný a snad bude i lepší než u motorů s vodorovnou osou, může být dosaženo i velkých výkonů. Zastavení větrného motoru při nebezpečných rychlostech větru je možné nastavením všech křídel do praporu a zapnutím brzdy. Při rychlém odpojení sítě, při zkratech a jiných poruchách v síti 50 Hz je možné nastavit několik křídel do záporného vztlaku a tak rychle zabrzdit rotor přes jeho velkou setrvačnost. Spuštění tohoto motoru je možné provést pouhým nastavením křídel do pracovního stavu s maximálním úhlem náběhu, jakmile vítr dosáhne rychlosti vhodné pro minimální výkon větrného motoru. Pro krátké nárazy větru je vhodné použít zpožděné nastavení úhlu náběhu a zpožděné odbrždění.When designing a wind engine, we take into account air density, altitude, the third power of wind speed. Multiply the unit area by the entire wind engine exposed area. We determine the nominal wind speed about twice the average wind speed, speed, gear ratio and angle of attack of all wings. When placing a rectangular wing support in bearings at both ends of the wing, we can increase the wing length with the rotor height and the wing depth so that the wing surface will be much larger than the wind motor wings with horizontal axis and propeller perpendicular to the wind direction. The wind power coefficient of this type is similar and hopefully it will be better than horizontal axis engines, and large power can be achieved. Stopping the wind engine at dangerous wind speeds is possible by setting all the wings in the battalion and applying the brake. With quick disconnection of the mains, short-circuits and other disturbances in the 50 Hz network, several wings can be set to negative buoyancy, thus braking the rotor quickly despite its high inertia. This engine can be started by simply adjusting the wings to working condition with the maximum angle of attack as soon as the wind reaches a speed suitable for minimum wind power. For short wind shocks, it is advisable to use a delayed angle of attack and a delayed release.
Program v počítači a včasné informace z anemometru dovolují tyto nejdůležitější úpravy úhlu náběhu křídel:The computer program and timely information from the anemometer allow the following most important adjustments to the wing pitch:
1. Nastavení maximálního úhlu náběhu u všech křídel na obvodu rotorové klece pro vítr menších rychlostí až po dosažení jmenovitého výkonu. Při dalším zvyšování rychlosti větru je možné zmenšovat úhel náběhu všech křídel pro regulaci otáček a udržení stabilního výkonu. Může být využit i nulový úhel náběhu na příklad v pásmu úplavu.1. Setting the maximum angle of attack for all wings on the perimeter of the rotor cage for lower wind speeds up to rated power. By further increasing the wind speed, it is possible to reduce the angle of attack of all the wings to regulate the speed and maintain stable power. A zero angle of attack can also be used, for example in the damp zone.
2. Včasné zmenšení úhlu náběhu u několika nebo všech křídel při nárazech větru po dobu jeho trvání a jeho úpravu při odeznění nárazu.2. Early reduction of the angle of attack of several or all wings in the event of wind gusts during its duration and its adjustment when the impact subsides.
3. Rychlé zastavení rotoru pro setrvačnost nastavením křídel do záporného vztlaku při nečekaném odpojení sítě od generátoru při zkratech a podobných poruchách v síti 50 Hz.3. Quickly stop the inertia rotor by adjusting the wings to negative lift when the grid is unexpectedly disconnected from the generator in case of short-circuits and similar failures in the 50 Hz grid.
Objasnění technického řešení:Clarification of the technical solution:
Větrný motor se svislou osou a elektronicky řízeným kýváním křídel je vysvětlen pomocí teoretického výkresu na obr. 1, který zobrazuje větrný motor se svislou osou a kývavým pohybem křídel realizovaný výstředníkem s excentry a táhly, které ovládají kývání křídel pomocí křídla s úlohou kormidla. Realizace tohoto větrného motoru byla popsána v knize W. Justa Windmotor mit vertikaler Achse bei Auftriebausnutzung, Berlin 1943 a knihy ing. Kašpar F. Větrné motory a elektrárny 1948. Značky na výkresech z této doby jsou zachovány i na ostatních výkresech této přihlášky. Obr. 2 je teoretické zobrazení funkce větrného motoru, bez táhel a křídla s funkcí kormidla. Obr. 3 je zobrazení větrného motoru při pohledu z boku. Obr. 4 je zobrazení rotorové klece větrného motoru při pohledu od motorů s umístěním rotačního snímače polohy na ose roto40 rové klece.The vertical-axis wind motor with electronically controlled swinging of the wings is explained by the theoretical drawing in Fig. 1, which shows a vertical-axis wind motor and swinging of the wings by an eccentric with eccentrics and rods that control the swinging of the wings using a rudder-like wing. The realization of this wind engine was described in W. Justa Windmotor mit Achter bei Auftriebausnutzung, Berlin 1943 and the book by ing. Giant. 2 is a theoretical representation of the wind engine function, without linkage and wing with rudder function. Giant. 3 is a side view of the wind motor. Giant. 4 is an illustration of a rotor motor cage as viewed from engines with a rotary encoder location on the axis of the rotary motor cage.
Příklad uskutečnění technického řešeníExample of technical solution implementation
Větrný motor se svislou osou a elektronicky řízeným kýváním křídel je úprava větrného motoru se svislou osou a kývavými křídly, který má kývavé pohyby křidel ovládané táhly a výstředně uloženým čepem řízené křídlem s úlohou kormidla. Toto provedení z poloviny minulého století je zobrazeno na obr. 1.A vertical-axis and electronically-controlled swinging windmill is a vertical-axis and swinging-wing wind motor that has swinging wing-actuated wing movements and an eccentrically mounted wing-guided pivot. This mid-century embodiment is shown in Figure 1.
Ovládání větrného motoru se svislou osou a elektronicky řízeným kývavým pohybem křídel I je řešeno stejně jako ovládání průmyslových robotů. K ovládání křídel I je vhodný jeden stupeň volnosti s elektrickým pohonem, známý z automatizační techniky. Skutečná poloha rotorové klece 7 ke směru větrného proudu 11 a poloha nosníku 2 na obvodu rotorové klece 7 se mohouThe control of the wind motor with the vertical axis and the electronically controlled swinging movement of the wings I is the same as the control of industrial robots. One degree of freedom with electric drive, known from automation technology, is suitable for controlling the wings. The actual position of the rotor cage 7 in the direction of the wind current 11 and the position of the beam 2 on the periphery of the rotor cage 7 can be
-3 CZ 15408 Ul přesně měřit pomocí několika typů odměřovacího zařízení. Snímače polohy pro rotační pohyb jsou vybaveny kotoučovým snímáním. Může to být inkrementální odměřování, absolutní odměřování, interferometrický snímač, a jiné snímače až po optoelektronické CCD. Skutečná poloha nosníku 2 křídla I na obvodu rotorové klece 7 se měří pomocí úhlu psí vj; sevřeném s teoretickou osou kolmou na směr větrného proudu 11 a úhlem daným polohou nosníku 2 pomocí rotačního snímače pro inkrementální odměřování, jak je zobrazeno na obr. 2. Nulová ryska je umístěna na teoretické ose kolmé na směr větrného proudu 11, tato ryska určuje počátek odměřování, od tohoto bodu se zahajuje počítání jednotlivých kroků nebo úhlů. Při použití absolutního odměřování jednoznačně definuje polohu snímacího kotouče, to je okamžitý úhel natočení rotorové klece ío 7 nebo křídla LPrecisely measure using several types of metering devices. Position encoders for rotary motion are equipped with disc sensing. These can be incremental encoders, absolute encoders, interferometric encoders, and other encoders up to optoelectronic CCDs. The actual position of the sash beam 2 on the periphery of the rotor cage 7 is measured by the angle psi vj; clamped with the theoretical axis perpendicular to the direction of wind current 11 and the angle given by the position of the beam 2 by means of a rotary encoder for incremental transducer as shown in Figure 2. The zero line is located on the theoretical axis perpendicular to the wind direction 11. , from this point the counting of individual steps or angles begins. When using absolute encoder, it clearly defines the position of the sensor disc, that is the instantaneous angle of rotation of the rotor cage 7 or the wing L
K těmto snímačům náleží regulační obvod, který je složen z polohového regulátoru, zesilovače pohonu a výkonné jednotky tvořené motorem 22, tachogenerátorem 23 a rotačním snímačem pro odměřování úhlu 24. Tato výkonná jednotka je doplněna převodovkou 21. Tyto čtyři části regulačního obvodu 21, 22, 23, 24 jsou od výrobce dodávány na společné ose ajsou připevněny na ose každého křídla I na obvodu rotorové klece 7. Tento regulační obvod je ovládán počítačem, který je naprogramován pro kývavý pohyb každého křídla i na obvodu rotorové klece 7. Rotorová klec je pro účely výpočtu pohybu křídla 1 rozdělena na dvě poloviny teoretickou osou, kolmou na směr větru liják je zobrazeno na obr. 2. Poloha nosníku 2 křídla i na obvodu rotorové klece 7 svírá s teoretickou osou úhel psí ψ, podle W. Justa a F. Kašpara z tohoto úhlu psí ψ vycházejí všechny výpočty. Jedno rameno tohoto úhluje teoretická osa, která může být zvolena jako referenční bod - nulová ryska pro výpočet polohy tětivy 16 křídla 1 po celém obvodu rotorové klece 7. První výpočty zvolíme pro maximální úhel náběhu, který určí při jmenovité rychlosti větrného proudu J_1 a energie větru protékající celou plochou rotorové klece 7 vystavené větrnému proudu 11 jako jmenovitý výkon větrného motoru. Vypočtené polohy tětivy 16 křídla i pro úhly psí ψ po celém obvodu 360 stupňů rotorové klece 7 se naprogramují do počítače. Další výpočty budou pro menší úhly náběhu křídel i, které budou používány počítačem pro větší rychlosti větru 11, které bude počítač používat až do nebezpečných rychlostí větru 11, kdy bude dosažen nulový úhel náběhu. Při nebezpečných rychlostech větru 11 počítač nastaví všechna křídla i na nulový úhel náběhu - tak zvaně do praporu a zapne brzdu. Další výpočty bu30 dou pro záporný vztlak u jednoho nebo více křídel i pro případ rychlého zastavení větrného motoru pro zkraty nebo jiné poruchy v síti 50 Hz. Setrvačnost rotoru je potřeba překonat záporným vztlakem a brzdou. Všechny tyto výpočty se naprogramují do počítače.These sensors include a control circuit consisting of a position controller, a drive amplifier and a power unit consisting of a motor 22, a tachogenerator 23 and a rotary encoder for angle measurement 24. This power unit is supplemented by a transmission 21. These four parts of the control circuit 21, 22, 23, 24 are supplied by the manufacturer on a common axis and are mounted on the axis of each wing I at the periphery of the rotor cage 7. This control circuit is controlled by a computer programmed to swing each wing at the periphery of the rotor cage. The calculation of wing motion 1 is divided into two halves by the theoretical axis, perpendicular to the wind direction the downpour is shown in Fig. 2. The position of the wing girder i on the perimeter of the rotor cage 7 forms an angle sí with the theoretical axis. of this angle psi všechny are based on all calculations. One arm of this angle angles the theoretical axis, which can be selected as a reference point - a zero line to calculate the chord position 16 of the wing 1 along the entire circumference of the rotor cage 7. The first calculations are chosen for maximum angle of attack. flowing through the entire surface of the rotor cage 7 exposed to the wind current 11 as the rated power of the wind motor. The calculated chord positions 16 for psi-angles around the perimeter of the 360 degrees rotor cage 7 are programmed into the computer. Further calculations will be made for smaller wing angles 1 which will be used by the computer for higher wind speeds 11, which the computer will use up to dangerous wind speeds 11 when the zero angle of attack is reached. At dangerous wind speeds 11, the computer sets all wings even to a zero angle of attack - the so-called battalion and applies the brake. Other calculations are either for negative buoyancy on one or more of the wings, as well as in the case of a rapid wind motor stop for short circuits or other 50 Hz faults. The inertia of the rotor must be overcome by negative lift and brake. All these calculations are programmed into the computer.
Důležitou informací pro počítač je přesné měření úhlu psí ψ, které určí okamžitou polohu nosníku 2 na rotorové kleci 7. Shora provedené výpočty jsou pro úhel náběhu jednoho křídla i v průběhu 360 stupňů otáčení rotorové klece 7. Budou-li použity tři křídla jak je zobrazeno na obr. 2 a 4 bude průběh úhlu náběhu sousedního křídla i stejný po celém obvodu rotorové klece 7, ale bude fázově posunut o 120 stupňů. Při použití čtyřech křídel bude fáze posunuta o 90 stupňů, při pěti křídlech o 72 stupňů atd. Tyto hodnoty počítač připočítá pro každé křídlo i, podle použitého počtu křídel LImportant information for the computer is the accurate measurement of the angle psi sí, which determines the instantaneous position of the beam 2 on the rotor cage 7. The above calculations are for the angle of attack of one wing even during the 360 degrees rotation of the rotor cage 7. 2 and 4, the angle of attack of the adjacent wing will be the same along the entire circumference of the rotor cage 7, but will be phase shifted by 120 degrees. With four wings, the phase will be shifted 90 degrees, with five wings 72 degrees, etc. These values are calculated by the computer for each wing i, depending on the number of wings L
Pro účinnost větrného motoru je důležitou veličinou směr větru. Kormidlo 5 je umístěno nad rotorovou klecí 7 a snímání směru větru 11 je opět provedeno rotačním snímačem inkrementálního odměřování nebo absolutního odměřování. Výstup snímače jde opět do vstupu počítače, který řídí polohy křídel I proti směru větru 11.The wind direction is an important factor for the efficiency of a wind engine. The rudder 5 is located above the rotor cage 7 and the wind direction 11 is again sensed by a rotary encoder of the incremental or absolute encoder. The sensor output goes back to the computer input, which controls the wing positions I against the wind direction 11.
S kormidlem je spojen nosník 4 se snímačem 6 rychlosti větru (anemometrem), který je umístěn několik metrů před rotorovou klecí 7. Nárazy větru li jsou nejdříve zaznamenány snímačem 6 rychlosti větru a teprve po několika desetinách sekundy přijdou do rotorové klece 7. Informace o nárazu větru 11 se dostane do počítače dříve a umožní včasné úpravy úhlu náběhu všech křídel pro přicházející náraz větru 11. Tak nedochází k nečekanému zvýšení výkonu větrného motoru a generátoru sítě 50 Hz.A beam 4 is connected to the tiller 4 with a wind speed sensor 6 (anemometer), which is located a few meters in front of the rotor cage 7. Wind impacts 11 are first detected by the wind speed sensor 6 and only after a few tenths of a second come into the rotor cage 7. Wind 11 gets into the computer sooner and allows timely adjustment of the angle of attack of all the wings for the incoming wind 11. This does not unexpectedly increase the performance of the wind motor and 50 Hz grid generator.
Claims (4)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20041013A CZ299373B6 (en) | 2004-10-05 | 2004-10-05 | Wind engine with vertical axis and electronically controlled hunting of wings |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ15408U1 true CZ15408U1 (en) | 2005-05-09 |
Family
ID=34706120
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ20041013A CZ299373B6 (en) | 2004-10-05 | 2004-10-05 | Wind engine with vertical axis and electronically controlled hunting of wings |
| CZ200516445U CZ15408U1 (en) | 2004-10-05 | 2004-10-05 | Wind engine with vertical axis and electronic control of wing swinging |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ20041013A CZ299373B6 (en) | 2004-10-05 | 2004-10-05 | Wind engine with vertical axis and electronically controlled hunting of wings |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (2) | CZ299373B6 (en) |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1486338A (en) * | 1975-07-23 | 1977-09-21 | Barnes P | Wind or water powered machines |
| US4303835A (en) * | 1980-03-31 | 1981-12-01 | Puran Bair | Wind powered generator with cyclic airfoil latching |
| DE3918184A1 (en) * | 1989-06-03 | 1990-12-06 | Raimund Hoscheid | Wind turbine driving electrical generator - has horizontal arms supporting rotatable plates adjusted to match detected wind direction |
| NL9201771A (en) * | 1992-10-13 | 1994-05-02 | Ir Emile Sanders Dr | A system for windmills with a vertical shaft |
| DE4305600A1 (en) * | 1993-02-24 | 1994-08-25 | Dirk Dipl Ing Juergens | Device for controlling blades of vertical-axis rotors |
-
2004
- 2004-10-05 CZ CZ20041013A patent/CZ299373B6/en not_active IP Right Cessation
- 2004-10-05 CZ CZ200516445U patent/CZ15408U1/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ20041013A3 (en) | 2006-05-17 |
| CZ299373B6 (en) | 2008-07-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DK2933477T3 (en) | SYSTEM AND PROCEDURE FOR PRESSURE SPEED CONTROL OF A WINDMILL | |
| EP1230479B1 (en) | Method of controlling the operation of a wind turbine and wind turbine for use in said method | |
| EP2222955B1 (en) | Wind turbine blade and method for controlling the load on a blade | |
| CN109072875B (en) | Control of wind turbines using real-time gain calculations | |
| US4298313A (en) | Horizontal axis wind generator having adaptive cyclic pitch control | |
| US4355955A (en) | Wind turbine rotor speed control system | |
| US7905705B2 (en) | Adaptable flow-driven energy capture system | |
| EP1907695B1 (en) | Wind flow estimation and tracking using tower dynamics | |
| US4408954A (en) | Windmill yaw and speed controls | |
| GB2450077A (en) | Turbine for tidal power generation with active control of blade pitch | |
| US20030049128A1 (en) | Wind turbine | |
| EP3436694B1 (en) | Control of a wind turbine using real-time blade model | |
| WO1996020343A2 (en) | Rotor device and control for wind turbine | |
| WO1996020343A9 (en) | Rotor device and control for wind turbine | |
| US8410622B1 (en) | Vertical axis wind turbine with computer controlled wings | |
| CN102797629A (en) | Wind turbine generator control method, controller and control system of wind turbine generator | |
| CN109162878B (en) | Intelligent blade measurement and control method and system for wind driven generator | |
| NL8102371A (en) | WIND TURBINE ON THE WIND. | |
| CN116696663A (en) | Systems and methods for reducing vibrations in wind turbine blades using tunable mass dampers | |
| CN1964181A (en) | A control method of constant power above rated wind speed used for large wind motor set | |
| ATE387581T1 (en) | WIND TURBINE WITH VERTICAL AXIS OF ROTATION WITH A KITE CONTROL SYSTEM | |
| CZ15408U1 (en) | Wind engine with vertical axis and electronic control of wing swinging | |
| EP3404257A1 (en) | System and method for controlling a pitch angle of a wind turbine rotor blade | |
| Anderson et al. | An aerodynamic moment-controlled surface for gust load alleviation on wind turbine rotors | |
| WO2009033484A2 (en) | A method of controlling a wind turbine, a wind turbine and use of a method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG1K | Utility model registered |
Effective date: 20050509 |
|
| MK1K | Utility model expired |
Effective date: 20081005 |