RU219901U1 - Ветрогенератор с коммутируемыми бифилярными фазными обмотками - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к ветрогенераторам, 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: ветрогенератор с коммутируемыми бифилярными фазными обмотками содержит ветроколесо, которое соединено с магнитоэлектрическим генератором. К бифилярной статорной обмотке магнитоэлектрического генератора, три фазы которой соединены в звезду, подсоединены два выпрямителя, выводы которых через коммутирующее устройство присоединены к аккумулятору и/или к инвертору, обеспечивающего питание нагрузки. Коммутирующее устройство регулируется системой управления посредством сигналов от измерителя напряжения. Полезная модель обеспечивает повышение надежности установки при сохранении высокой эффективности в широком диапазоне низких и нормальных скоростей ветра.

Description

Полезная модель относится к ветрогенераторам, 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.

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.

Недостатком аналога является невысокие удельные показатели, так как имеется увеличенный двойной зазор.

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.

Недостатком аналога является низкий уровень напряжения при малых скоростях вращения ветроколеса.

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.

Недостатком аналога является относительно высокие массогабаритные показатели из-за использования двух синхронных генераторов с постоянными магнитами.

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.

Недостатком прототипа является относительно сложные схемы и трудности синхронизации переменного напряжения двухсекционных коммутируемых обмоток ветрогенератора.

Технической проблемой полезной модели является создание ветрогенератора с коммутируемыми бифилярными фазными обмотками с достижением следующего технического результата: повышение надежности и технологичности вследствие более простой схемы бифилярной статорной обмотки и более надежной схемы коммутации.

Технический результат достигается тем, что в ветрогенераторе, состоящем из ветроколеса, магнитоэлектрического генератора, аккумулятора, выпрямителей, инвертора, нагрузки, в отличие от прототипа магнитоэлектрический генератор содержит бифилярную статорную обмотку, концы которой выведены к выпрямителям, выводы которых соединяются последовательно или параллельно с помощью коммутирующего устройства, которым управляет система управления, в зависимости от вырабатываемого напряжения, фиксируемого на измерителе напряжения.

Сущность полезной модели поясняется чертежами.

На фигуре представлена структурная схема ветрогенератора с коммутируемыми бифилярными фазными обмотками.

Ветрогенератор с коммутируемыми бифилярными фазными обмотками содержит ветроколесо 1, которое соединено с магнитоэлектрическим генератором 2. К бифилярной статорной обмотке магнитоэлектрического генератора 2, три фазы которой соединены в звезду, подсоединены два выпрямителя 3 и 4, выводы которых через коммутирующее устройство 5 присоединены к аккумулятору 6 и/или к инвертору 7, обеспечивающего питание нагрузки 8. Коммутирующее устройство 5 регулируется системой управления 9 посредством сигналов от измерителя напряжения 10.

Ветрогенератор с коммутируемыми бифилярными фазными обмотками работает следующим образом.

При нормальной скорости ветра ветроколесо 1 вращается с нормальной скоростью и в трех фазах бифилярной статорной обмотки (в общем случае, обмотка многосекционная) магнитоэлектрического генератора 2 вырабатывается переменное напряжение, которое преобразуется в постоянное посредством выпрямителей 3 и 4. В данном режиме коммутирующее устройство 5, при соответствующем сигнале от системы управления 9, соединяет выводы выпрямителей 3 и 4 так, что они оказываются подключенными параллельно, при этом выходное напряжение имеет нормальное значение, а полный ток равен удвоенному нормальному току одного выпрямителя. Выпрямленное напряжение используется для заряда аккумулятора 6 и/или через инвертор 7 для питания нагрузки 8. При таком режиме обеспечивается максимальная мощность ветрогенератора при сохранении нормального значения напряжения. Установка работает в нормальном режиме максимальной мощности.

При снижении скорости вращения ветроколеса 1 напряжение магнитоэлектрического генератора 2 также будет снижаться и фиксироваться измерителем напряжения 10. При достижении некоторого заданного порога минимальной величины система управления 9 подаст сигнал на переключение коммутирующего устройства 5, которое соединит концы выводов выпрямителей 3, 4 от бифилярной статорной обмотки магнитоэлектрического генератора 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 ветрогенератора снижается, но является максимально возможной при данной сниженной скорости ветра.

При обратном повышении скорости ветра и ветроколеса 1 до нормальных значений, система управления 9 обеспечивает обратное переключение выводов выпрямителей 3 и 4 на параллельную работу. Ветрогенератор окажется в нормальном режиме работы.

Таким образом, заявляемая полезная модель обеспечивает повышение технологичности и надежности ветрогенератора при сохранении высокой эффективности в широком диапазоне низких и нормальных скоростей ветра.

Claims (1)

1. Ветрогенератор, состоящий из ветроколеса, магнитоэлектрического генератора, аккумулятора, выпрямителей, инвертора, нагрузки, отличающийся тем, что магнитоэлектрический генератор содержит бифилярную статорную обмотку, концы которой выведены к выпрямителям, выводы которых соединяются последовательно или параллельно с помощью коммутирующего устройства, которым управляет система управления, в зависимости от вырабатываемого напряжения, фиксируемого на измерителе напряжения.

Images