RU217709U1 - WIND POWER PLANT WITH A NINE-PHASE GENERATOR - Google Patents

WIND POWER PLANT WITH A NINE-PHASE GENERATOR Download PDF

Info

Publication number
RU217709U1
RU217709U1 RU2023102807U RU2023102807U RU217709U1 RU 217709 U1 RU217709 U1 RU 217709U1 RU 2023102807 U RU2023102807 U RU 2023102807U RU 2023102807 U RU2023102807 U RU 2023102807U RU 217709 U1 RU217709 U1 RU 217709U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
wind
phase
switching device
permanent magnets
generator
Prior art date
Application number
RU2023102807U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Роберт Радилович Саттаров
Артур Валерьевич Махиянов
Искандер Ильсурович Балгазин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU217709U1 publication Critical patent/RU217709U1/en

Links

Images

Abstract

Полезная модель относится к ветроэнергетическим установкам, преобразующим энергию ветра в электрическую, которая может быть использована для повышения надежности и обеспечения высокой эффективности как при нормальных, так и при малых значениях скорости ветра. Сущность полезной модели: ветроэнергетическая установка с девятифазным генератором содержит ветроколесо, которое соединено с девятифазным синхронным генератором с постоянными магнитами. Выводы трех трехфазных обмоток А1А2А3, В1В2В3, С1С2С3 девятифазного синхронного генератора с постоянными магнитами выведены к выпрямителям, выводы которых присоединены к коммутирующему устройству. С помощью системы управления, включающей измеритель напряжения, компаратор, обмотку реле, происходит подача сигнала на коммутирующее устройство для переключения выводов выпрямителей от трех трехфазных обмоток последовательно или параллельно. Выводы коммутирующего устройства подключены к аккумулятору и инвертору, на выход которого подключается нагрузка. Полезная модель обеспечивает повышение надежности установки при сохранении высокой эффективности в широком диапазоне низких и нормальных скоростей ветра.

Figure 00000001
The utility model relates to wind power plants that convert wind energy into electrical energy, which can be used to improve reliability and ensure high efficiency both at normal and at low wind speeds. The essence of the utility model: a wind power plant with a nine-phase generator contains a wind wheel, which is connected to a nine-phase synchronous generator with permanent magnets. The conclusions of the three three-phase windings A 1 A 2 A 3 , B 1 B 2 B 3 , C 1 C 2 C 3 of a nine-phase synchronous generator with permanent magnets are led to rectifiers, the conclusions of which are connected to the switching device. With the help of a control system that includes a voltage meter, a comparator, a relay winding, a signal is sent to the switching device to switch the rectifier outputs from three three-phase windings in series or in parallel. The outputs of the switching device are connected to the battery and the inverter, the output of which is connected to the load. 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.
Figure 00000001

Description

Полезная модель относится к ветроэнергетическим установкам, преобразующим энергию ветра в электрическую, которая может быть использована для повышения надежности и обеспечения высокой эффективности 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, which can be used to improve reliability and ensure high efficiency both at normal and at low wind speeds.

Известен ветрогенератор (патент РФ №2168062, F03D 9/00, опубл. 27.05.2001. Бюл. №15), содержащий ветроколесо и магнитоэлектрический генератор, ротор которого имеет постоянные магниты и связан с ветроколесом, а статор выполнен из шихтованного магнитопровода с обмотками, согласно изобретению имеет два идентичных статора, магнитопроводы которых выполнены в виде плоских колец с установленными на их торцевой части и обращенными друг к другу плоскими обмотками, а ротор выполнен в виде немагнитного диска с вмонтированными в него постоянными магнитами, при этом диск ротора расположен между обмотками статора.A wind generator is known (RF patent No. 2168062, F03D 9/00, publ. 27.05.2001. Bull. No. 15), containing a wind wheel and a magnetoelectric generator, the rotor of which has permanent magnets and is connected to the wind wheel, and the stator is made of a laminated magnetic circuit with windings, according to the invention, it has two identical stators, the magnetic circuits of which are made in the form of flat rings with flat windings installed on their end part and facing each other, and the rotor is made in the form of a non-magnetic disk with permanent magnets mounted in it, while the rotor disk is located between the stator windings .

Недостатком аналога является невысокие удельные показатели, так как имеется увеличенный двойной зазор.The disadvantage of analogue is the low specific performance, as there is an increased double gap.

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 to 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 низкий уровень напряжения при малых скоростях вращения ветроколеса.The disadvantage of analog is the low voltage level at low speeds of rotation of the wind turbine.

Известен ветрогенератор (патент РФ №212697, F03D 7/04, Н02Р 9/00, опубл. 03.08.2022. Бюл. №22), содержащий ветроколесо, которое при помощи муфты валом соединено 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. Выводы одноименных фазных обмоток каждого синхронного генератора с постоянными магнитами присоединены к силовым ключам, выходы которых присоединены к выпрямителю, который присоединен к аккумулятору и инвертору, на выход которого подключается нагрузка. Силовые ключи коммутируются системой управления, которая состоит из измерителя напряжения, компаратора, обмотки реле.A wind generator is known (RF patent No. 212697, F03D 7/04, H02R 9/00, publ. 03.08.2022. Bull. No. 22), containing a wind wheel, which is connected by a shaft coupling to the rotor of a synchronous generator with permanent magnets. In turn, the synchronous generator with permanent magnets is connected in series by means of a coupling to a synchronous generator with permanent magnets of a different design. The outputs of the same phase windings of each permanent magnet synchronous generator are connected to power switches, the outputs of which are connected to a rectifier, which is connected to a battery and an inverter, the output of which is connected to the load. Power switches are switched by the control system, which consists of a voltage meter, comparator, relay winding.

Недостатком аналога является относительно высокие массогабаритные показатели из-за использования двух синхронных генераторов с постоянными магнитами.The disadvantage of analogue is the relatively high weight and size due to the use of two synchronous generators with permanent magnets.

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, Published on 01/09/2019. 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 winding of the stator, 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 стабилизация напряжения только в относительно небольшом диапазоне изменения скорости ветра.The disadvantage of the prototype is the voltage stabilization only in a relatively small range of wind speed.

Технической проблемой полезной модели является создание ветроэнергетической установки с девятифазным генератором с достижением следующего технического результата: повышение надежности и технологичности, снижение массогабаритных показателей, при сохранении высокой эффективности, поскольку имеется возможность стабилизировать напряжение на приемлемом уровне в более широком диапазоне низких и нормальных скоростей ветра.The technical problem of the utility model is the creation of a wind power plant with a nine-phase generator with the following technical result: increased reliability and manufacturability, reduced weight and size indicators, while maintaining high efficiency, since it is possible to stabilize the voltage at an acceptable level in a wider range of low and normal wind speeds.

Технический результат достигается тем, что ветроэнергетическая установка, состоящая из ветроколеса, синхронного генератора с постоянными магнитами, компаратора, обмотки реле, аккумулятора, инвертора, нагрузки, в отличие от прототипа генератор содержит девятифазную обмотку, три трехфазные обмотки которой выведены к трем выпрямителям, их выводы соединяются с помощью коммутирующего устройства, которым управляет компаратор и обмотка реле, последовательно или параллельно в зависимости от вырабатываемого напряжения, фиксируемого на измерителе напряжения.The technical result is achieved by the fact that the wind power plant, consisting of a wind wheel, a synchronous generator with permanent magnets, a comparator, a relay winding, a battery, an inverter, a load, unlike the prototype, the generator contains a nine-phase winding, three three-phase windings of which are connected to three rectifiers, their outputs are connected using a switching device, which is controlled by a comparator and a relay winding, in series or in parallel, depending on the generated voltage, which is recorded on the voltage meter.

Сущность полезной модели поясняется чертежом.The essence of the utility model is illustrated by the drawing.

На фигуре представлена структурная схема ветроэнергетической установки с девятифазным генератором.The figure shows a block diagram of a wind power plant with a nine-phase generator.

Ветроэнергетическая установка с девятифазным генератором содержит ветроколесо 1, которое соединено с девятифазным синхронным генератором с постоянными магнитами 2. Выводы трех трехфазных обмоток А1А2А3, В1В2В3, С1С2С3 девятифазного синхронного генератора с постоянными магнитами 2 выведены к выпрямителям 3, 4, 5, выводы которых присоединены к коммутирующему устройству 6, подключенного к аккумулятору 7 и инвертору 8, на выход которого подключается нагрузка 9. Коммутирующее устройство 6 регулируется системой управления 10, которая состоит из измерителя напряжения 11, компаратора 12, обмотки реле 13.A wind power plant with a nine-phase generator contains a wind wheel 1, which is connected to a nine-phase synchronous generator with permanent magnets 2. The conclusions of three three-phase windings A 1 A 2 A 3 , B 1 B 2 B 3 , C 1 C 2 C 3 of a nine-phase synchronous generator with permanent magnets 2 are connected to rectifiers 3, 4, 5, the outputs of which are connected to a switching device 6 connected to a battery 7 and an inverter 8, the output of which is connected to a load 9. The switching device 6 is controlled by the control system 10, which consists of a voltage meter 11, a comparator 12 , relay windings 13.

Ветроэнергетическая установка с девятифазным генератором работает следующим образом.Wind power plant with a nine-phase generator operates as follows.

С помощью системы управления 10, включающей измеритель напряжения 11, компаратор 12, обмотку реле 13, происходит подача сигнала на коммутирующее устройство 6 для соединения выводов выпрямителей 3, 4, 5 от трех трехфазных обмоток А1А2А3, B1B2B3, С1С2С3 последовательно или параллельно. Измеритель напряжения 11, подключенный к трехфазной обмотке А1А2А3 девятифазного синхронного генератора с постоянными магнитами 2, фиксирует изменение напряжения.Using the control system 10, which includes a voltage meter 11, a comparator 12, a relay winding 13, a signal is sent to the switching device 6 to connect the leads of the rectifiers 3, 4, 5 from three three-phase windings A 1 A 2 A 3 , B 1 B 2 B 3 , C 1 C 2 C 3 in series or in parallel. The voltage meter 11, connected to the three-phase winding And 1 A 2 A 3 nine-phase synchronous generator with permanent magnets 2, captures the change in voltage.

При нормальной скорости вращения ветроколеса 1, после выравнивания тока и напряжения на выпрямителях 3, 4, 5, коммутирующее устройство 6 соединяет концы выводов выпрямителей 3, 4, 5 от трех трехфазных обмоток А1А2А3, B1B2B3, С1С2С3 девятифазного синхронного генератора с постоянными магнитами 2 так, что они оказываются подключенными параллельно, при этом выходное напряжение имеет нормальное значение, а полный ток равен утроенному нормальному току одного выпрямителя. Выводы коммутирующего устройства 6 подключены к аккумулятору 7, который через инвертор 8 может обеспечить питание нагрузки 9. При таком режиме обеспечивается максимальная мощность ветроэнергетической установки при сохранении нормального значения напряжения.At normal speed of rotation of the wind wheel 1, after equalizing the current and voltage on the rectifiers 3, 4, 5, the switching device 6 connects the ends of the terminals of the rectifiers 3, 4, 5 from three three-phase windings A 1 A 2 A 3 , B 1 B 2 B 3 , With 1 With 2 With 3 nine-phase synchronous generator with permanent magnets 2 so that they are connected in parallel, while the output voltage has a normal value, and the total current is equal to three times the normal current of one rectifier. The outputs of the switching device 6 are connected to the battery 7, which, through the inverter 8, can provide power to the load 9. In this mode, the maximum power of the wind turbine is ensured while maintaining the normal voltage value.

При небольшом снижении скорости вращения ветроколеса 1, с помощью коммутирующего устройства 6, выводы выпрямителя 3 трехфазной обмотки А1А2А3 переводятся в режим холостого хода, а выводы выпрямителей 4 и 5 от двух трехфазных обмоток B1B2B3 и C1C2C3 соединяются последовательно, при этом выходное напряжение равно нормальному двойному выходному напряжению одного выпрямителя, что обеспечивает стабилизацию напряжения на аккумуляторе 7.With a slight decrease in the speed of rotation of the wind wheel 1, using a switching device 6, the outputs of the rectifier 3 of the three-phase winding A 1 A 2 A 3 are switched to idle mode, and the outputs of the rectifiers 4 and 5 from two three-phase windings B 1 B 2 B 3 and C 1 C 2 C 3 are connected in series, while the output voltage is equal to the normal double output voltage of one rectifier, which ensures voltage stabilization on the battery 7.

При дальнейшем снижении скорости вращения ветроколеса 1 напряжение девятифазного синхронного генератора с постоянными магнитами 2 также будет снижаться и фиксироваться измерителем напряжения 11. При достижении некоторого заданного порога минимальной величины компаратор 12 подаст сигнал на обмотку реле 13, из-за чего в цепи управления коммутирующего устройства 6 появится сигнал на переключение. Далее коммутирующее устройство 6 соединит концы выводов выпрямителей 3, 4, 5 от трех трехфазных обмоток А1А2А3, B1B2B3, С1С2С3 девятифазного синхронного генератора с постоянными магнитами 2 последовательно, что приведет к повышению выходного напряжения до нормального значения, а ток при этом уменьшится и окажется равным току одного выпрямителя. При этом мощность ветроэнергетической установки снижается, но является максимально возможной при данной сниженной скорости ветра.With a further decrease in the speed of rotation of the wind wheel 1, the voltage of the nine-phase synchronous generator with permanent magnets 2 will also decrease and be recorded by the voltage meter 11. When a certain specified threshold of the minimum value is reached, the comparator 12 will send a signal to the relay winding 13, due to which in the control circuit of the switching device 6 switch signal will appear. Next, the switching device 6 will connect the ends of the leads of the rectifiers 3, 4, 5 from three three-phase windings A 1 A 2 A 3 , B 1 B 2 B 3 , C 1 C 2 C 3 of a nine-phase synchronous generator with permanent magnets 2 in series, which will lead to an increase output voltage to a normal value, and the current will decrease and be equal to the current of one rectifier. In this case, the power of the wind power plant is reduced, but is the maximum possible at this reduced wind speed.

При повышении скорости ветра, система управления 10 обеспечивает обратное переключение концов выводов выпрямителей 3, 4, 5 от трех трехфазных обмоток А1А2А3, B1B2B3, С1С2С3 девятифазного синхронного генератора с постоянными магнитами 2 на параллельную работу. При этом во всех режимах ветроэнергетическая установка сохраняет близкий к нормальному уровню напряжения и выдает максимально возможную мощность при данной скорости ветра.With an increase in wind speed, the control system 10 provides reverse switching of the ends of the rectifier leads 3, 4, 5 from three three-phase windings A 1 A 2 A 3 , B 1 B 2 B 3 , C 1 C 2 C 3 of a nine-phase synchronous generator with permanent magnets 2 for parallel work. At the same time, in all modes, the wind power plant maintains a voltage level close to normal 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 (1)

Ветроэнергетическая установка, состоящая из ветроколеса, синхронного генератора с постоянными магнитами, компаратора, обмотки реле, аккумулятора, инвертора, нагрузки, отличающаяся тем, что генератор содержит девятифазную обмотку, три трехфазные обмотки которой выведены к трем выпрямителям, их выводы соединяются с помощью коммутирующего устройства, которым управляет компаратор и обмотка реле, последовательно или параллельно в зависимости от вырабатываемого напряжения, фиксируемого на измерителе напряжения.Wind power plant, consisting of a wind wheel, a synchronous generator with permanent magnets, a comparator, a relay winding, a battery, an inverter, a load, characterized in that the generator contains a nine-phase winding, three three-phase windings of which are connected to three rectifiers, their outputs are connected using a switching device, which is controlled by the comparator and the relay winding, in series or in parallel, depending on the generated voltage, which is recorded on the voltage meter.
RU2023102807U 2023-02-07 WIND POWER PLANT WITH A NINE-PHASE GENERATOR RU217709U1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU217709U1 true RU217709U1 (en) 2023-04-13

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU33410U1 (en) * 2003-07-02 2003-10-20 Попов Александр Ильич REDUCED WIND POWER UNIT
CN106452098A (en) * 2016-09-09 2017-02-22 湖南大学 High-voltage and large-power wind power generation system and control method thereof
CN109578211A (en) * 2018-09-17 2019-04-05 沈阳工程学院 Generator landing type T axis mixed drive variable-pitch variable-speed wind generating machine and control methods
CN213521713U (en) * 2020-10-16 2021-06-22 成都英格利科技有限公司 High-power high-reliability wind power generation hydrogen production system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU33410U1 (en) * 2003-07-02 2003-10-20 Попов Александр Ильич REDUCED WIND POWER UNIT
CN106452098A (en) * 2016-09-09 2017-02-22 湖南大学 High-voltage and large-power wind power generation system and control method thereof
CN109578211A (en) * 2018-09-17 2019-04-05 沈阳工程学院 Generator landing type T axis mixed drive variable-pitch variable-speed wind generating machine and control methods
CN213521713U (en) * 2020-10-16 2021-06-22 成都英格利科技有限公司 High-power high-reliability wind power generation hydrogen production system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108494197B (en) Stator/rotor permanent magnet type variable magnetic flux axial magnetic flux switching permanent magnet generator
CN108448807B (en) Flywheel energy storage system
Wang et al. Performance characteristics and preliminary analysis of low cost tubular linear switch reluctance generator for direct drive WEC
Gargov et al. Multi-phase air-cored tubular permanent magnet linear generator for wave energy converters
Ichinokura et al. Dynamic simulation model of switched reluctance generator
CN101262160B (en) Mixed excited magnetic pass switching electromotor
CN109639204A (en) Flywheel energy storage control system and control method based on ten two-phase permanent magnet synchronous motors
CN103490575B (en) Multiple tooth mixing exciter panel type wind-driven generator
CN104242580A (en) Variable winding starter generator for automobile
CN203504375U (en) Multi-teeth mixed excitation disc type wind driven generator
RU217709U1 (en) WIND POWER PLANT WITH A NINE-PHASE GENERATOR
CN202889138U (en) Parallel type composite excitation brushless direct-current motor
RU219901U1 (en) WIND GENERATOR WITH SWITCHED BIFILAR PHASE WINDINGS
CN201091066Y (en) Switching reluctance generator system apparatus
CN102403860B (en) Equal pole double-section reluctance generator
RU219734U1 (en) WIND POWER TWO-GENERATOR DEVICE FOR GENERATION OF ELECTRICITY IN THE EXTENDED RANGE OF WIND SPEED
RU186110U1 (en) Wind generator
Luo et al. A synchronous/permanent magnet hybrid AC machine
CN201656585U (en) Multi-teeth magnetic bridge type hybrid excitation flux switching motor
CN102005884B (en) Wide rotation speed range output permanent magnet constant speed generator system
Mirnikjoo et al. Design of an outer rotor flux switching permanent magnet generator for wind turbine
RU212697U1 (en) WIND POWER TWO-GENERATOR UNIT
RU175549U1 (en) High speed electromechanical energy converter
CN112803848A (en) Semi-self-excitation power converter of switched reluctance wind driven generator
CN112910015A (en) Permanent magnet excitation active and reactive power control system