RU212697U1

RU212697U1 - WIND POWER TWO-GENERATOR UNIT

Info

Publication number: RU212697U1
Application number: RU2022104815U
Authority: RU
Inventors: Роберт Радилович Саттаров; Артур Валерьевич Махиянов; Идель Робертович Саттаров
Filing date: 2022-02-22
Publication date: 2022-08-03

Abstract

Полезная модель относится к ветроэнергетическим установкам, преобразующим энергию ветра в электрическую для автономного электроснабжения потребителей, которая может быть использована с высокой эффективностью как при нормальных, так и при малых значениях скорости ветра. Сущность полезной модели: ветроэнергетическая двухгенераторная установка содержит ветроколесо, которое при помощи муфты соединено валом с ротором синхронного генератора с постоянными магнитами. В свою очередь, синхронный генератор с постоянными магнитами последовательно с помощью муфты соединен с синхронным генератором с постоянными магнитами иного исполнения. Выходы одноименных фазных обмоток каждого синхронного генератора с постоянными магнитами выведены к силовым ключам. С помощью системы управления, включающей измеритель напряжения, компаратор, обмотку реле, происходит подача сигнала на силовые ключи для переключения одноименных обмоток последовательно или параллельно. Выводы силовых ключей подключены к выпрямителю, который подзаряжает аккумулятор и/или через инвертор обеспечивает питание нагрузки. Полезная модель обеспечивает повышение надежности установки при сохранении высокой эффективности в широком диапазоне низких и нормальных скоростей ветра.

The utility model relates to wind power plants that convert wind energy into electrical energy for autonomous power supply to consumers, which can be used with high efficiency both at normal and at low wind speeds. Essence of the utility model: a wind power two-generator installation contains a wind wheel, which is connected by a shaft to the rotor of a synchronous generator with permanent magnets by means of a coupling. In turn, the synchronous generator with permanent magnets is connected in series with the help of a coupling to a synchronous generator with permanent magnets of a different design. The outputs of the same phase windings of each synchronous generator with permanent magnets are connected to power switches. With the help of a control system, including a voltage meter, a comparator, a relay winding, a signal is sent to the power switches to switch the windings of the same name in series or in parallel. The outputs of the power switches are connected to a rectifier, which recharges the battery and/or provides power to the load through the inverter. The utility model provides an increase in the reliability of the installation while maintaining high efficiency in a wide range of low and normal wind speeds.

Description

Полезная модель относится к ветроэнергетическим установкам, преобразующим энергию ветра в электрическую для автономного электроснабжения потребителей, которая может быть использована с высокой эффективностью как при нормальных, так и при малых значениях скорости ветра.The utility model relates to wind power plants that convert wind energy into electrical energy for autonomous power supply to consumers, which can be used with high efficiency both at normal and at low wind speeds.

Известен ветрогенератор (патент РФ №2674815, F03D 7/00, Н02Р 9/00, опубл. 13.12.2018. Бюл. №35), содержащий ветроколесо, связанное механическим валом с ротором электрической машины, которая через нормально-замкнутый первый ключ и выпрямительно-зарядное устройство соединена с аккумулятором и входом инвертора, который выходом подключен к нагрузке, таймер. В устройство дополнительно введены двухпороговый компаратор и нормально разомкнутый второй ключ, при этом двухпороговый компаратор присоединен входом к электрической машине, а выходом связан с управляющим входом нормально-замкнутого первого ключа и с входом таймера, выходом подключенного к управляющему входу нормально-разомкнутого второго ключа, при помощи которого аккумулятор подсоединяется через преобразователь напряжения к электрической машине, при этом электрическая машина является обратимой и работает как в режиме генератора, так и в режиме двигателя.A wind generator is known (RF patent No. 2674815, F03D 7/00, H02R 9/00, publ. 13.12.2018. Bull. No. 35), containing a wind wheel connected by a mechanical shaft to the rotor of an electric machine, which through a normally closed first key and rectifier - the charger is connected to the battery and the input of the inverter, which is connected to the load by the output, the timer. A two-threshold comparator and a normally open second switch are additionally introduced into the device, while the two-threshold comparator is connected with the input to the electric machine, and the output is connected to the control input of the normally closed first switch and to the timer input, the output of the normally open second switch connected to the control input, with with the help of which the battery is connected through a voltage converter to an electric machine, while the electric machine is reversible and operates both in generator mode and in engine mode.

Недостатком аналога является режим двигателя, что энергетически не выгодно для потребителей.The disadvantage of the analogue is the engine mode, which is not energetically beneficial for consumers.

Известен ветрогенератор (патент РФ №164481, F03D 7/02, F03D 9/25, опубл. 10.09.2016. Бюл. №25), содержащий электрогенератор и механизм поворота, в котором механизм поворота содержит центральный ведущий вал, на котором зафиксирована ведущая шестерня, которая входит в зацепления с ведомыми шестернями, которые зафиксированы при помощи шпоночного соединения на штангах, установленных в корпусе и входящих в зацепления с венцом.A wind generator is known (RF patent No. 164481, F03D 7/02, F03D 9/25, published on September 10, 2016. Bull. No. 25), containing an electric generator and a rotation mechanism, in which the rotation mechanism contains a central drive shaft, on which the drive gear is fixed , which engages with the driven gears, which are fixed by means of a key connection on the rods installed in the housing and engaging with the crown.

Недостатком аналога является невысокая надежность.The disadvantage of analog is the low reliability.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемой полезной модели является ветрогенератор (патент РФ №186110, F03D 7/04, F03D 9/25, Н02Р 9/00, опубл. 09.01.2019. Бюл. №1), содержащий ветроколесо, связанное механическим валом с ротором трехфазного синхронного электрического генератора с постоянными магнитами, каждая двухсекционная фазная обмотка статора которого через контактные группы и выпрямительно-зарядное устройство соединена с аккумулятором и инвертором, подключенным к нагрузке, измеритель скорости вращения ротора и компаратор.The closest in technical essence and the achieved result to the claimed utility model is a wind generator (RF patent No. 186110, F03D 7/04, F03D 9/25, H02R 9/00, publ. 09.01.2019. Bull. No. 1), containing a wind wheel, connected by a mechanical shaft to the rotor of a three-phase synchronous electric generator with permanent magnets, each two-section phase stator winding of which is connected through contact groups and a rectifier-charging device to a battery and an inverter connected to the load, a rotor speed meter and a comparator.

Недостатком прототипа является относительно невысокая надежность и сложность производства ветрогенератора из-за применения нетиповой конструкции синхронного электрического генератора с постоянными магнитами, содержащего двухсекционную фазную обмотку.The disadvantage of the prototype is the relatively low reliability and complexity of the production of the wind generator due to the use of non-standard design of a synchronous electric generator with permanent magnets containing a two-section phase winding.

Задачей полезной модели является создание ветроэнергетической двухгенераторной установки с достижением следующего технического результата: повышение надежности и технологичности при сохранении высокой эффективности в широком диапазоне низких и нормальных скоростей ветра.The objective of the utility model is to create a twin-generator wind power plant with the following technical result: increased reliability and manufacturability while maintaining high efficiency in a wide range of low and normal wind speeds.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что ветроэнергетическая установка, состоящая из ветроколеса, компаратора, обмотки реле, выпрямителя, аккумулятора, инвертора, в отличие от прототипа содержит два трехфазных синхронных генератора с постоянными магнитами, связанные механически с валом ветроколеса с помощью муфт, в зависимости от вырабатываемого напряжения, фиксируемого на измерителе напряжения, фазная обмотка каждого синхронного генератора одноименной фазой соединяется или последовательно, или параллельно с помощью силовых ключей, которыми управляет компаратор и обмотка реле.The problem is solved, and the technical result is achieved by the fact that the wind power plant, consisting of a wind wheel, a comparator, a relay winding, a rectifier, a battery, an inverter, unlike the prototype, contains two three-phase synchronous generators with permanent magnets mechanically connected to the wind wheel shaft by means of couplings , depending on the generated voltage, fixed on the voltage meter, the phase winding of each synchronous generator with the same phase is connected either in series or in parallel using power switches controlled by the comparator and the relay winding.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фигуре представлена структурная схема ветроэнергетической двухгенераторной установки.The essence of the utility model is illustrated by the drawing, where the figure shows a structural diagram of a wind power two-generator installation.

Ветроэнергетическая двухгенераторная установка содержит ветроколесо 1, которое при помощи муфты 2 валом 3 соединено с ротором 4 синхронного генератора с постоянными магнитами 5. В свою очередь, синхронный генератор с постоянными магнитами 5 последовательно с помощью муфты 6 соединен с синхронным генератором с постоянными магнитами 7 иного исполнения. Выводы одноименных фазных обмоток каждого синхронного генератора с постоянными магнитами 5 и 7 присоединены к силовым ключам 8, выходы которых присоединены к выпрямителю 9, который присоединен к аккумулятору 10 и инвертору 11, на выход которого подключается нагрузка 12. Силовые ключи коммутируются системой управления 13, которая состоит из измерителя напряжения 14, компаратора 15, обмотки реле 16.The wind power two-generator installation contains a wind wheel 1, which, using a clutch 2, is connected by a shaft 3 to the rotor 4 of a synchronous generator with permanent magnets 5. In turn, the synchronous generator with permanent magnets 5 is connected in series with a synchronous generator with permanent magnets 7 of a different design using a clutch 6 . The outputs of the same phase windings of each synchronous generator with permanent magnets 5 and 7 are connected to power switches 8, the outputs of which are connected to the rectifier 9, which is connected to the battery 10 and the inverter 11, the output of which is connected to the load 12. The power switches are switched by the control system 13, which consists of voltage meter 14, comparator 15, relay winding 16.

Ветроэнергетическая двухгенераторная установка работает следующим образом.Wind power two-generator installation operates as follows.

С помощью системы управления 13, включающей измеритель напряжения 14, компаратор 15, обмотку реле 16, происходит подача сигналов на силовые ключи 8 для соединения одноименных обмоток последовательно или параллельно. Измеритель напряжения 14, подключенный к одной фазе синхронного генератора с постоянными магнитами 5, фиксирует изменение напряжения.With the help of the control system 13, including the voltage meter 14, the comparator 15, the relay winding 16, signals are sent to the power switches 8 to connect the windings of the same name in series or in parallel. The voltage meter 14, connected to one phase of the synchronous generator with permanent magnets 5, captures the change in voltage.

При нормальной скорости ветра силовые ключи 8 соединяют одноименные концы фаз обмоток синхронных генераторов с постоянными магнитами 5 и 7 так, что они оказываются подключенными параллельно, при этом выходное напряжение имеет нормальное значение, а полный ток равен удвоенному нормальному току одного генератора. Выводы синхронных генераторов с постоянными магнитами 5 и 7 через силовые ключи 8 подключены к выпрямителю 9, который подзаряжает аккумулятор 10 и/или через инвертор 11 обеспечивает питание нагрузки 12. При таком режиме обеспечивается максимальная мощность двухгенераторной установки при сохранении нормального значения напряжения.At normal wind speed, power switches 8 connect the same ends of the phases of the windings of synchronous generators with permanent magnets 5 and 7 so that they are connected in parallel, while the output voltage has a normal value, and the total current is equal to twice the normal current of one generator. The outputs of synchronous generators with permanent magnets 5 and 7 are connected through power switches 8 to a rectifier 9, which recharges the battery 10 and/or through the inverter 11 provides power to the load 12. In this mode, the maximum power of the two-generator set is ensured while maintaining the normal voltage value.

При снижении скорости вращения ветроколеса 1 до минимальной пороговой величины напряжение синхронных генераторов с постоянными магнитами 5 и 7 также будет снижаться и фиксироваться измерителем напряжения 14. При достижении некоторого заданного порога компаратор 15 подаст сигнал на обмотку реле 16, из-за чего в цепи управления силовыми ключами 8 появится сигнал на переключение. Далее силовые ключи 8 соединят одноименные фазы синхронных генераторов с постоянными магнитами 5 и 7 последовательно, что приведет к повышению выходного напряжения до нормального значения, а ток при этом уменьшится и окажется равным току одного генератора. При этом мощность двухгенераторной установки снижается, но является максимально возможной при данной сниженной скорости ветра.When the speed of rotation of the wind wheel 1 decreases to the minimum threshold value, the voltage of the synchronous generators with permanent magnets 5 and 7 will also decrease and be recorded by the voltage meter 14. When a certain predetermined threshold is reached, the comparator 15 will send a signal to the relay winding 16, due to which in the power control circuit keys 8 will signal to switch. Next, power switches 8 will connect the same phases of synchronous generators with permanent magnets 5 and 7 in series, which will increase the output voltage to a normal value, and the current will decrease and be equal to the current of one generator. In this case, the power of the two-generator set is reduced, but it is the maximum possible at a given reduced wind speed.

При повышении скорости ветра система управления 13 обеспечивает обратное переключение одноименных фаз синхронных генераторов с постоянными магнитами 5 и 7 на параллельную работу. При этом во всех режимах двухгенераторная установка сохраняет нормальный уровень напряжения и выдает максимально возможную мощность при данной скорости ветра.With an increase in wind speed, the control system 13 provides reverse switching of the same phases of synchronous generators with permanent magnets 5 and 7 for parallel operation. At the same time, in all modes, the two-generator set maintains a normal voltage level and produces the maximum possible power at a given wind speed.

Таким образом, заявляемая полезная модель обеспечивает повышение технологичности и надежности ветроэнергетической установки при сохранении высокой эффективности в широком диапазоне низких и нормальных скоростей ветра.Thus, the claimed utility model provides an increase in the manufacturability and reliability of a wind power plant while maintaining high efficiency in a wide range of low and normal wind speeds.

Claims

A wind power plant consisting of a wind wheel, a comparator, a relay winding, a rectifier, a battery, an inverter, characterized in that it contains two three-phase synchronous generators with permanent magnets mechanically connected to the wind wheel shaft using couplings, depending on the generated voltage, recorded on the voltage meter , the phase winding of each synchronous generator of the same phase is connected either in series or in parallel using power switches controlled by a comparator and a relay winding.