RU228169U1 - Горизонтально-турбинный девятифазный ветрогенератор - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к ветроэнергетическим устройствам, преобразующим энергию ветра в электрическую, которая может быть использована для обеспечения высокой эффективности как при нормальных, так и при высоких значениях скорости ветра. Технический результат: обеспечивается возможность стабилизировать напряжение на приемлемом уровне в более широком диапазоне высоких и нормальных скоростей ветра. Сущность полезной модели: горизонтально-турбинный девятифазный ветрогенератор содержит в горизонтальной плоскости жесткий диск с треугольными сквозными отверстиями, исполненными по меньшей мере в двух концентрических рядах с равномерным шагом. Над и под упомянутыми отверстиями в разных концентрических рядах установлены идентичные пирамидно-парусные элементы. В свою очередь жесткий диск посредством ротора сочленен с девятифазным синхронным генератором с постоянными магнитами, который фланцем путем сборочной операции свинчивания соединен с блоком измерений напряжений и коммутаций, состоящим из выпрямителей, коммутирующего устройства, преобразователя постоянного тока, измерителя напряжения и формирователя сигналов. При этом девятифазный синхронный генератор с постоянными магнитами с помощью выводов трех трехфазных обмоток A₁A₂A₃, B₁B₂B₃, C₁C₂C₃ электрически связан с выпрямителями. Блок измерений напряжений и коммутаций электрическим кабелем, находящимся в опорной мачте, соединен с аккумулятором для последующего заряда и через инвертор для обеспечения питания нагрузки.

Description

Полезная модель относится к ветроэнергетическим устройствам, преобразующим энергию ветра в электрическую, которая может быть использована для обеспечения высокой эффективности как при нормальных, так и при высоких значениях скорости ветра.

Известен ветрогенератор (патент РФ №210487, F03D 80/70, F03D 13/20, F03D 3/00, Опубл. 18.04.2022. Бюл. №11), содержащий неподвижную ось, выполненную в виде цилиндрической трубы, электрогенератор, вертикальный вал, выполненный в виде цилиндрической трубы, охватывающей неподвижную ось, и расположенный соосно с ней, при этом вертикальный вал закреплен на неподвижной оси посредством двух подшипниковых узлов, верхний из которых содержит радиально-упорный подшипник, а нижний содержит самоустанавливающийся подшипник.

Недостатком аналога является низкая надежность и отсутствие стабилизации напряжения.

Известен виндротор с наклоняемым турбинно-генераторным блоком (патент РФ №2513863, F03D 11/00, Опубл. 20.04.2014. Бюл. №11), содержащий мачту, состоящую из двух частей, соединенных шарниром, вертикально-осевую турбину и лебедку. Лебедка закреплена рядом с мачтой и поднята на высоту, превышающую поперечный габарит аэродинамических лопастей турбины. Верхняя и нижняя части мачты состыкованы через фланцевое соединение, скошенное в противоположную сторону и вниз от лебедки. Соединяющий фланцы шарнир вынесен на опущенные кромки фланцев, а на их поднятой стороне имеются стягивающие крепежные элементы, расположенные от упомянутой оси роторы имеют встречные вращения.

Недостатком аналога является сложность конструкции и невысокая надежность.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемой полезной модели является горизонтально-турбинный ветрогенератор (патент РФ №2453727, F03D 3/00, Опубл. 20.06.2012. Бюл. №17), который содержит опорную мачту, на вершине которой размещены неподвижный статор и ротор с вертикальной осью вращения, а также турбина с парусными элементами. Турбина представляет собой горизонтальный диск с по меньшей мере двумя концентрическими рядами парусных элементов. Парусные элементы установлены с равным шагом по одной концентрической окружности сверху, а по другой - снизу несущей дисковой поверхности в виде трехгранных пирамид. Основания пирамид вырезаны, а одна из граней является открытой, радиально направленной или коаксиальной радиусу турбины и образует с диском прямой или тупой угол. Пирамидно-парусные элементы разных концентрических рядов имеют относительное равноугловое смещение.

Недостатком прототипа является отсутствие стабилизации напряжения.

Задачей полезной модели является создание ветроэнергетического устройства с девятифазным генератором с достижением следующего технического результата: обеспечивается возможность стабилизировать напряжение на приемлемом уровне в более широком диапазоне высоких и нормальных скоростей ветра.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что ветроэнергетическое устройство, содержащее жесткий диск с треугольными сквозными отверстиями и пирамидно-парусными элементами, посредством ротора сочлененный с генератором, стоящим на опорной мачте, согласно полезной модели, содержит девятифазный синхронный генератор с постоянными магнитами, фланец которого соединен с блоком измерений напряжений и коммутаций, состоящим из выпрямителей, коммутирующего устройства, преобразователя постоянного тока, измерителя напряжения и формирователя сигналов, причем три трехфазные обмотки генератора выведены к трем выпрямителям, выводы которых через коммутирующее устройство соединены с входом преобразователя постоянного напряжения, измеритель напряжения подсоединен к одному из выпрямителей и через формирователь сигналов подключен к коммутирующему устройству и преобразователю постоянного тока с возможностью соединения его посредством электрического кабеля с аккумулятором и инвертором для питания нагрузки.

Полезная модель поясняется тремя чертежами. На фиг. 1 представлен общий вид ветроэнергетического устройства с девятифазным генератором, на фиг. 2 - вид сверху ветроэнергетического устройства с девятифазным генератором, на фиг. 3 представлена структурная схема ветроэнергетического устройства с девятифазным генератором.

Ветроэнергетическое устройство с девятифазным генератором содержит в горизонтальной плоскости жесткий диск 1 с треугольными сквозными отверстиями 2, исполненными по меньшей мере в двух концентрических рядах с равномерным шагом. Над и под упомянутыми отверстиями в разных концентрических рядах установлены идентичные пирамидно-парусные элементы 3. В свою очередь жесткий диск 1 посредством ротора 4 сочленен с девятифазным синхронным генератором с постоянными магнитами 5, который фланцем 6 путем сборочной операции свинчивания соединен с блоком измерений напряжений и коммутаций 7, состоящим из выпрямителей 8, коммутирующего устройства 9, преобразователя постоянного тока 10, измерителя напряжения 11 и формирователя сигналов 12. При этом девятифазный синхронный генератор с постоянными магнитами 5 с помощью выводов трех трехфазных обмоток А₁А₂А₃, В₁В₂В₃, С₁С₂С₃ электрически связан с выпрямителями 8. Блок измерений напряжений и коммутаций 7 электрическим кабелем 13, находящимся в опорной мачте 14, соединен с аккумулятором 15 для последующего заряда и через инвертор 16 для обеспечения питания нагрузки 17. Все выводы элементов электрической части ветроэнергетического устройства с девятифазным генератором в виде проводов соединены между собой с помощью операции пайки.

Ветроэнергетическое устройство с девятифазным генератором работает следующим образом.

Под напором ветра и в результате разницы в аэродинамических показателях диаметрально расположенных парусных элементов 3 по фронту воздушного потока возникает результирующая движущая сила, создающая крутящий момент на вертикальном роторе 4 девятифазного синхронного генератора с постоянными магнитами 5. Ротор 4 приводится во вращение, девятифазный синхронный генератор с постоянными магнитами 5 начинает вырабатывать электрическую энергию.

При благоприятной скорости ветра в нормальном диапазоне скоростей для работы ветроэнергетического устройства с девятифазным генератором, жесткий диск 1 посредством ротора 4 вращает с нормальной скоростью девятифазный синхронный генератор с постоянными магнитами 5, в трех трехфазных обмотках А₁А₂А₃, В₁В₂В₃, С₁С₂С₃ которого вырабатывается переменное напряжение, преобразуемое далее в постоянное в блоке измерений напряжений и коммутаций 7 при помощи выпрямителей 8. При данном режиме в блоке измерений напряжений и коммутаций 7, коммутирующее устройство 9, при соответствующем сигнале от формирователя сигналов 12, соединяет выводы выпрямителей 8 так, что они оказываются подключенными последовательно, при этом выходное напряжение имеет нормальное утроенное значение, а полный ток равен нормальному току одного выпрямителя. Преобразователь постоянного тока 10, к которому подключены выводы коммутирующего устройства 9, стабилизирует величину постоянного напряжения до номинального уровня при незначительных отклонениях. Стабилизированное напряжение используется для заряда аккумулятора 15 и через инвертор 16 для питания нагрузки 17 на поверхности земли. При таком режиме обеспечивается соответствующий ветровой скорости уровень мощности ветроэнергетического устройства с девятифазным генератором при сохранении нормального значения напряжения и тока. Устройство работает в нормальном режиме.

При повышении скорости ветра выше благоприятной, соответственно увеличится скорость вращения жесткого диска 1 и напряжение девятифазного синхронного генератора с постоянными магнитами 5 в обмотках А₁А₂А₃, В₁В₂В₃, С₁С₂С₃. Напряжение после выпрямителей 8 будет увеличиваться, что определится в блоке измерений напряжений и коммутаций 7 измерителем напряжения 11, подключенным к одному из выпрямителей. При достижении максимального порога напряжения, формирователь сигналов 12 подаст сигнал на переключение коммутирующего устройства 9, которое соединит выводы выпрямителей 8 параллельно. Это приведет к уравниванию напряжений выпрямителей 8, и выходное напряжение будет иметь нормальное значение, а полный ток будет в три раза выше тока одного выпрямителя. Преобразователь постоянного тока 10 стабилизирует выходное напряжение до нормального уровня. При этом ток и мощность ветроэнергетического устройства увеличится по сравнению с нормальным режимом до соответствующей повышенной ветровой скорости уровня.

При обратном понижении скорости ветра до благоприятной для нормальной работы ветроэнергетического устройства с девятифазным генератором, формирователь сигналов 12 обеспечит обратное переключение выводов выпрямителей 8 в коммутирующем устройстве 9 на последовательную работу. Устройство окажется в нормальном режиме работы с соответствующим уровнем мощности.

При этом во всех режимах ветроэнергетическое устройство сохраняет нормальный уровень напряжения и выдает максимально возможную мощность при данной скорости ветра.

Таким образом, заявляемая полезная модель обеспечивает возможность стабилизировать напряжение и сохранять высокую эффективность на приемлемом уровне в более широком диапазоне высоких и нормальных скоростей ветра.

Claims (1)

1. Ветроэнергетическое устройство, содержащее жесткий диск с треугольными сквозными отверстиями и пирамидно-парусными элементами, посредством ротора сочлененный с генератором, стоящим на опорной мачте, отличающееся тем, что содержит девятифазный синхронный генератор с постоянными магнитами, фланец которого соединен с блоком измерений напряжений и коммутаций, состоящим из выпрямителей, коммутирующего устройства, преобразователя постоянного тока, измерителя напряжения и формирователя сигналов, причем три трехфазные обмотки генератора выведены к трем выпрямителям, выводы которых через коммутирующее устройство соединены с входом преобразователя постоянного напряжения, измеритель напряжения подсоединен к одному из выпрямителей и через формирователь сигналов подключен к коммутирующему устройству и преобразователю постоянного тока с возможностью соединения его посредством электрического кабеля с аккумулятором и инвертором для питания нагрузки.