RU2789817C1 - Asynchronous ac synchronous axial-radial wind turbine generator - Google Patents

Asynchronous ac synchronous axial-radial wind turbine generator Download PDF

Info

Publication number
RU2789817C1
RU2789817C1 RU2022122704A RU2022122704A RU2789817C1 RU 2789817 C1 RU2789817 C1 RU 2789817C1 RU 2022122704 A RU2022122704 A RU 2022122704A RU 2022122704 A RU2022122704 A RU 2022122704A RU 2789817 C1 RU2789817 C1 RU 2789817C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
exciter
phase
transistor
armature
generator
Prior art date
Application number
RU2022122704A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Яков Михайлович Кашин
Алексей Сергеевич Князев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ")
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Краснодарское высшее военное авиационное училище летчиков имени Героя Советского Союза А.К. Серова" (ФГК ВОУ ВО "КВВАУЛ")
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ"), Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Краснодарское высшее военное авиационное училище летчиков имени Героя Советского Союза А.К. Серова" (ФГК ВОУ ВО "КВВАУЛ") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ")
Application granted granted Critical
Publication of RU2789817C1 publication Critical patent/RU2789817C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering, in particular to wind power converters, can may be used for converting incoming air stream kinetic energy (for example, energy of incoming air stream when using on mobile local objects, wind energy when using on stationary local objects) into alternating current electrical energy. The technical result is achieved due to the fact that asynchronous synchronous axial-radial alternating current wind turbine generator contains a fixed platform, rigidly installed on a boom-holder, front and rear bearing units, the inner stator with a fixed axis pressed into the hole made in the center of the fixed platform, and the outer rotor containing a hub with blades installed on the hub outer surface with a fairing at the front side. The wind generator is designed as a two-cascade generator and consists of an exciter and the main generator, the magnetic system elements of which are fixed to the inner stator and the outer rotor. The exciter consists of an axial exciter field winding, in slots of which a three-phase exciter field winding and an axial exciter armature winding are installed. The wind generator also contains an inverter, the input of which input is connected to the main generator three-phase armature winding phase commencement, the inverter output is connected to the exciter three-phase excitation winding phase commencement.
EFFECT: invention provides possibility to improve operational and technical characteristics of wind turbine, in particular, to improve the quality of generated electricity alternating current by minimizing the generator output voltage deviation from the set frequency and amplitude when changing the velocity of incoming air flow, increase reliability of wind turbine by reducing probability of overheating the exciter windings and the main generator by facilitating the wind turbine elements thermal operation mode.
2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к ветроэлектрическим преобразователям энергии, и может быть использовано в качестве преобразователя кинетической энергии набегающего воздушного потока (например, энергии набегающего воздушного потока при использовании на подвижных локальных объектах, энергии ветра при использовании на неподвижных локальных объектах) в электрическую энергию переменного тока.The invention relates to electrical engineering, in particular to wind-electric energy converters, and can be used as a converter of the kinetic energy of the incident air flow (for example, the energy of the incident air flow when used on moving local objects, wind energy when used on stationary local objects) into electrical energy alternating current.

Известен многофазный ветрогенератор переменного тока (пат. РФ №2658316, авторы Кашин Я.М., Кашин А.Я., Князев А.С.), содержащий вал, внутренний статор и наружный ротор с постоянными магнитами и обтекателем, лопасти. Основание внутреннего статора выполнено в форме неподвижной платформы, жестко закрепленной на штанге-держателе, а боковая поверхность внутреннего статора образована наружной стороной выполненного в форме усеченного конуса магнитопровода якоря с пазами, в которые уложена многофазная обмотка якоря. Магнитопровод якоря одной торцевой стороной жестко закреплен на неподвижной платформе, на которой установлен регулятор напряжения, а на противоположной торцевой стороне магнитопровода якоря установлен передний подшипник, во внутреннем кольце которого установлен диск, жестко связанный с валом. Наружный ротор также выполнен в форме усеченного конуса, содержит ступицу, на внутренней поверхности которой жестко закреплен выполненный в форме усеченного конуса магнитопровод индуктора с постоянными магнитами, выполненными в форме сегментов усеченного конуса, и жестко закреплен на валу, установленном в переднем и заднем подшипниках. Задний подшипник установлен в центре неподвижной платформы и закреплен от перемещения в осевом направлении упорной шайбой. В передней части ступицы установлен обтекатель, вокруг которого в ступице по окружности с центром на оси симметрии наружного ротора выполнены вентиляционные отверстия. В боковой части ступицы выполнены отверстия, в которые установлены поворотные оси, жестко связанные с лопастями, закрепленными на внешней стороне ступицы. На диске со стороны неподвижной платформы жестко установлены кронштейны, в которых закреплены центробежные грузы, связанные с поворотными осями посредством тросов, пропущенных через ролики, установленные на внутренней поверхности ступицы, и ролики, жестко установленные на валу. Между поворотными осями и роликами установлены сжатые пружины, а между центробежными грузами и валом установлены растянутые пружины.Known multi-phase AC wind generator (US Pat. RF No. 2658316, authors Kashin Ya.M., Kashin A.Ya., Knyazev A.S.), containing a shaft, an inner stator and an outer rotor with permanent magnets and a fairing, blades. The base of the inner stator is made in the form of a fixed platform rigidly fixed on the holding rod, and the side surface of the inner stator is formed by the outer side of the armature magnetic circuit made in the form of a truncated cone with grooves in which the multi-phase armature winding is laid. The armature magnetic circuit with one end side is rigidly fixed on a fixed platform on which the voltage regulator is installed, and on the opposite end side of the armature magnetic circuit there is a front bearing, in the inner ring of which there is a disk rigidly connected to the shaft. The outer rotor is also made in the form of a truncated cone, contains a hub, on the inner surface of which the magnetic circuit of the inductor made in the form of a truncated cone with permanent magnets made in the form of segments of a truncated cone is rigidly fixed, and is rigidly fixed to the shaft mounted in the front and rear bearings. The rear bearing is mounted in the center of the fixed platform and secured against movement in the axial direction with a thrust washer. A fairing is installed in the front part of the hub, around which ventilation holes are made in the hub along a circle centered on the symmetry axis of the outer rotor. Holes are made in the lateral part of the hub, in which rotary axles are installed, rigidly connected with the blades fixed on the outer side of the hub. Brackets are rigidly mounted on the disk from the side of the fixed platform, in which centrifugal weights are fixed, connected to the rotary axes by means of cables passed through rollers mounted on the inner surface of the hub, and rollers rigidly mounted on the shaft. Compressed springs are installed between the rotary axes and rollers, and extended springs are installed between the centrifugal weights and the shaft.

Однако, значение и частота напряжения на выходе такого ветрогенератора зависят от скорости вращения ротора с установленным на нем постоянными магнитами индуктора:However, the value and frequency of the voltage at the output of such a wind generator depend on the speed of rotation of the rotor with the permanent magnets of the inductor installed on it:

Figure 00000001
Figure 00000001

где U - значение напряжения на выходе ветрогенератора, С - конструктивный коэффициент, n - скорость вращения ротора, Ф - магнитный поток возбуждения.where U is the voltage value at the output of the wind generator, C is the design factor, n is the rotor speed, F is the excitation magnetic flux.

Figure 00000002
Figure 00000002

где ƒ - частота переменного тока на выходе ветрогенератора, р - число пар полюсов (магнитов) индуктора, n - скорость вращения ротора.where ƒ is the frequency of alternating current at the output of the wind generator, p is the number of pairs of poles (magnets) of the inductor, n is the speed of rotation of the rotor.

В таком ветрогенераторе не удается выполнить стабилизацию частоты переменного напряжения (а, соответственно и переменного тока) на выходе ветрогенератора с достаточным быстродействием из-за того, что регулирование осуществляется механическим регулятором частоты вращения ротора - поворотными лопастями, которые осуществляют стабилизацию частоты вращения ротора и, соответственно зависящей от нее частоты переменного напряжения. Быстродействие стабилизации путем механического регулирования недостаточно велико.In such a wind generator, it is not possible to stabilize the frequency of the alternating voltage (and, accordingly, the alternating current) at the output of the wind generator with sufficient speed due to the fact that the regulation is carried out by a mechanical regulator of the rotor speed - rotary blades, which stabilize the rotor speed and, accordingly the frequency of the alternating voltage depending on it. The speed of stabilization by mechanical regulation is not large enough.

Возможная установка привода постоянной частоты вращения ухудшает эксплуатационно-технические характеристики ветрогенератора, а именно: ухудшает массогабаритные показатели ветрогенератора и снижает надежность его работы.The possible installation of a constant speed drive worsens the operational and technical characteristics of the wind generator, namely: it worsens the weight and size parameters of the wind generator and reduces the reliability of its operation.

Это ограничивает область применения известного многофазного ветрогенератора переменного тока: генератор с нестабильным по амплитуде и частоте напряжением не пригоден для питания напрямую (без дополнительных преобразователей электроэнергии) потребителей электроэнергии переменного тока, предъявляющих высокие требования к качеству напряжения питания.This limits the scope of the well-known multi-phase AC wind generator: a generator with a voltage that is unstable in amplitude and frequency is not suitable for supplying directly (without additional power converters) consumers of AC electricity that place high demands on the quality of the supply voltage.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и принятым авторами за прототип является стабилизированный вентильный аксиально-радиальный ветрогенератор постоянного тока (пат. РФ №2689211, авторы Кашин Я.М., Кашин А.Я. и др.), содержащий статор, основание которого выполнено в форме неподвижной платформы, жестко закрепленной на штанге-держателе, и ротор, внешняя боковая поверхность которого выполнена с лопатками изогнутой формы, а передняя часть ротора выполнена с обтекателем и входными вентиляционными отверстиями, расположенными вокруг обтекателя по окружности с центром на оси симметрии ротора, при этом ротор закреплен на оси, а на неподвижной платформе жестко закреплен выходной трехфазный двухполупериодный выпрямитель. Ось принятого за прототип ветрогенератора выполнена неподвижной, с буртиком в средней части, и запрессована в отверстие, выполненное в центре неподвижной платформы, на которой жестко закреплен аксиальный магнитопровод якоря основного генератора с трехфазной обмоткой якоря основного генератора и регулятор напряжения, вход которого подключен к выходу выходного трехфазного двухполупериодного выпрямителя, при этом на оси, выполненной неподвижной, жестко закреплен радиальный магнитопровод индуктора возбудителя, в пазы которого уложена однофазная обмотка возбуждения возбудителя, подключенная к выходу регулятора напряжения согласно с трехфазной обмоткой якоря основного генератора, в передней части внутренней полости ротора жестко закреплен радиальный магнитопровод якоря возбудителя, в пазы которого уложена многофазная обмотка якоря возбудителя, а в задней части внутренней полости ротора жестко закреплен аксиальный магнитопровод индуктора основного генератора, в пазы которого со стороны аксиального магнитопровода якоря основного генератора уложена однофазная обмотка возбуждения основного генератора, подключенная к выходу многофазного двухполупериодного выпрямителя, при этом ротор установлен на оси, выполненной неподвижной, посредством диска, закрепленного во внутренней полости аксиального магнитопровода индуктора основного генератора, и выполненного с выходными вентиляционными отверстиями, расположенными по окружности с центром на оси симметрии ротора в непосредственной близости с диодами многофазного двухполупериодного выпрямителя, и с расточкой в его центральной части, в которую уложено наружное кольцо заднего подшипника, внутреннее кольцо которого установлено с натягом в средней части неподвижной оси, при этом задний подшипник закреплен от перемещения в осевом направлении буртиком и втулкой, установленной на оси, выполненной неподвижной, между задним подшипником и радиальным магнитопроводом индуктора возбудителя, а задняя часть обтекателя выполнена с расточкой, в которую уложено наружное кольцо переднего подшипника, внутреннее кольцо которого закреплено с натягом в передней части оси, выполненной неподвижной.The closest to the claimed invention in terms of technical essence and adopted by the authors as a prototype is a stabilized valve axial-radial DC wind generator (US Pat. RF No. 2689211, authors Kashin Ya.M., Kashin A.Ya. which is made in the form of a fixed platform, rigidly fixed on the holding rod, and a rotor, the outer side surface of which is made with curved blades, and the front part of the rotor is made with a fairing and inlet ventilation holes located around the fairing in a circle centered on the axis of symmetry of the rotor , while the rotor is fixed on the axis, and the output three-phase full-wave rectifier is rigidly fixed on the fixed platform. The axis of the wind generator adopted as a prototype is fixed, with a shoulder in the middle part, and is pressed into a hole made in the center of the fixed platform, on which the axial magnetic core of the main generator armature with a three-phase armature winding of the main generator and a voltage regulator, the input of which is connected to the output of the output of a three-phase two-half-wave rectifier, while on the fixed axis, a radial magnetic circuit of the exciter inductor is rigidly fixed, in the grooves of which a single-phase excitation winding of the exciter is laid, connected to the output of the voltage regulator in accordance with the three-phase armature winding of the main generator, in the front part of the inner cavity of the rotor, a radial the exciter armature magnetic circuit, in the grooves of which the multiphase winding of the exciter armature is laid, and in the rear part of the inner cavity of the rotor, the axial magnetic circuit of the main generator inductor is rigidly fixed, into the grooves of which from the side of the axial In the axial magnetic circuit of the armature of the main generator, a single-phase excitation winding of the main generator is laid, connected to the output of a multi-phase full-wave rectifier, while the rotor is mounted on an axis made stationary by means of a disk fixed in the internal cavity of the axial magnetic circuit of the main generator inductor, and made with outlet ventilation holes located along a circle centered on the axis of symmetry of the rotor in close proximity to the diodes of a multi-phase full-wave rectifier, and with a bore in its central part, in which the outer ring of the rear bearing is laid, the inner ring of which is installed with an interference fit in the middle part of the fixed axle, while the rear bearing is fixed from movement in the axial direction by a shoulder and a bushing mounted on a fixed axis between the rear bearing and the radial magnetic circuit of the exciter inductor, and the rear part of the fairing is made with a bore into which the outer ring of the front bearing is laid, the inner ring of which is fixed with an interference fit in the front part of the axle, which is made fixed.

Недостатком известного стабилизированного вентильного аксиально-радиального ветрогенератора постоянного тока является отсутствие возможности получения электроэнергии переменного тока стабильной частоты.The disadvantage of the known stabilized valve axial-radial DC wind generator is the inability to obtain AC electricity of a stable frequency.

Кроме того, недостатком такого ветрогенератора является тяжелый тепловой режим работы его элементов, так как конструкция такого ветрогенератора не обеспечивает достаточного теплоотвода от греющихся элементов-обмоток возбудителя и основного генератора. Перегрев обмоток якоря возбудителя и основного генератора может привести к пробою их изоляции и как следствие к межвитковому короткому замыканию и замыканию на корпус.In addition, the disadvantage of such a wind generator is the severe thermal mode of operation of its elements, since the design of such a wind generator does not provide sufficient heat removal from the heating elements - the windings of the exciter and the main generator. Overheating of the armature windings of the exciter and the main generator can lead to a breakdown of their insulation and, as a result, to an inter-turn short circuit and a short to the case.

Все вышеперечисленное приводит к снижению надежности принятого за прототип ветрогенератора.All of the above leads to a decrease in the reliability of the wind generator adopted for the prototype.

Задачей предлагаемого изобретения является усовершенствование конструкции ветрогенератора с целью расширения области его применения.The objective of the invention is to improve the design of the wind generator in order to expand its scope.

Технический результат - улучшение эксплуатационно-технических характеристик ветрогенератора, а именно: повышение качества вырабатываемой электроэнергии переменного тока за счет минимизации отклонения выходного напряжения генератора от заданного по частоте и по амплитуде при изменении скорости набегающего воздушного потока, повышение надежности ветрогенератора путем уменьшения вероятности перегрева обмоток возбудителя и основного генератора за счет облегчения теплового режима работы элементов ветрогенератора.The technical result is an improvement in the operational and technical characteristics of the wind generator, namely: improving the quality of the generated AC electricity by minimizing the deviation of the generator output voltage from the specified frequency and amplitude when the speed of the incoming air flow changes, increasing the reliability of the wind generator by reducing the likelihood of overheating of the exciter windings and the main generator by facilitating the thermal operation of the elements of the wind generator.

Технический результат достигается тем, что в асинхронизированном синхронном аксиально-радиальном ветрогенераторе переменного тока, содержащем неподвижную платформу, жестко закрепленную на штанге-держателе, передний и задний подшипниковые узлы, внутренний статор с неподвижной осью, запрессованной в отверстие, выполненное в центре неподвижной платформы, и наружный ротор, содержащий ступицу с закрепленными на ее наружной поверхности лопастями, в передней части которой установлен обтекатель, при этом ветрогенератор выполнен двухкаскадным и содержит возбудитель и основной генератор, элементы магнитной системы которых закреплены на внутреннем статоре и наружном роторе, обтекатель выполняют с внутренними и внешними входными вентиляционными отверстиями, а ступицу наружного ротора выполняют содержащей передний диск с внутренними и внешними вентиляционными отверстиями и задний диск с внутренними и внешними выходными вентиляционными отверстиями, при этом ступицу наружного ротора устанавливают с возможностью вращения на неподвижной оси внутреннего статора посредством переднего и заднего подшипниковых узлов, внутренние кольца которых устанавливают с натягом на неподвижной оси внутреннего статора, наружное кольцо переднего подшипникового узла укладывают в посадочное отверстие в центральной части переднего диска, а наружное кольцо заднего подшипникового узла укладывают в посадочное отверстие в центральной части заднего диска, при этом возбудитель выполняют состоящим из аксиального магнитопровода индуктора возбудителя, в пазы которого укладывают трехфазную обмотку возбуждения возбудителя, установленного на жестко закрепленном на неподвижной оси внутреннего статора среднем диске внутреннего статора с расположенными по окружности с центром на оси симметрии неподвижной оси внутреннего статора вентиляционными отверстиями, и аксиального магнитопровода якоря возбудителя, в пазы которого со стороны аксиального магнитопровода индуктора возбудителя укладывают трехфазную обмотку якоря возбудителя, жестко закрепленного на переднем диске между его внутренними и внешними вентиляционными отверстиями, а основной генератор выполняют состоящим из жестко закрепленного на внутренней поверхности ступицы наружного ротора цилиндрического магнитопровода индуктора основного генератора, в пазы которого укладывают трехфазную обмотку возбуждения основного генератора, подключенную к трехфазной обмотке якоря возбудителя с обратным по отношению к ней порядком чередования фаз, и цилиндрического магнитопровода якоря основного генератора, в пазы которого укладывают трехфазную обмотку якоря основного генератора, жестко закрепленного на неподвижной оси внутреннего статора посредством тонкостенного цилиндра с внутренним диском 19, имеющим проходные вентиляционные отверстия, расположенные по окружности с центром на оси симметрии неподвижной оси внутреннего статора, при этом на внутренней поверхности тонкостенного цилиндра с внутренним диском в непосредственной близости с проходными вентиляционными отверстиями закрепляют управляемый инвертор, вход которого подключают к началам фаз трехфазной обмотки якоря основного генератора, а выход - к началам фаз трехфазной обмотки возбуждения возбудителя, при этом центры внешних выходных вентиляционных отверстий заднего диска располагают по окружности с центром на оси симметрии наружного ротора напротив середины воздушного зазора между цилиндрическими магнитопроводами индуктора и якоря основного генератора, центры внутренних вентиляционных отверстий переднего диска располагают по окружности с центром на оси симметрии наружного ротора, диаметр которой меньше внутреннего диаметра аксиального магнитопровода якоря возбудителя на величину диаметра внутренних вентиляционных отверстий, центры внешних вентиляционных отверстий переднего диска располагают по окружности с центром на оси симметрии наружного ротора, диаметр которой больше наружного диаметра аксиального магнитопровода якоря возбудителя на величину диаметра внешних вентиляционных отверстий, при этом внутренние входные вентиляционные отверстия обтекателя располагают напротив внутренних вентиляционных отверстий переднего диска, внешние входные вентиляционные отверстия обтекателя располагают напротив внешних вентиляционных отверстий переднего диска.The technical result is achieved by the fact that in an asynchronized synchronous axial-radial alternating current wind generator containing a fixed platform rigidly fixed to the holding rod, front and rear bearing assemblies, an internal stator with a fixed axis pressed into a hole made in the center of the fixed platform, and an outer rotor containing a hub with blades fixed on its outer surface, in the front part of which a fairing is installed, while the wind generator is made two-stage and contains an exciter and a main generator, the elements of the magnetic system of which are fixed on the inner stator and the outer rotor, the fairing is made with internal and external inlet ventilation openings, and the outer rotor hub is made containing a front disk with internal and external ventilation openings and a rear disk with internal and external outlet ventilation openings, while the outer rotor hub is installed with the possibility of rotation on the fixed axis of the inner stator by means of the front and rear bearing assemblies, the inner rings of which are installed with an interference fit on the fixed axis of the inner stator, the outer ring of the front bearing assembly is placed in the mounting hole in the central part of the front disk, and the outer ring of the rear bearing assembly is placed in the mounting a hole in the central part of the rear disk, while the exciter is made consisting of an axial magnetic circuit of the exciter inductor, in the grooves of which a three-phase excitation winding of the exciter is placed, mounted on the middle disk of the internal stator rigidly fixed on the fixed axis of the inner stator with located around the circumference with the center on the axis of symmetry of the fixed the axis of the inner stator with ventilation holes, and the axial magnetic circuit of the exciter armature, in the grooves of which, from the side of the axial magnetic circuit of the exciter inductor, a three-phase winding of the exciter armature is laid the main generator is rigidly fixed on the front disk between its internal and external ventilation holes, and the main generator consists of a cylindrical magnetic circuit of the main generator inductor rigidly fixed on the inner surface of the outer rotor hub, in the grooves of which a three-phase excitation winding of the main generator is placed, connected to a three-phase armature winding exciter with the reverse order of phase sequence with respect to it, and a cylindrical magnetic circuit of the armature of the main generator, in the grooves of which a three-phase armature winding of the main generator is placed, rigidly fixed on the fixed axis of the internal stator by means of a thin-walled cylinder with an internal disk 19 having through-flow ventilation holes located along a circle centered on the axis of symmetry of the fixed axis of the inner stator, while on the inner surface of a thin-walled cylinder with an inner disk in close proximity to the through-flow ventilation a controlled inverter is fixed with holes, the input of which is connected to the beginnings of the phases of the three-phase armature winding of the main generator, and the output is connected to the beginnings of the phases of the three-phase excitation winding of the exciter, while the centers of the external outlet ventilation holes of the rear disk are located in a circle centered on the axis of symmetry of the outer rotor opposite the middle of the air of the gap between the cylindrical magnetic circuits of the inductor and the armature of the main generator, the centers of the internal ventilation holes of the front disk are located in a circle centered on the axis of symmetry of the outer rotor, the diameter of which is less than the inner diameter of the axial magnetic circuit of the exciter armature by the diameter of the internal ventilation holes, the centers of the external ventilation holes of the front disk are located along a circle centered on the axis of symmetry of the outer rotor, the diameter of which is greater than the outer diameter of the axial magnetic circuit of the exciter armature by the value of the diameter of the external ventilation holes , while the inner inlet vents of the fairing are located opposite the inner vents of the front disk, the outer inlet vents of the fairing are located opposite the outer vents of the front disk.

Управляемый инвертор асинхронизированного синхронного аксиально-радиального ветрогенератора переменного тока выполняют содержащим:A controlled inverter of an asynchronized synchronous axial-radial AC wind generator is performed containing:

1) ШИМ-контроллер, состоящий из блока сравнения, имеющего первый, второй, третий и четвертый входы и первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой выходы, формирователя пилообразного сигнала, выход которого подключают к первому входу блока сравнения, и первого, второго и третьего формирователей синусоидального сигнала, выходы которых подключают соответственно ко второму, третьему и четвертому входам блока сравнения,1) a PWM controller consisting of a comparison unit having first, second, third and fourth inputs and first, second, third, fourth, fifth and sixth outputs, a sawtooth signal shaper, the output of which is connected to the first input of the comparison unit, and the first, the second and third generators of the sinusoidal signal, the outputs of which are connected respectively to the second, third and fourth inputs of the comparison unit,

2) первый, второй и третий датчики напряжения, входы которых подключают соответственно к началам фаз А, В и С трехфазной обмотки якоря основного генератора, а выходы - ко входам первого, второго и третьего формирователей синусоидального сигнала ШИМ-контроллера соответственно;2) the first, second and third voltage sensors, the inputs of which are connected respectively to the beginnings of phases A, B and C of the three-phase armature winding of the main generator, and the outputs are connected to the inputs of the first, second and third shapers of the sinusoidal signal of the PWM controller, respectively;

3) первый и второй конденсаторы, имеющие положительный и отрицательный выводы, при этом положительный вывод первого конденсатора подключают к плюсовой клемме источника постоянного напряжения, отрицательный вывод второго конденсатора подключают к минусовой клемме источника постоянного напряжения, а отрицательный вывод первого конденсатора и положительный вывод второго конденсатора соединяют между собой;3) the first and second capacitors having positive and negative terminals, while the positive terminal of the first capacitor is connected to the positive terminal of the DC voltage source, the negative terminal of the second capacitor is connected to the negative terminal of the DC voltage source, and the negative terminal of the first capacitor and the positive terminal of the second capacitor are connected between themselves;

4) первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой транзисторы, к каждому из которых подключают защитный диод, проводящий ток в направлении от эмиттера к коллектору транзистора, к которому он подключен,4) the first, second, third, fourth, fifth and sixth transistors, each of which is connected to a protective diode that conducts current in the direction from the emitter to the collector of the transistor to which it is connected,

при этом базу первого транзистора подключают к первому выходу блока сравнения ШИМ-контроллера, базу второго транзистора подключают ко второму выходу блока сравнения ШИМ-контроллера, базу третьего транзистора подключают к третьему выходу блока сравнения ШИМ-контроллера, базу четвертого транзистора подключают к четвертому выходу блока сравнения ШИМ-контроллера, базу пятого транзистора подключают к пятому выходу блока сравнения ШИМ-контроллера, базу шестого транзистора подключают к шестому выходу блока сравнения ШИМ-контроллера, при этом коллекторы первого, третьего и пятого транзисторов подключают к плюсовой клемме источника постоянного напряжения, а эмиттеры второго, четвертого и шестого транзисторов подключают к минусовой клемме источника постоянного напряжения, эмиттер первого транзистора и коллектор второго транзистора имеют общую точку, к которой подключают начало фазы А'' трехфазной обмотки возбуждения возбудителя, эмиттер третьего транзистора и коллектор четвертого транзистора имеют общую точку, к которой подключают начало фазы В'' трехфазной обмотки возбуждения возбудителя, эмиттер пятого транзистора и коллектор шестого транзистора имеют общую точку, к которой подключают начало фазы С'' трехфазной обмотки возбуждения возбудителя, а концы фаз А'', В'' и С'' трехфазной обмотки возбуждения возбудителя соединяют между собой, с отрицательным выводом первого конденсатора и положительным выводом второго конденсатора.the base of the first transistor is connected to the first output of the PWM controller comparison unit, the base of the second transistor is connected to the second output of the PWM controller comparison unit, the base of the third transistor is connected to the third output of the PWM controller comparison unit, the base of the fourth transistor is connected to the fourth output of the comparison unit PWM controller, the base of the fifth transistor is connected to the fifth output of the PWM controller comparison unit, the base of the sixth transistor is connected to the sixth output of the PWM controller comparison unit, while the collectors of the first, third and fifth transistors are connected to the positive terminal of the DC voltage source, and the emitters of the second , the fourth and sixth transistors are connected to the negative terminal of the DC voltage source, the emitter of the first transistor and the collector of the second transistor have a common point, to which the beginning of phase A'' of the three-phase excitation winding of the exciter is connected, the emitter of the third transistor and the collector of the fourth transistor have a common point is connected to which the beginning of phase B'' of the three-phase excitation winding of the exciter is connected, the emitter of the fifth transistor and the collector of the sixth transistor have a common point to which the beginning of phase C'' of the three-phase excitation winding of the exciter is connected, and the ends of phases A'', B' ' and C'' of the three-phase exciter winding are interconnected, with the negative terminal of the first capacitor and the positive terminal of the second capacitor.

Расширение области применения генератора осуществляется за счет улучшения его эксплуатационно-технических характеристик.The extension of the scope of the generator is carried out by improving its operational and technical characteristics.

Улучшение эксплуатационно-технических характеристик ветрогенератора заключается в повышении качества вырабатываемой электроэнергии переменного тока и повышении надежности ветрогенератораImproving the operational and technical characteristics of the wind generator is to improve the quality of the generated AC electricity and improve the reliability of the wind generator

Повышение качества вырабатываемой электроэнергии переменного тока обеспечивается минимизацией отклонения выходного напряжения ветрогенератора от заданного по частоте и по амплитуде при изменении скорости набегающего воздушного потока.Improving the quality of the generated AC electricity is ensured by minimizing the deviation of the output voltage of the wind generator from the specified frequency and amplitude when the speed of the incoming air flow changes.

Минимизации отклонения выходного напряжения ветрогенератора по частоте при изменении скорости набегающего воздушного потока достигается тем, что трехфазную обмотку возбуждения основного генератора, уложенную в пазы цилиндрического магнитопровода индуктора основного генератора, подключают к трехфазной обмотке якоря возбудителя с обратным по отношению к ней порядком чередования фаз. Такое подключение обеспечивает частоту напряжения, индуцируемого в трехфазной обмотке якоря основного генератора, равной:Minimization of the deviation of the output voltage of the wind generator in frequency with a change in the speed of the oncoming air flow is achieved by the fact that the three-phase excitation winding of the main generator, laid in the grooves of the cylindrical magnetic circuit of the main generator inductor, is connected to the three-phase winding of the exciter armature with the phase sequence reversed with respect to it. Such a connection provides the frequency of the voltage induced in the three-phase armature winding of the main generator, equal to:

Figure 00000003
Figure 00000003

где ƒяог - частота ЭДС, индуцируемой в трехфазной обмотке якоря основного генератора, рог - число пар полюсов индуктора основного генератора, nвмпОГ - скорость вращения магнитного поля, индуцируемого током, протекающим в трехфазной обмотке возбуждения основного генератора, nр - скорость вращения наружного ротора, меняющаяся при изменении набегающего воздушного потока, k - коэффициент пропорциональности, равный отношению числа пар полюсов индуктора основного генератора к числу пар полюсов индуктора возбудителя, nвмпВ - скорость вращения магнитного поля, индуцируемого током, протекающим в трехфазной обмотке возбуждения возбудителя, определяемая по формуле:where the ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ orth is the frequency of the EMF, induced in the three -phase winding of the main generator, Р q is the number of poles of the poles of the main generator inductor, n vmpog - the speed of rotation of the magnetic field induced in a three -phase winding for the excitation of the main generator, n p is the speed of rotation of the external the rotor changing when changing the runaway air flow, k is the proportionality coefficient equal to the ratio of the number of poles of the inductor of the main generator to the number of poles of the poles of the pathogen inducer, n VFPV - the speed of rotation of the magnetic field induced in the three -phase winding of the exciter, determined by the formula, determined by the formula. :

Figure 00000004
Figure 00000004

где ƒвв _ частота напряжения, подаваемого на трехфазную обмотку возбуждения возбудителя, рв - число пар полюсов индуктора возбудителя.where ƒ vv _ the frequency of the voltage supplied to the three-phase excitation winding of the exciter, p in is the number of pairs of poles of the exciter inductor.

Таким образом, частота ƒяог напряжения, индуцируемого в трехфазной обмотке якоря основного генератора, пропорциональна частоте ƒвв напряжения, подаваемого на трехфазную обмотку возбуждения возбудителя, которая задается управляемым инвертором, вход которого подключен к началам фаз трехфазной обмотки якоря основного генератора, а выход - к началам фаз трехфазной обмотки возбуждения возбудителя.Thus, the frequency ƒ rad of the voltage induced in the three-phase winding of the armature of the main generator is proportional to the frequency ƒ vv of the voltage supplied to the three-phase excitation winding of the exciter, which is set by a controlled inverter, the input of which is connected to the beginnings of the phases of the three-phase armature winding of the main generator, and the output is connected to the beginning of the phases of the three-phase excitation winding of the exciter.

Минимизация отклонения выходного напряжения ветрогенератора от заданного по амплитуде при изменении скорости набегающего воздушного потока достигается тем, что на внутренней поверхности тонкостенного цилиндра закрепляют управляемый инвертор, вход которого подключают к началам фаз трехфазной обмотки якоря основного генератора, а выход - к началам фаз трехфазной обмотки возбуждения возбудителя. Для реализации функции минимизации отклонения амплитуды выходного напряжения ветрогенератора от заданного этот инвертор выполняют из следующих элементов:Minimization of the deviation of the output voltage of the wind generator from the specified amplitude when the speed of the oncoming air flow changes is achieved by fixing a controlled inverter on the inner surface of the thin-walled cylinder, the input of which is connected to the beginnings of the phases of the three-phase armature winding of the main generator, and the output is connected to the beginnings of the phases of the three-phase excitation winding of the exciter . To implement the function of minimizing the deviation of the amplitude of the output voltage of the wind generator from the specified one, this inverter is made of the following elements:

1) ШИМ-контроллер, состоящий из блока сравнения CP, имеющего первый, второй, третий и четвертый входы и первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой выходы, формирователя пилообразного сигнала ФПС, выход которого подключают к первому входу блока сравнения CP, и первого, второго и третьего формирователей синусоидального сигнала ФССА, ФССВ, ФССС, выходы которых подключают соответственно ко второму, третьему и четвертому входам блока сравнения CP,1) SHIM controller consisting of a comparison unit of CP, which has the first, second, third and fourth inputs and the first, second, third, fourth, fifth and sixth outputs, the FPS sawtime former, the output of which is connected to the first entrance of the CP comparison unit, and the first, second and third formers of the sinusoidal signal of the FSS a , FSS B , FSS C , the outputs of which are connected respectively to the second, third and fourth entrances of the CP comparison unit,

2) первый ДНА, второй ДНВ и третий ДНС датчики напряжения, входы которых подключают соответственно к началам фаз А, В и С трехфазной обмотки якоря основного генератора, а выходы - ко входам первого, второго и третьего формирователей синусоидального сигнала ШИМ-контроллера соответственно;2) the first day a , the second day B and the third day with the voltage sensors, the entrances of which are connected respectively to the start of the phase A, B and the three -phase winding of the anchor of the main generator, and the outputs are connected to the entrances of the first, second and third formers of the sinusoidal signal of the ShIM controller respectively;

3) первый и второй конденсаторы С1 и С2, имеющие положительный и отрицательный выводы, при этом положительный вывод первого конденсатора С1 подключают к плюсовой клемме источника постоянного напряжения, отрицательный вывод второго конденсатора С2 подключают к минусовой клемме источника постоянного напряжения, при этом отрицательный вывод первого конденсатора С1 и положительный вывод второго конденсатора С2 соединяют между собой;3) the first and second capacitors C1 and C2, having positive and negative terminals, while the positive terminal of the first capacitor C1 is connected to the positive terminal of the DC voltage source, the negative terminal of the second capacitor C2 is connected to the negative terminal of the DC voltage source, while the negative terminal of the first capacitor C1 and the positive terminal of the second capacitor C2 are interconnected;

4) первый VT1, второй VT2, третий VT3, четвертый VT4, пятый VT5 и шестой VT6 транзисторы, к каждому из которых подключают защитный диод, проводящий ток в направлении от эмиттера к коллектору транзистора, к которому он подключен,4) the first VT1, the second VT2, the third VT3, the fourth VT4, the fifth VT5 and the sixth VT6 transistors, each of which is connected to a protective diode that conducts current in the direction from the emitter to the collector of the transistor to which it is connected,

при этом базу первого транзистора VT1 подключают к первому выходу блока сравнения ШИМ-контроллера, базу второго транзистора VT2 подключают ко второму выходу блока сравнения ШИМ-контроллера, базу третьего транзистора VT3 подключают к третьему выходу блока сравнения ШИМ-контроллера, базу четвертого транзистора VT4 подключают к четвертому выходу блока сравнения ШИМ-контроллера, базу пятого транзистора VT5 подключают к пятому выходу блока сравнения ШИМ-контроллера, база шестого транзистора VT6 подключают к шестому выходу блока сравнения ШИМ-контроллера,while the base of the first transistor VT1 is connected to the first output of the PWM controller comparison unit, the base of the second transistor VT2 is connected to the second output of the PWM controller comparison unit, the base of the third transistor VT3 is connected to the third output of the PWM controller comparison unit, the base of the fourth transistor VT4 is connected to the fourth output of the comparison unit of the PWM controller, the base of the fifth transistor VT5 is connected to the fifth output of the comparison unit of the PWM controller, the base of the sixth transistor VT6 is connected to the sixth output of the comparison unit of the PWM controller,

при этом коллекторы первого, третьего и пятого транзисторов VT1, VT3 и VT5 подключают к плюсовой клемме источника постоянного напряжения, а эмиттеры второго, четвертого и шестого транзисторов VT2, VT4, VT6 подключают к минусовой клемме источника постоянного напряжения, эмиттер первого транзистора VT1 и коллектор второго транзистора VT2 имеют общую точку, к которой подключают начало фазы А'' трехфазной обмотки возбуждения возбудителя, эмиттер третьего транзистора VT3 и коллектор четвертого транзистора VT4 имеют общую точку, к которой подключают начало фазы В'' трехфазной обмотки возбуждения возбудителя, эмиттер пятого транзистора VT5 и коллектор шестого транзистора VT6 имеют общую точку, к которой подключают начало фазы С'' трехфазной обмотки возбуждения возбудителя, а концы фаз А'', В'' и С'' трехфазной обмотки возбуждения возбудителя соединяют между собой, с отрицательным выводом первого конденсатора С1 и положительным выводом второго конденсатора С2.while the collectors of the first, third and fifth transistors VT1, VT3 and VT5 are connected to the positive terminal of the DC voltage source, and the emitters of the second, fourth and sixth transistors VT2, VT4, VT6 are connected to the negative terminal of the DC voltage source, the emitter of the first transistor VT1 and the collector of the second transistor VT2 have a common point to which the beginning of phase A'' of the three-phase excitation winding of the exciter is connected, the emitter of the third transistor VT3 and the collector of the fourth transistor VT4 have a common point to which the beginning of phase B'' of the three-phase excitation winding of the exciter is connected, the emitter of the fifth transistor VT5 and the collector of the sixth transistor VT6 have a common point, to which the beginning of phase C'' of the three-phase excitation winding of the exciter is connected, and the ends of the phases A'', B'' and C'' of the three-phase excitation winding of the exciter are connected to each other, with the negative terminal of the first capacitor C1 and positive terminal of the second capacitor C2.

Первый ДНА 36, второй ДНВ 37 и третий ДНС 38 датчики напряжения, входы которых подключают соответственно к началам фаз А, В и С трехфазной обмотки якоря основного генератора, измеряют величину отклонения фактической амплитуды фазных напряжений фаз А, В и С трехфазной обмотки якоря основного генератора, от заданной.The first DN A 36, the second DN B 37 and the third DN C 38 voltage sensors, the inputs of which are connected respectively to the beginnings of phases A, B and C of the three-phase armature winding of the main generator, measure the deviation of the actual amplitude of the phase voltages of phases A, B and C of the three-phase winding anchors of the main generator, from the given.

Первый, второй и третий формирователи синусоидального сигнала ФССА, ФССВ, ФССС, входы которых подключают к выходам соответствующих датчиков напряжения, формируют синусоидальные сигналы, пропорциональные отклонениям фактической амплитуды фазных напряжений фаз А, В и С трехфазной обмотки якоря основного генератора от заданной.The first, second and third formers of the Sinusoidal signal of the FSS a , FSS V , FSS C , the inputs of which are connected to the outputs of the corresponding voltage sensors, form sinusoidal signals, proportional to the deviations of the actual amplitude of phase A, B and with a three -phase winding of the anchor of the main generator from the given.

Блок сравнения CP обеспечивает: сравнение значений синусоидальных сигналов, поступающих с выходов формирователей синусоидального сигнала ФССА, ФССВ, ФССС на его второй, третий и четвертый входы, со значением пилообразного сигнала, формируемого формирователем пилообразного сигнала ФПС и поступающего на его первый вход, формирование и последующую подачу соответствующих последовательностей импульсов со своих выходов на базы первого VT1, второго VT2, третьего VT3, четвертого VT4, пятого VT5 и шестого VT6 транзисторов, к каждому из которых подключают защитный диод, проводящий ток в направлении от эмиттера к коллектору транзистора, к которому он подключен.Comparison unit CP provides: comparing the values of sinusoidal signals coming from the outputs of the sinusoidal signal generators FSS A , FSS B , FSS C to its second, third and fourth inputs, with the value of the sawtooth signal generated by the FSS sawtooth signal generator and supplied to its first input, the formation and subsequent supply of the corresponding sequences of pulses from their outputs to the bases of the first VT1, second VT2, third VT3, fourth VT4, fifth VT5 and sixth VT6 transistors, each of which is connected to a protective diode that conducts current in the direction from the emitter to the collector of the transistor, to to which it is connected.

Описанное выше соединение коллекторов и эмиттеров первого VT1, второго VT2, третьего VT3, четвертого VT4, пятого VT5 и шестого VT6 транзисторов между собой, с соответствующими началами фаз трехфазной обмотки возбуждения возбудителя позволяет обеспечить управление величиной средних значений фазных токов в трехфазной обмотке возбуждения возбудителя на уровне, необходимом для компенсации отклонения амплитуды выходного напряжения от заданного.The above-described connection of the collectors and emitters of the first VT1, second VT2, third VT3, fourth VT4, fifth VT5 and sixth VT6 transistors to each other, with the corresponding beginnings of the phases of the three-phase excitation winding of the exciter, makes it possible to control the magnitude of the average values of phase currents in the three-phase excitation winding of the exciter at the level necessary to compensate for the deviation of the amplitude of the output voltage from the specified one.

Повышение надежности ветрогенератора обеспечивается путем уменьшения вероятности перегрева обмоток возбудителя и основного генератора за счет облегчения теплового режима работы элементов ветрогенератора.Increasing the reliability of the wind generator is provided by reducing the likelihood of overheating of the windings of the exciter and the main generator by facilitating the thermal operation of the elements of the wind generator.

Облегчение теплового режима работы обеспечивают:Facilitation of the thermal mode of operation is provided by:

- внутренние и внешние входные вентиляционные отверстия обтекателя,- internal and external intake vents of the fairing,

- внутренние и внешние вентиляционные отверстия переднего диска, в посадочное отверстие центральной части которого укладывают наружное кольцо переднего подшипникового узла,- internal and external ventilation holes of the front disc, in the mounting hole of the central part of which the outer ring of the front bearing assembly is placed,

- внутренние и внешние выходные вентиляционные отверстия заднего диска, в посадочное отверстие центральной части которого укладывают наружное кольцо заднего подшипникового узла,- internal and external outlet ventilation holes of the rear disk, in the mounting hole of the central part of which the outer ring of the rear bearing assembly is placed,

- вентиляционные отверстия среднего диска, который жестко закрепляют на неподвижной оси, запрессованной в отверстие, выполненное в центре неподвижной платформы,- ventilation holes of the middle disk, which is rigidly fixed on a fixed axis, pressed into a hole made in the center of the fixed platform,

- проходные вентиляционные отверстия внутреннего диска тонкостенного цилиндра.- passing ventilation openings of the inner disk of the thin-walled cylinder.

При этом внутренние входные вентиляционные отверстия обтекателя располагают напротив внутренних вентиляционных отверстий переднего диска, внешние входные вентиляционные отверстия обтекателя располагают напротив внешних вентиляционных отверстий переднего диска.In this case, the internal inlet vents of the fairing are located opposite the internal vents of the front disk, the outer inlet vents of the fairing are located opposite the external vents of the front disk.

Облегчение теплового режима работы управляемого инвертора и его элементов достигается закреплением его на внутренней поверхности тонкостенного цилиндра с внутренним диском в непосредственной близости с проходными вентиляционными отверстиями внутреннего диска тонкостенного цилиндра и с внутренними выходными вентиляционными отверстиями заднего диска.Facilitation of the thermal mode of operation of the controlled inverter and its elements is achieved by fixing it on the inner surface of a thin-walled cylinder with an inner disk in close proximity to the through-hole ventilation holes of the inner disk of the thin-walled cylinder and to the internal outlet ventilation holes of the rear disk.

Облегчение теплового режима трехфазной обмотки возбуждения возбудителя, уложенной в пазы аксиального магнитопровода индуктора возбудителя, жестко закрепленного на среднем диске с вентиляционными отверстиями, и трехфазной обмотки якоря возбудителя, уложенной в пазы аксиального магнитопровода якоря возбудителя, жестко закрепленного на переднем диске достигается тем, что:Facilitation of the thermal regime of the three-phase excitation winding of the exciter, laid in the grooves of the axial magnetic circuit of the exciter inductor, rigidly fixed on the middle disk with ventilation holes, and the three-phase winding of the exciter armature, laid in the grooves of the axial magnetic circuit of the exciter armature, rigidly fixed on the front disk, is achieved by the fact that:

- центры внутренних вентиляционных отверстий переднего диска располагают по окружности с центром на оси симметрии наружного ротора, диаметр которой меньше внутреннего диаметра аксиального магнитопровода якоря возбудителя на величину диаметра внутренних вентиляционных отверстий,- the centers of the internal ventilation openings of the front disk are located in a circle centered on the axis of symmetry of the outer rotor, the diameter of which is less than the internal diameter of the axial magnetic circuit of the exciter armature by the diameter of the internal ventilation openings,

- центры внешних вентиляционных отверстий переднего диска располагают по окружности с центром на оси симметрии ротора, диаметр которой больше наружного диаметра аксиального магнитопровода якоря возбудителя на величину диаметра внешних вентиляционных отверстий переднего диска,- the centers of the external ventilation openings of the front disk are located in a circle centered on the axis of symmetry of the rotor, the diameter of which is greater than the outer diameter of the axial magnetic circuit of the exciter armature by the diameter of the external ventilation openings of the front disk,

- аксиальный магнитопровод якоря возбудителя закрепляют между внутренними и внешними вентиляционными отверстиями переднего диска.- the axial magnetic circuit of the exciter armature is fixed between the internal and external ventilation holes of the front disk.

Такое расположение указанных выше элементов предлагаемого ветрогенератора позволяет обеспечить протекание части набегающего воздушного потока напрямую:Such an arrangement of the above elements of the proposed wind generator allows for the flow of a part of the oncoming air flow directly:

- через внешние входные вентиляционные отверстия обтекателя, внешние вентиляционные отверстия переднего диска и охлаждать тем самым лобовые части трехфазных обмоток якоря и возбуждения возбудителя с внешней стороны аксиальных магнитопроводов якоря и индуктора возбудителя соответственно;- through the outer inlet ventilation openings of the fairing, external ventilation openings of the front disk and thereby cool the frontal parts of the three-phase armature and excitation windings from the outside of the axial magnetic circuits of the armature and the exciter inductor, respectively;

- через внутренние входные вентиляционные отверстия обтекателя, внутренние вентиляционные отверстия переднего диска, вентиляционные отверстия среднего диска и охлаждать тем самым лобовые части трехфазных обмоток якоря и возбуждения возбудителя с внутренней стороны аксиальных магнитопроводов якоря и индуктора возбудителя соответственно.- through the internal inlet vents of the fairing, the internal vents of the front disk, the vents of the middle disk and thereby cool the frontal parts of the three-phase armature and exciter windings from the inside of the axial magnetic circuits of the armature and the exciter inductor, respectively.

Облегчение теплового режима трехфазной обмотки якоря основного генератора, уложенной в пазы цилиндрического магнитопровода якоря основного генератора, жестко закрепленного на неподвижной оси посредством тонкостенного цилиндра, и трехфазной обмотки возбуждения основного генератора, уложенной в пазы цилиндрического магнитопровода индуктора основного генератора, жестко закрепленного на внутренней поверхности ступицы наружного ротора достигается тем, что:Facilitation of the thermal regime of the three-phase armature winding of the main generator, laid in the grooves of the cylindrical magnetic circuit of the main generator armature, rigidly fixed on a fixed axis by means of a thin-walled cylinder, and the three-phase excitation winding of the main generator, laid in the grooves of the cylindrical magnetic circuit of the main generator inductor, rigidly fixed on the inner surface of the outer hub rotor is achieved by:

- внешние входные вентиляционные отверстия обтекателя располагают напротив внешних вентиляционных отверстий переднего диска,- the outer inlet vents of the fairing are located opposite the outer vents of the front disk,

- центры внешних выходных вентиляционных отверстий заднего диска располагают по окружности с центром на оси симметрии наружного ротора напротив середины воздушного зазора между цилиндрическими магнитопроводами индуктора и якоря основного генератора.- the centers of the outer outlet ventilation openings of the rear disk are arranged in a circle centered on the axis of symmetry of the outer rotor opposite the middle of the air gap between the cylindrical magnetic circuits of the inductor and the armature of the main generator.

Такое расположение указанных выше элементов предлагаемого ветрогенератора позволяет обеспечить протекание части набегающего воздушного потока напрямую через внешние входные вентиляционные отверстия обтекателя, внешние вентиляционные отверстия переднего диска, воздушный зазор между цилиндрическими магнитопроводами индуктора и якоря основного генератора и выходить через внешние выходные вентиляционные отверстия заднего диска в атмосферу. При этом охлаждаются лобовые части трехфазных обмоток якоря и возбуждения и цилиндрические магнитопроводы индуктора и якоря основного генератора.Such an arrangement of the above elements of the proposed wind generator makes it possible to ensure the flow of a part of the oncoming air flow directly through the external inlet vents of the fairing, the external vents of the front disk, the air gap between the cylindrical magnetic circuits of the inductor and the armature of the main generator and exit through the external output vents of the rear disk into the atmosphere. In this case, the frontal parts of the three-phase armature and excitation windings and the cylindrical magnetic circuits of the inductor and armature of the main generator are cooled.

На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого асинхронизированного синхронного аксиально-радиального ветрогенератора переменного тока, на фиг. 2 - его электрическая схема, на фиг. 3 - осциллограммы напряжений в различных элементах управляемого инвертора.In FIG. 1 shows a general view of the proposed asynchronous synchronous axial-radial AC wind generator, Fig. 2 - its electrical circuit, in Fig. 3 - voltage oscillograms in various elements of the controlled inverter.

Асинхронизированный синхронный аксиально-радиальный ветрогенератор переменного тока содержит неподвижную платформу 22, жестко закрепленную на штанге-держателе 24, передний 10 и задний 23 подшипниковые узлы, внутренний статор с неподвижной осью 9, запрессованной в отверстие, выполненное в центре неподвижной платформы 22, и наружный ротор, содержащий ступицу 2 с закрепленными на ее наружной поверхности лопастями 1, в передней части которой установлен обтекатель 11.Asynchronous synchronous axial-radial AC wind generator contains a fixed platform 22, rigidly fixed on the holding rod 24, front 10 and rear 23 bearing assemblies, an internal stator with a fixed axis 9, pressed into the hole made in the center of the fixed platform 22, and the outer rotor containing a hub 2 with blades 1 fixed on its outer surface, in front of which a fairing 11 is installed.

Ветрогенератор выполнен двухкаскадным и содержит возбудитель и основной генератор, элементы магнитной системы которых закреплены на внутреннем статоре и наружном роторе.The wind generator is made two-stage and contains an exciter and a main generator, the elements of the magnetic system of which are fixed on the inner stator and outer rotor.

Обтекатель 11 выполнен с внутренними 12 и внешними 15 входными вентиляционными отверстиями, а ступица 2 наружного ротора содержит передний диск 4 с внутренними 13 и внешними 16 вентиляционными отверстиями и задний диск 17 с внутренними 21 и внешними 18 выходными вентиляционными отверстиями.The fairing 11 is made with internal 12 and external 15 inlet ventilation holes, and the hub 2 of the outer rotor contains a front disk 4 with internal 13 and external 16 ventilation openings and a rear disk 17 with internal 21 and external 18 outlet ventilation openings.

Ступица 2 наружного ротора установлена с возможностью вращения на неподвижной оси 9 внутреннего статора посредством переднего 10 и заднего 23 подшипниковых узлов, внутренние кольца которых установлены с натягом на неподвижной оси 9 внутреннего статора, наружное кольцо переднего подшипникового узла 10 уложено в посадочное отверстие в центральной части переднего диска 4, а наружное кольцо заднего подшипникового узла 23 уложено в посадочное отверстие в центральной части заднего диска 17.The hub 2 of the outer rotor is mounted for rotation on the fixed axis 9 of the inner stator by means of the front 10 and rear 23 bearing assemblies, the inner rings of which are installed with an interference fit on the fixed axis 9 of the inner stator, the outer ring of the front bearing assembly 10 is placed in the mounting hole in the central part of the front disk 4, and the outer ring of the rear bearing assembly 23 is placed in the mounting hole in the central part of the rear disk 17.

Возбудитель состоит из аксиального магнитопровода 5 индуктора возбудителя, в пазы которого уложена трехфазная обмотка 7 возбуждения возбудителя, установленного на жестко закрепленном на неподвижной оси 9 внутреннего статора среднем диске 3 внутреннего статора с расположенными по окружности с центром на оси симметрии неподвижной оси 9 внутреннего статора вентиляционными отверстиями 14, и аксиального магнитопровода 6 якоря возбудителя, в пазы которого со стороны аксиального магнитопровода 5 индуктора возбудителя уложена трехфазная обмотка 8 якоря возбудителя, жестко закрепленного на переднем диске 4 между его внутренними 13 и внешними 16 вентиляционными отверстиями.The exciter consists of an axial magnetic circuit 5 of the exciter inductor, in the grooves of which a three-phase excitation winding 7 of the exciter is laid, mounted on a middle disk 3 of the internal stator rigidly fixed on the fixed axis 9 of the internal stator with ventilation holes located around the circumference centered on the axis of symmetry of the fixed axis 9 of the internal stator 14, and the axial magnetic circuit 6 of the exciter armature, in the grooves of which, from the side of the axial magnetic circuit 5 of the exciter inductor, a three-phase winding 8 of the exciter armature is laid, rigidly fixed on the front disk 4 between its internal 13 and external 16 ventilation holes.

Основной генератор состоит из жестко закрепленного на внутренней поверхности ступицы 2 наружного ротора цилиндрического магнитопровода 28 индуктора основного генератора, в пазы которого уложена трехфазная обмотка 29 возбуждения основного генератора, подключенная к трехфазной обмотке якоря возбудителя 8 с обратным по отношению к ней порядком чередования фаз, и цилиндрического магнитопровода 26 якоря основного генератора, в пазы которого уложена трехфазная обмотка 27 якоря основного генератора, жестко закрепленного на неподвижной оси 9 внутреннего статора посредством тонкостенного цилиндра 30 с внутренним диском 19, имеющим проходные вентиляционные отверстия 20, расположенные по окружности с центром на оси симметрии неподвижной оси 9 внутреннего статора.The main generator consists of a cylindrical magnetic circuit 28 of the main generator inductor rigidly fixed on the inner surface of the hub 2 of the outer rotor, in the grooves of which the three-phase excitation winding 29 of the main generator is laid, connected to the three-phase winding of the exciter armature 8 with the phase sequence reversed with respect to it, and a cylindrical the magnetic circuit 26 of the armature of the main generator, in the grooves of which the three-phase winding 27 of the armature of the main generator is laid, rigidly fixed on the fixed axis 9 of the internal stator by means of a thin-walled cylinder 30 with an internal disk 19 having through-flow ventilation holes 20 located around a circle centered on the axis of symmetry of the fixed axis 9 internal stator.

На внутренней поверхности тонкостенного цилиндра 30 с внутренним диском 19 в непосредственной близости с проходными вентиляционными отверстиями 20 закреплен управляемый инвертор 25. Вход управляемого инвертора 25 подключен к началам фаз трехфазной обмотки 27 якоря основного генератора, а выход - к началам фаз трехфазной обмотки 7 возбуждения возбудителя (фиг. 2).On the inner surface of the thin-walled cylinder 30 with the inner disk 19 in close proximity to the ventilation holes 20, a controlled inverter 25 is fixed. Fig. 2).

Центры внешних выходных вентиляционных отверстий 18 заднего диска 17 расположены по окружности с центром на оси симметрии наружного ротора напротив середины воздушного зазора между цилиндрическими магнитопроводами 28 индуктора и 26 якоря основного генератора. Центры внутренних вентиляционных отверстий 13 переднего диска 4 расположены по окружности с центром на оси симметрии наружного ротора, диаметр которой меньше внутреннего диаметра аксиального магнитопровода 6 якоря возбудителя на величину диаметра внутренних вентиляционных отверстий 13.The centers of the outer outlet vents 18 of the rear disk 17 are located in a circle centered on the axis of symmetry of the outer rotor opposite the middle of the air gap between the cylindrical magnetic cores 28 of the inductor and 26 of the armature of the main generator. The centers of the internal ventilation holes 13 of the front disk 4 are located in a circle centered on the axis of symmetry of the outer rotor, the diameter of which is less than the inner diameter of the axial magnetic circuit 6 of the exciter armature by the diameter of the internal ventilation holes 13.

Центры внешних вентиляционных отверстий 16 переднего диска 4 расположены по окружности с центром на оси симметрии наружного ротора, диаметр которой больше наружного диаметра аксиального магнитопровода 6 якоря возбудителя на величину диаметра внешних вентиляционных отверстий 16.The centers of the outer vent holes 16 of the front disk 4 are located in a circle centered on the axis of symmetry of the outer rotor, the diameter of which is greater than the outer diameter of the axial magnetic circuit 6 of the exciter armature by the diameter of the outer vent holes 16.

Внутренние входные вентиляционные отверстия 12 обтекателя 11 расположены напротив внутренних вентиляционных отверстий 13 переднего диска 4, а внешние входные вентиляционные отверстия 15 обтекателя 11 расположены напротив внешних вентиляционных отверстий 16 переднего диска 4.The inner inlet vents 12 of the fairing 11 are located opposite the inner vents 13 of the front disc 4, and the outer inlet vents 15 of the fairing 11 are located opposite the outer vents 16 of the front disc 4.

Управляемый инвертор 25 содержит (фиг. 2):Controlled inverter 25 contains (Fig. 2):

1) ШИМ-контроллер 47, состоящий из блока сравнения CP 32, имеющего первый, второй, третий и четвертый входы и первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой выходы, формирователя пилообразного сигнала ФПС 31, выход которого подключен к первому входу блока сравнения CP 32, и первого ФССА 33, второго ФССВ 34 и третьего ФССС 35 формирователей синусоидального сигнала, выходы которых подключены соответственно ко второму, третьему и четвертому входам блока сравнения CP 32,1) SHIM controller 47, consisting of a comparison unit CP 32, which has the first, second, third and fourth inputs and the first, second, third, fourth, fifth and sixth outputs, the FPS 31 sawn-shaped signal, the output of which is connected to the first input of the block Comparisons CP 32, and the first FSS a 33, the second FSS in 34 and the third FSS with 35 formers of the sinusoidal signal, the outputs of which are connected respectively to the second, third and fourth entrances of the comparison unit CP 32,

2) Первый ДНА 36, второй ДНВ 37 и третий ДНС 38 датчики напряжения, входы которых подключены соответственно к началам фаз А, В и С трехфазной обмотки 27 якоря основного генератора, а выходы - ко входам первого ФССА 33, второго ФССВ 34 и третьего ФССС 35 формирователей синусоидального сигнала ШИМ-контроллера 47 соответственно;2) the first DN A 36, the second day of 37 and the third day with 38 voltage sensors, the inputs of which are connected respectively to the start of the phase A, and with a three -phase winding 27 anchor of the main generator, and the outputs are to the entrances of the first FSS a 33, the second FSS In 34 and the third FSS With 35 shapers of the sinusoidal signal of the PWM controller 47, respectively;

3) Первый С1 39 и второй С2 40 конденсаторы, имеющие положительный и отрицательный выводы. Положительный вывод первого конденсатора С1 39 подключен к плюсовой клемме источника постоянного напряжения, отрицательный вывод второго конденсатора С2 40 подключен к минусовой клемме источника постоянного напряжения. Отрицательный вывод первого конденсатора С1 39 и положительный вывод второго конденсатора С2 40 соединены между собой;3) The first C1 39 and the second C2 40 are capacitors with positive and negative terminals. The positive terminal of the first capacitor C1 39 is connected to the positive terminal of the DC voltage source, the negative terminal of the second capacitor C2 40 is connected to the negative terminal of the DC voltage source. The negative terminal of the first capacitor C1 39 and the positive terminal of the second capacitor C2 40 are interconnected;

4) Первый VT1 41, второй VT2 42, третий VT3 43, четвертый VT4 44, пятый VT5 45 и шестой VT6 46 транзисторы, к каждому из которых подключен защитный диод, проводящий ток в направлении от эмиттера к коллектору транзистора, к которому он подключен.4) The first VT1 41, the second VT2 42, the third VT3 43, the fourth VT4 44, the fifth VT5 45 and the sixth VT6 46 transistors, each of which is connected to a protective diode that conducts current in the direction from the emitter to the collector of the transistor to which it is connected.

База первого транзистора VT1 41 подключена к первому выходу блока сравнения CP 32 ШИМ-контроллера 47. База второго транзистора VT2 42 подключена ко второму выходу блока сравнения CP 32 ШИМ-контроллера 47. База третьего транзистора VT3 43 подключена к третьему выходу блока сравнения CP 32 ШИМ-контроллера 47. База четвертого транзистора VT4 44 подключена к четвертому выходу блока сравнения CP 32 ШИМ-контроллера 47. База пятого транзистора VT5 45 подключена к пятому выходу блока сравнения 32 ШИМ-контроллера 47. База шестого транзистора VT6 46 подключена к шестому выходу блока сравнения CP 32 ШИМ-контроллера 47.The base of the first transistor VT1 41 is connected to the first output of the comparison unit CP 32 of the PWM controller 47. The base of the second transistor VT2 42 is connected to the second output of the comparison unit CP 32 of the PWM controller 47. The base of the third transistor VT3 43 is connected to the third output of the comparison unit CP 32 PWM -controller 47. The base of the fourth transistor VT4 44 is connected to the fourth output of the comparison unit CP 32 of the PWM controller 47. The base of the fifth transistor VT5 45 is connected to the fifth output of the comparison unit 32 of the PWM controller 47. The base of the sixth transistor VT6 46 is connected to the sixth output of the comparison unit CP 32 PWM controller 47.

Коллекторы первого VT1 41, третьего VT3 43 и пятого VT5 45 транзисторов, подключены к плюсовой клемме источника постоянного напряжения, а эмиттеры второго VT2 42, четвертого VT4 44 и шестого VT6 46 транзисторов, подключены к минусовой клемме источника постоянного напряжения.The collectors of the first VT1 41, third VT3 43 and fifth VT5 45 transistors are connected to the positive terminal of the DC voltage source, and the emitters of the second VT2 42, fourth VT4 44 and sixth VT6 46 transistors are connected to the negative terminal of the DC voltage source.

Эмиттер первого транзистора VT1 41 и коллектор второго транзистора VT2 42 имеют общую точку, к которой подключено начало фазы А'' трехфазной обмотки 7 возбуждения возбудителя.The emitter of the first transistor VT1 41 and the collector of the second transistor VT2 42 have a common point to which the beginning of the phase A'' of the three-phase excitation winding 7 of the exciter is connected.

Эмиттер третьего транзистора VT3 43 и коллектор четвертого транзистора VT4 44 имеют общую точку, к которой подключено начало фазы В'' трехфазной обмотки 7 возбуждения возбудителя.The emitter of the third transistor VT3 43 and the collector of the fourth transistor VT4 44 have a common point to which the beginning of phase B'' of the three-phase excitation winding 7 of the exciter is connected.

Эмиттер пятого транзистора VT5 45 и коллектор шестого транзистора VT6 46 имеют общую точку, к которой подключено начало фазы С'' трехфазной обмотки 7 возбуждения возбудителя.The emitter of the fifth transistor VT5 45 and the collector of the sixth transistor VT6 46 have a common point to which the beginning of the phase C'' of the three-phase excitation winding 7 of the exciter is connected.

Концы фаз А'', В'' и С'' трехфазной обмотки 7 возбуждения возбудителя соединены между собой, с отрицательным выводом первого конденсатора С1 39 и положительным выводом второго конденсатора С2 40.The ends of the phases A'', B'' and C'' of the three-phase excitation winding 7 of the exciter are interconnected, with the negative terminal of the first capacitor C1 39 and the positive terminal of the second capacitor C2 40.

Асинхронизированный синхронный аксиально-радиальный ветрогенератор переменного тока работает следующим образом.Asynchronized synchronous axial-radial AC wind generator operates as follows.

При набегании воздушного потока (ветра или воздушного потока, возникающего при движении подвижного объекта, на котором установлен предлагаемый ветрогенератор, например, самолета, автомобиля) обтекатель 11 разделяет этот поток на три контура: первый, второй и третий.When an air flow (wind or air flow arising from the movement of a movable object on which the proposed wind generator is installed, for example, an aircraft, a car) runs, the fairing 11 divides this flow into three circuits: the first, second and third.

Набегающий воздушный поток первого воздушного контура обтекает внешнюю поверхность обтекателя 11 и внешнюю сторону ступицы 2, воздействует на лопасти 1 и приводит во вращение наружный ротор (ступицу 2 с закрепленными на ее наружной поверхности лопастями 1, обтекатель 11, аксиальный магнитопровод 6 якоря возбудителя с трехфазной обмоткой 8 якоря возбудителя, жестко закрепленный на переднем диске 4, цилиндрический магнитопровод 28 индуктора основного генератора с трехфазной обмоткой 29 возбуждения основного генератора, жестко закрепленный на внутренней поверхности ступицы 2 наружного ротора), установленный посредством переднего 10 и заднего 23 подшипниковых узлов на неподвижной оси 9 внутреннего статора, запрессованной в отверстие, выполненное в центре неподвижной платформы 22, жестко закрепленной на штанге-держателе 24.The incoming air flow of the first air circuit flows around the outer surface of the fairing 11 and the outer side of the hub 2, acts on the blades 1 and rotates the outer rotor (the hub 2 with the blades 1 fixed on its outer surface, the fairing 11, the axial magnetic circuit 6 of the exciter armature with a three-phase winding 8 exciter armature, rigidly fixed on the front disk 4, cylindrical magnetic core 28 of the main generator inductor with a three-phase excitation winding 29 of the main generator, rigidly fixed on the inner surface of the hub 2 of the outer rotor), installed by means of the front 10 and rear 23 bearing assemblies on the fixed axis 9 of the inner stator, pressed into the hole made in the center of the fixed platform 22, rigidly fixed on the holding rod 24.

Воздушный поток второго воздушного контура, направленный обтекателем 11 через внешние входные вентиляционные отверстия 15 обтекателя 11 и внешние вентиляционные отверстия 16 переднего диска 4 во внутреннюю полость ветрогенератора, проходит мимо лобовых частей трехфазных обмоток 8 якоря и 7 возбуждения возбудителя с внешней стороны аксиальных магнитопроводов 6 якоря и 5 индуктора возбудителя и охлаждает их, отбирая от них тепло. Затем этот воздушный поток проходит через воздушный зазор между цилиндрическим магнитопроводом 28 индуктора основного генератора, в пазы которого уложена трехфазная обмотка 29 возбуждения основного генератора, и жестко закрепленным на неподвижной оси 9 внутреннего статора посредством тонкостенного цилиндра 30 с внутренним диском 19 цилиндрическим магнитопроводом 26 якоря основного генератора, в пазы которого уложена трехфазная обмотка 27 якоря основного генератора, охлаждает цилиндрические магнитопроводы 27 якоря и 28 индуктора и трехфазные обмотки 29 возбуждения и 28 якоря основного генератора, отбирая от них тепло, и выходит через внешние выходные вентиляционные отверстия 18 заднего диска 17 в атмосферу.The air flow of the second air circuit, directed by the fairing 11 through the outer inlet vents 15 of the fairing 11 and the outer vents 16 of the front disk 4 into the internal cavity of the wind generator, passes by the frontal parts of the three-phase windings 8 of the armature and 7 of the excitation of the exciter from the outside of the axial magnetic circuits 6 of the armature and 5 exciter inductor and cools them by removing heat from them. Then this air flow passes through the air gap between the cylindrical magnetic circuit 28 of the inductor of the main generator, in the grooves of which the three-phase winding 29 of the excitation of the main generator is laid, and rigidly fixed on the fixed axis 9 of the internal stator by means of a thin-walled cylinder 30 with an internal disk 19 of the cylindrical magnetic circuit 26 of the armature of the main generator , in the grooves of which the three-phase winding 27 of the armature of the main generator is laid, cools the cylindrical magnetic circuits 27 of the armature and 28 of the inductor and the three-phase windings 29 of excitation and 28 of the armature of the main generator, removing heat from them, and exits through the external outlet vents 18 of the rear disk 17 into the atmosphere.

Воздушный поток третьего воздушного контура, направленный обтекателем 11 через внутренние входные вентиляционные отверстия 12 обтекателя 11 и внутренние вентиляционные отверстия 13 переднего диска 4 во внутреннюю полость ветрогенератора, проходит мимо лобовых частей трехфазных обмоток 8 якоря и 7 возбуждения возбудителя с внутренней стороны аксиальных магнитопроводов 6 якоря и 5 индуктора возбудителя, охлаждает их, отбирая от них тепло. Затем этот воздушный поток проходит через вентиляционные отверстия 14 среднего диска 3, проходные вентиляционные отверстия 20 внутреннего диска 19 тонкостенного цилиндра 30, отбирает тепло от управляемого инвертора 25, охлаждая его, и через внутренние выходные вентиляционные отверстия 21 заднего диска 17 выходит в атмосферу, рассеивая тепло, отведенное от внутренних элементов предлагаемого ветрогенератора.The air flow of the third air circuit, directed by the fairing 11 through the internal inlet vents 12 of the fairing 11 and the internal vents 13 of the front disk 4 into the internal cavity of the wind generator, passes by the frontal parts of the three-phase windings 8 of the armature and 7 of the excitation of the exciter from the inside of the axial magnetic circuits 6 of the armature and 5 exciter inductor, cools them, taking heat from them. Then this air flow passes through the vent holes 14 of the middle disk 3, through the vent holes 20 of the inner disk 19 of the thin-walled cylinder 30, takes heat from the controlled inverter 25, cooling it, and through the internal outlet vents 21 of the rear disk 17 goes into the atmosphere, dissipating heat taken away from the internal elements of the proposed wind turbine.

Одновременно на трехфазную обмотку 7 возбуждения возбудителя (фиг.1, 2) с выхода управляемого инвертора 25 подается трехфазный ШИМ сигнал, имитирующий синусоидальное напряжение с заданными амплитудой и частотойAt the same time, a three-phase PWM signal is supplied to the three-phase winding 7 of the excitation of the exciter (Fig.1, 2) from the output of the controlled inverter 25, simulating a sinusoidal voltage with a given amplitude and frequency

Figure 00000005
Figure 00000005

где ƒ25 - заданная частота напряжения, генерируемого управляемым инвертором 25, ƒ7 - частота напряжения, подаваемого на трехфазную обмотку 7 возбуждения возбудителя.where ƒ 25 is a given voltage frequency generated by a controlled inverter 25, ƒ 7 - the voltage frequency supplied to the three -phase winding 7 excitation of the pathogen.

Под действием этого напряжения в фазах трехфазной обмотки 7 возбуждения возбудителя протекает трехфазный ток, который создает в воздушном зазоре возбудителя вращающееся магнитное поле.Under the action of this voltage, a three-phase current flows in the phases of the three-phase excitation winding 7 of the exciter, which creates a rotating magnetic field in the air gap of the exciter.

Это магнитное поле вращается со скоростью:This magnetic field rotates at a speed of:

Figure 00000006
Figure 00000006

где ƒ7 - частота напряжения, подаваемого на трехфазную обмотку 7 возбуждения возбудителя, р7 - число пар полюсов индуктора возбудителя, nвмп7 - скорость вращения магнитного поля, индуцируемого током, протекающим в трехфазной обмотке 7 возбуждения возбудителя, и индуцирует в трехфазной обмотке 8 якоря возбудителя трехфазную ЭДС, частота которой равна:where ƒ 7 is the frequency of the voltage supplied to the three-phase excitation winding 7 of the exciter, p 7 is the number of pairs of poles of the exciter inductor, n vmp7 is the rotation speed of the magnetic field induced by the current flowing in the three-phase excitation winding 7 of the exciter, and induces armatures in the three-phase winding 8 exciter three-phase EMF, the frequency of which is equal to:

Figure 00000007
Figure 00000007

где ƒ8 - частота ЭДС, индуцируемой в трехфазной обмотке 8 якоря возбудителя, р7 - число пар полюсов индуктора возбудителя, nвмп7 - скорость вращения магнитного поля, индуцируемого током, протекающим в трехфазной обмотке 7 возбуждения возбудителя.where ƒ 8 is the frequency of the EMF induced in the three-phase winding 8 of the exciter armature, p 7 is the number of pairs of poles of the exciter inductor, n vmp7 is the rotation speed of the magnetic field induced by the current flowing in the three-phase winding 7 of the excitation of the exciter.

При вращении наружного ротора с трехфазной обмоткой 8 якоря возбудителя и трехфазной обмоткой 29 возбуждения основного генератора частота ЭДС, индуцируемой в трехфазной обмотке 8 якоря возбудителя определяется суммой скорости вращения магнитного поля nвмп7, индуцируемого током, протекающим в трехфазной обмотке 7 возбуждения возбудителя, и скорости вращения наружного ротора nр, меняющейся при изменении набегающего воздушного потока, и определяется по формуле:When the outer rotor rotates with a three-phase winding 8 of the exciter armature and a three-phase winding 29 of the excitation of the main generator, the frequency of the EMF induced in the three-phase winding 8 of the exciter armature is determined by the sum of the rotation speed of the magnetic field n vmp7 induced by the current flowing in the three-phase winding 7 of the excitation of the exciter, and the rotation speed outer rotor n p , which changes with the change of the incoming air flow, and is determined by the formula:

Figure 00000008
Figure 00000008

где ƒ8 - частота ЭДС, индуцируемой в трехфазной обмотке 8 якоря возбудителя, р7 - число пар полюсов индуктора возбудителя, nвмп7 - скорость вращения магнитного поля, индуцируемого током, протекающим в трехфазной обмотке 7 возбуждения возбудителя, nр - скорость вращения наружного ротора, меняющаяся при изменении набегающего воздушного потока.where ƒ 8 is the frequency of the EMF induced in the three-phase winding 8 of the exciter armature, p 7 is the number of pairs of poles of the exciter inductor, n vmp7 is the rotation speed of the magnetic field induced by the current flowing in the three-phase winding 7 of the excitation of the exciter, n p is the rotation speed of the outer rotor , which changes with a change in the incoming air flow.

Трехфазная ЭДС с трехфазной обмотки 8 якоря возбудителя подается на трехфазную обмотку 29 возбуждения основного генератора. Под действием этой ЭДС в фазах трехфазной обмотки 29 возбуждения основного генератора протекает трехфазный электрический ток, который создает в воздушном зазоре основного генератора (фиг. 1, 2) вращающееся магнитное поле. В связи с тем, что трехфазная обмотка 29 возбуждения основного генератора подключена к трехфазной обмотке 8 якоря возбудителя с обратным по отношению к ней порядком чередования фаз, это вращающееся магнитное поле вращается со скоростью nвмп29, равной по величине сумме скорости вращения магнитного поля nвмп7, индуцируемого током, протекающим в трехфазной обмотке 7 возбуждения возбудителя, и скорости вращения наружного ротора nр, меняющейся при изменении набегающего воздушного потока, но в обратном направлении:Three-phase EMF from the three-phase winding 8 of the armature of the exciter is fed to the three-phase winding 29 of the excitation of the main generator. Under the action of this EMF, a three-phase electric current flows in the phases of the three-phase excitation winding 29 of the main generator, which creates a rotating magnetic field in the air gap of the main generator (Fig. 1, 2). Due to the fact that the three-phase winding 29 of the excitation of the main generator is connected to the three-phase winding 8 of the armature of the exciter with the phase sequence reversed with respect to it, this rotating magnetic field rotates at a speed of n VMP29 , equal in magnitude to the sum of the rotational speed of the magnetic field n VMP7 , induced by the current flowing in the three-phase excitation winding 7 of the exciter, and the speed of rotation of the outer rotor n p , changing with the change in the incoming air flow, but in the opposite direction:

Figure 00000009
Figure 00000009

где nвмп29 - скорость вращения магнитного поля, индуцируемого током, протекающим в трехфазной обмотке 29 возбуждения основного генератора, nвмп7 - скорость вращения магнитного поля, индуцируемого током, протекающим в трехфазной обмотке 7 возбуждения возбудителя, nр - скорость вращения наружного ротора, меняющаяся при изменении набегающего воздушного потока.where N VMP29 is the speed of rotation of the magnetic field induced by the current occurring in the three -phase winding 29 of the excitation of the main generator, N VMP7 is the speed of rotation of the magnetic field induced in a three -phase winding 7 excitation of the pathogen, n p is the speed of rotation of the external rotor, which changes during change in the incoming air flow.

Вращающееся магнитное поле, созданное трехфазным электрическим током, протекающим в фазах трехфазной обмотки 29 возбуждения основного генератора, индуцирует в трехфазной обмотке 27 якоря основного генератора трехфазную ЭДС, частота которой при вращении наружного ротора определяется разностью скорости вращения наружного ротора nр, меняющейся при изменении набегающего воздушного потока, и скорости вращения магнитного поля nвмп29, индуцируемого током, протекающим в трехфазной обмотке 29 возбуждения основного генератора, и с учетом формулы (9) определяется по формуле:A rotating magnetic field created by a three-phase electric current flowing in the phases of the three-phase winding 29 of the excitation of the main generator induces a three-phase EMF in the three-phase winding 27 of the armature of the main generator, the frequency of which, when the outer rotor rotates, is determined by the difference in the speed of rotation of the outer rotor n p , which changes with a change in the incoming air flow, and the speed of rotation of the magnetic field n vmp29 induced by the current flowing in the three-phase winding 29 of the excitation of the main generator, and taking into account formula (9) is determined by the formula:

Figure 00000010
Figure 00000010

где ƒ27 - частота ЭДС, индуцируемой в трехфазной обмотке 27 якоря основного генератора, р29 - число пар полюсов индуктора основного генератора, nвмп29 - скорость вращения магнитного поля, индуцируемого током, протекающим в трехфазной обмотке 29 возбуждения основного генератора, nвмп7 - скорость вращения магнитного поля, индуцируемого током, протекающим в трехфазной обмотке 7 возбуждения возбудителя, nр - скорость вращения наружного ротора, меняющаяся при изменении набегающего воздушного потока.where ƒ 27 is the frequency of the EMF, which is induced in a three -phase winding 27 of the main generator, P 29 is the number of poles of the poles of the main generator inductor, N VMP29 - the speed of rotation of the magnetic field induced in a three -phase winding 29 excitation of the main generator, N VMP7 - speed - speed - speed rotations of a magnetic field induced by a current occurring in a three -phase winding 7 of the excitation of the pathogen, n p is the speed of rotation of the external rotor, which changes when the runaway air flow changes.

С учетом формул (6) и (5) формула для определения частоты ЭДС в трехфазной обмотке 27 якоря основного генератора примет вид:Taking into account formulas (6) and (5), the formula for determining the EMF frequency in the three-phase winding 27 of the armature of the main generator will take the form:

Figure 00000011
Figure 00000011

где ƒ27 - частота ЭДС, индуцируемой в трехфазной обмотке 27 якоря основного генератора, р29 - число пар полюсов индуктора основного генератора, nвмп7 - скорость вращения магнитного поля, индуцируемого током, протекающим в трехфазной обмотке 7 возбуждения возбудителя, ƒ7 - частота напряжения, подаваемого на трехфазную обмотку 7 возбуждения возбудителя, ƒ25 - заданная частота напряжения, генерируемого управляемым инвертором 25, k - коэффициент пропорциональности, равный отношению числа пар полюсов индуктора основного генератора к числу пар полюсов индуктора возбудителя.where ƒ 27 is the frequency of the EMF induced in the three-phase winding 27 of the armature of the main generator, p 29 is the number of pairs of poles of the main generator inductor, n vmp7 is the rotation speed of the magnetic field induced by the current flowing in the three-phase winding 7 of the excitation of the exciter, ƒ 7 is the voltage frequency supplied to the three-phase excitation winding 7 of the exciter, ƒ 25 is the specified frequency of the voltage generated by the controlled inverter 25, k is the proportionality coefficient equal to the ratio of the number of pole pairs of the main generator inductor to the number of pole pairs of the exciter inductor.

Таким образом, частота ƒ27 трехфазной ЭДС, индуцируемой в трехфазной обмотке 27 якоря основного генератора зависит только от заданной частоты ƒ25 напряжения, формируемого на выходе управляемого инвертора 25 и подаваемого на трехфазную обмотку 7 возбуждения возбудителя, а величина скорости nр вращения наружного ротора не влияет на частоту ƒ27 трехфазной ЭДС, индуцируемой в трехфазной обмотке 27 якоря основного генератора, то есть на частоту выходного напряжения предлагаемого ветрогенератора.Thus, the frequency ƒ 27 of the three-phase EMF induced in the three-phase winding 27 of the armature of the main generator depends only on the specified frequency ƒ 25 of the voltage generated at the output of the controlled inverter 25 and supplied to the three-phase winding 7 of the excitation of the exciter, and the value of the speed n p of rotation of the outer rotor does not affects the frequency ƒ 27 three-phase EMF induced in the three-phase armature winding 27 of the main generator, that is, the frequency of the output voltage of the proposed wind generator.

В связи с этим, при подаче от управляемого инвертора 25 напряжения стабильной частоты на трехфазную обмотку 7 возбуждения возбудителя частота напряжения на выходе предлагаемого ветрогенератора будет стабильной без принятия дополнительных мер и определятся по формуле (11).In this regard, when a voltage of a stable frequency is supplied from a controlled inverter 25 to a three-phase excitation winding 7 of the exciter, the voltage frequency at the output of the proposed wind generator will be stable without additional measures and will be determined by formula (11).

Регулирование амплитуды выходного напряжения в трехфазной обмотке якоря 27 основного генератора осуществляется путем изменения скважности у импульсов при формировании ШИМ-сигнала, подаваемого на трехфазную обмотку 7 возбуждения возбудителя с выхода управляемого инвертора 25 - точек А'', В'' и С'' (фиг. 2, 3).The amplitude of the output voltage in the three-phase winding of the armature 27 of the main generator is controlled by changing the duty cycle of the pulses during the formation of the PWM signal applied to the three-phase winding 7 of the excitation of the exciter from the output of the controlled inverter 25 - points A'', B'' and C'' (Fig. .2, 3).

Это происходит следующим образом.It happens in the following way.

Фазные напряжения фаз А, В и С трехфазной обмотки 27 якоря основного генератора поступают на входы соответственно первого ДНА 36, второго ДНВ 37 и третьего ДНС 38 датчиков напряжения (фиг. 2), которые формируют сигналы, пропорциональные разности заданного и текущего значений фазных напряжений трехфазной обмотки 27 якоря основного генератора.The phase voltages of the phases A, B and C of the three-phase armature winding 27 of the main generator are fed to the inputs, respectively, of the first DN A 36, the second DN B 37 and the third DN C 38 voltage sensors (Fig. 2), which form signals proportional to the difference between the set and current values phase voltages of the three-phase winding 27 of the armature of the main generator.

Эти сигналы с выходов первого ДНА 36, второго ДНВ 37 и третьего ДНС 38 датчиков напряжения поступают на входы первого ФССА 33, второго ФССВ 34 и третьего ФССС 35 формирователей синусоидального сигнала ШИМ-контроллера 47 соответственно. Формирователи синусоидального сигнала ФССА 33, ФССВ 34 и ФССС 35 формируют синусоидальные сигналы, соответствующие разности заданного и текущего амплитудных значений напряжения в соответствующих фазах, и подают эти сигналы на входы блока сравнения CP 32. При этом на второй вход блока сравнения CP 32 поступает сигнал с выхода первого формирователя синусоидального сигнала ФССА 33, на третий вход поступает сигнал с выхода второго формирователя синусоидального сигнала ФССВ 34, на четвертый вход поступает сигнал с выхода третьего формирователя синусоидального сигнала ФССС 35. Одновременно на первый вход блока сравнения CP 32 поступает сигнал с выхода формирователя пилообразного сигнала ФПС 31.These signals from the outputs of the first DN A 36, the second DN B 37 and the third DN C 38 voltage sensors are fed to the inputs of the first FSS A 33, the second FSS B 34 and the third FSS C 35 of the shapers of the sinusoidal signal of the PWM controller 47, respectively. The sinusoidal signal generators FSS A 33, FSS B 34 and FSS C 35 generate sinusoidal signals corresponding to the difference between the set and current amplitude voltage values in the respective phases, and feed these signals to the inputs of the CP 32 comparison unit. At the same time, to the second input of the CP 32 comparison unit a signal is received from the output of the first sinusoidal signal generator FSS A 33, the third input receives a signal from the output of the second sinusoidal signal generator FSS B 34, the fourth input receives a signal from the output of the third sinusoidal signal generator FSS C 35. At the same time, the first input of the comparison unit CP 32 a signal is received from the output of the sawtooth signal generator FPS 31.

В блоке сравнения CP 32 значение каждого из синусоидальных сигналов, поступающих с выходов первого ФССА 33, второго ФССВ 34 и третьего ФССС 35 формирователей синусоидального сигнала, сравнивается в каждый момент времени со значением пилообразного сигнала, поступающего с выхода формирователя пилообразного сигнала ФПС 31 (фиг. 3 а).In the comparison unit CP 32, the value of each of the sinusoidal signals coming from the outputs of the first FSS A 33, the second FSS B 34 and the third FSS C 35 of the sinusoidal signal generators is compared at each moment of time with the value of the sawtooth signal coming from the output of the sawtooth signal generator FPS 31 (Fig. 3a).

Если напряжение UФПС, поступающее с выхода формирователя пилообразного сигнала ФПС 31, выше напряжения UФССА, поступающего с выхода первого формирователя синусоидального сигнала ФССА 33, то на первом выходе блока сравнения CP 32 формируется положительный импульс напряжения UVT1>0 (фиг.3 б). Этот импульс подается на базу первого транзистора VT1 41 и открывает его. Одновременно на втором выходе блока сравнения CP 32 формируется пауза (напряжение отсутствует). Второй транзистор VT2 42 находится в закрытом состоянии.If the voltage U FPS coming from the output of the sawtooth signal generator FPS 31 is higher than the voltage U FSSA coming from the output of the first sinusoidal signal generator FSS A 33, then a positive voltage pulse U VT1 >0 is formed at the first output of the comparison unit CP 32 (Fig.3 b). This pulse is applied to the base of the first transistor VT1 41 and opens it. At the same time, a pause is formed at the second output of the CP 32 comparator (no voltage). The second transistor VT2 42 is in the closed state.

Отношение периода пилообразного сигнала ко времени открытого состояния соответствующего транзистора определяет величину скважности у импульса, снимаемого с коллектора соответствующего транзистора и подаваемого на соответствующую фазу трехфазной обмотки 7 возбуждения возбудителя.The ratio of the period of the sawtooth signal to the time of the open state of the corresponding transistor determines the duty cycle of the pulse taken from the collector of the corresponding transistor and applied to the corresponding phase of the three-phase winding 7 of excitation of the exciter.

Если напряжение UФПС, поступающее с выхода формирователя пилообразного сигнала ФПС 31, ниже напряжения UФCCA, поступающего с выхода первого формирователя синусоидального сигнала ФССА 33, то на первом выходе блока сравнения CP 32 формируется пауза (напряжение отсутствует) UVT1<0 (фиг.3 б). Первый транзистор VT1 41 находится в закрытом состоянии. Одновременно на втором выходе блока сравнения CP 32 формируется положительный импульс напряжения. Этот импульс подается на базу второго транзистора VT2 42 и открывает его.If the voltage U FPS coming from the output of the sawtooth signal generator FPS 31 is lower than the voltage U FCCA coming from the output of the first sinusoidal signal generator FSS A 33, then a pause is formed at the first output of the comparison unit CP 32 (no voltage) U VT1 <0 (Fig. .3 b). The first transistor VT1 41 is in the closed state. At the same time, a positive voltage pulse is generated at the second output of the CP 32 comparator. This pulse is applied to the base of the second transistor VT2 42 and opens it.

Таким образом, когда первый транзистор VT1 41 открыт, второй транзистор VT2 42 закрыт, и наоборот.Thus, when the first transistor VT1 41 is open, the second transistor VT2 42 is closed, and vice versa.

Аналогичным образом в блоке сравнения CP 32 производится сравнение напряжения UФПС, поступающего с выхода формирователя пилообразного сигнала ФПС 31, с напряжениями UФССВ и UФССС, поступающих соответственно с выходов второго ФССВ 34 и третьего ФССС 35 формирователей синусоидального сигнала (фиг. 2, 3). В результате этого сравнения формируются положительные импульсы и паузы для управления открытием и закрытием третьего VT3 43, четвертого VT4 44, пятого VT5 45 и шестого VT6 46 транзисторов. При этом, когда третий транзистор VT3 43 открыт, четвертый транзистор VT4 44 закрыт, и наоборот; когда пятый транзистор VT5 45 открыт, шестой транзистор VT6 46 закрыт, и наоборот (фиг. 3 б).Similarly, in the comparison unit CP 32, the voltage U FPS coming from the output of the sawtooth signal shaper FPS 31 is compared with the voltages U FSV and U FSSS coming from the outputs of the second FSS B 34 and third FSS C 35 of the sinusoidal signal shapers, respectively (Fig. 2 , 3). As a result of this comparison, positive pulses and pauses are generated to control the opening and closing of the third VT3 43, fourth VT4 44, fifth VT5 45 and sixth VT6 46 transistors. In this case, when the third transistor VT3 43 is open, the fourth transistor VT4 44 is closed, and vice versa; when the fifth transistor VT5 45 is open, the sixth transistor VT6 46 is closed, and vice versa (Fig. 3 b).

В момент, когда первый транзистор VT1 41 открыт, а второй транзистор VT2 42 закрыт, точка А'' подключается к положительному выводу первого конденсатора С1 39 и плюсовой клемме источника постоянного напряжения. В момент, когда первый транзистор VT1 41 закрыт, а второй транзистор VT42 42 открыт, точка А'' подключается к отрицательному выводу второго конденсатора С2 40 и к минусовой клемме источника постоянного напряжения.At the moment when the first transistor VT1 41 is open and the second transistor VT2 42 is closed, point A'' is connected to the positive terminal of the first capacitor C1 39 and the positive terminal of the DC voltage source. At the moment when the first transistor VT1 41 is closed and the second transistor VT42 42 is open, point A'' is connected to the negative terminal of the second capacitor C2 40 and to the negative terminal of the DC voltage source.

Первый С1 39 и второй С2 40 конденсаторы (фиг. 2) образуют делитель напряжения. На отрицательном выводе конденсатора С1 39 и положительном выводе конденсатора С2 40, соединенными между собой и подключенными к точке О'' в трехфазной обмотке 7 возбуждения возбудителя, напряжение равно половине напряжения питания UПИТ, что позволяет получать в каждой из фаз трехфазной обмотки 7 возбуждения возбудителя импульсы с амплитудой UПИТ/2 положительного (+UПИТ/2) и отрицательного (-UПИТ/2) напряжения по отношению к потенциалу точки О'' при работе от источника питания с напряжением UПИТ (фиг. 3 г).The first C1 39 and the second C2 40 capacitors (FIG. 2) form a voltage divider. On the negative terminal of the capacitor C1 39 and the positive terminal of the capacitor C2 40, connected to each other and connected to point O'' in the three-phase winding 7 of the excitation of the exciter, the voltage is equal to half the supply voltage U PIT , which makes it possible to obtain in each of the phases of the three-phase winding 7 of the excitation of the exciter pulses with amplitude U PIT /2 positive (+U PIT /2) and negative (-U PIT /2) voltage relative to the potential of point O'' when operating from a power source with voltage U PIT (Fig. 3 d).

При формировании сигналов в соответствии с приведенным выше описанием линейное напряжение между точками А'' и В'' (фиг. 2, 3) имеет вид, представленный на фиг. 3 в. Аналогичный вид имеют линейные напряжения между точками В'' и С'', А'' и С'' (фиг. 2, 3).When generating signals in accordance with the above description, the line voltage between points A'' and B'' (Fig. 2, 3) has the form shown in Fig. 3 c. Line voltages between points B'' and C'', A'' and C'' have a similar form (Fig. 2, 3).

Фазное напряжение фазы А'' управляемого инвертора представлено на фиг.3 д. На фиг.3 д видно, что фазный ток в фазе А'' имеет вид, близкий к синусоидальному.The phase voltage of phase A'' of the controlled inverter is shown in Fig.3 e. In Fig.3 e it can be seen that the phase current in phase A'' has a form close to sinusoidal.

При уменьшении значения выходного напряжения в фазе А трехфазной обмотки 27 якоря основного генератора ниже заданного уровня амплитуда синусоидального сигнала, формируемого на выходе первого формирователя синусоидального сигнала ФССА 33, также уменьшается (в соответствии с алгоритмами процесса регулирования напряжения). При этом блок сравнения CP 32 сравнивает значение пилообразного сигнала в каждый момент времени со значением положительной полуволны синусоидального сигнала, формируемого первым формирователем синусоидального сигнала ФССА 33, уменьшая при этом скважность у импульсов, управляющих работой первого транзистора VT1 41, которая определяется по формуле:When the value of the output voltage in phase A of the three-phase winding 27 of the armature of the main generator decreases below a predetermined level, the amplitude of the sinusoidal signal generated at the output of the first generator of the sinusoidal signal FSS A 33 also decreases (in accordance with the algorithms of the voltage regulation process). At the same time, the CP 32 comparison unit compares the value of a sawn -shaped signal at each time with the value of the positive half -wave of the sinusoidal signal formed by the first former of the Sinusoidal signal of the FSS A 33, while reducing the wells of pulses that control the operation of the first transistor VT1 41, which is determined by the formula:

Figure 00000012
Figure 00000012

где Т - период следования импульсов, τ - длительность импульса.where T is the pulse repetition period, τ is the pulse duration.

Одновременно блок сравнения CP 32 сравнивает значение пилообразного сигнала в каждый момент времени со значением отрицательной полуволны синусоидального сигнала, формируемого первым формирователем синусоидального сигнала ФССА 33, увеличивая при этом скважность у импульсов, управляющих работой второго транзистора VT2 42.At the same time, the CP 32 comparison unit compares the value of a sawn -shaped signal at each time with the value of the negative half -wave of the sinusoidal signal formed by the first former of the Sinusoidal signal of the FSS A 33, while increasing the wells of pulses that control the operation of the second transistor VT2 42.

Вследствие этого среднее значение положительного потенциала в точке А'' (фиг. 2) возрастает, фазный ток в фазе А'' трехфазной обмотки 7 возбуждения возбудителя возрастает.As a result, the average value of the positive potential at point A'' (Fig. 2) increases, the phase current in phase A'' of the three-phase excitation winding 7 of the exciter increases.

Аналогичным образом измеряется величина напряжения в фазах В и С трехфазной обмотки 27 якоря основного генератора и регулируется скважность у импульсов, управляющих работой третьего VT3 43 и четвертого VT4 44 транзисторов, регулирующих потенциал точки В'', а следовательно - амплитуду фазного напряжения и тока фазы В трехфазной обмотки 7 возбуждения возбудителя, и пятого VT5 45 и шестого VT6 46 транзисторов, регулирующих потенциал точки С'', а следовательно - амплитуду фазного напряжения и тока фазы С'' трехфазной обмотки 7 возбуждения возбудителя.Similarly, the magnitude of the voltage in phases B and C of the three-phase winding 27 of the armature of the main generator is measured and the duty cycle of the pulses that control the operation of the third VT3 43 and fourth VT4 44 transistors that regulate the potential of point B'', and therefore the amplitude of the phase voltage and current of phase B three-phase winding 7 of the excitation of the exciter, and the fifth VT5 45 and sixth VT6 46 transistors that regulate the potential of the point C'', and therefore the amplitude of the phase voltage and current of the phase C'' of the three-phase winding 7 of the excitation of the exciter.

При увеличении фазных токов в трехфазной обмотке 7 возбуждения возбудителя увеличивается магнитный поток, создаваемый этой обмоткой. В результате этого увеличивается величина ЭДС, создаваемой в трехфазной обмотке 8 якоря возбудителя при вращении ротора ветрогенератора. При этом увеличивается величина тока в трехфазной обмотке 29 возбуждения основного генератора. Вследствие этого увеличивается магнитный поток, создаваемый этой обмоткой, что вызывает увеличение значения ЭДС, создаваемой в трехфазной обмотке 27 якоря основного генератора при вращении ротора ветрогенератора. Таким образом амплитудное значение выходного напряжения увеличивается до заданного.With an increase in phase currents in the three-phase excitation winding 7 of the exciter, the magnetic flux created by this winding increases. As a result, the magnitude of the EMF generated in the three-phase winding 8 of the exciter armature increases when the rotor of the wind generator rotates. This increases the amount of current in the three-phase winding 29 excitation of the main generator. As a result, the magnetic flux generated by this winding increases, which causes an increase in the value of the EMF created in the three-phase winding 27 of the armature of the main generator when the rotor of the wind generator rotates. Thus, the amplitude value of the output voltage increases to the specified value.

При увеличении значения выходного напряжения в фазах трехфазной обмотки 27 якоря основного генератора выше заданного уровня процесс регулирования осуществляется аналогично путем увеличения скважности у импульсов, управляющих работой первого VT1 41, третьего VT3 43 и пятого VT5 45 транзисторов, и уменьшения скважности у импульсов, управляющих работой второго VT2 42, четвертого VT4 44 и шестого VT6 46 транзисторов.With an increase in the value of the output voltage in the phases of the three-phase armature winding 27 of the main generator above a predetermined level, the regulation process is carried out similarly by increasing the duty cycle of the pulses that control the operation of the first VT1 41, the third VT3 43 and the fifth VT5 45 transistors, and reducing the duty cycle of the pulses that control the operation of the second VT2 42, fourth VT4 44 and sixth VT6 46 transistors.

Таким образом, совокупность представленных признаков позволяет расширить область применения асинхронизированного синхронного аксиально-радиального ветрогенератора переменного тока за счет улучшения его эксплуатационно-технических характеристик, а именно: за счет повышения качества вырабатываемой электроэнергии переменного тока путем минимизации отклонения выходного напряжения генератора от заданного по частоте и по амплитуде при изменении скорости набегающего воздушного потока, повышения надежности ветрогенератора путем уменьшения вероятности перегрева обмоток возбудителя и основного генератора посредством облегчения теплового режима работы элементов ветрогенератора.Thus, the combination of the presented features makes it possible to expand the scope of the asynchronized synchronous axial-radial AC wind generator by improving its operational and technical characteristics, namely: by improving the quality of the generated AC electricity by minimizing the deviation of the generator output voltage from the specified frequency and amplitude when changing the speed of the oncoming air flow, increasing the reliability of the wind generator by reducing the likelihood of overheating of the windings of the exciter and the main generator by facilitating the thermal operation of the elements of the wind generator.

Claims (6)

1. Асинхронизированный синхронный аксиально-радиальный ветрогенератор переменного тока, содержащий неподвижную платформу, жестко закрепленную на штанге-держателе, передний и задний подшипниковые узлы, внутренний статор с неподвижной осью, запрессованной в отверстие, выполненное в центре неподвижной платформы, и наружный ротор, содержащий ступицу с закрепленными на ее наружной поверхности лопастями, в передней части которой установлен обтекатель, при этом ветрогенератор выполнен двухкаскадным и содержит возбудитель и основной генератор, элементы магнитной системы которых закреплены на внутреннем статоре и наружном роторе, отличающийся тем, что обтекатель выполнен с внутренними и внешними входными вентиляционными отверстиями, а ступица наружного ротора содержит передний диск с внутренними и внешними вентиляционными отверстиями и задний диск с внутренними и внешними выходными вентиляционными отверстиями, при этом ступица наружного ротора установлена с возможностью вращения на неподвижной оси внутреннего статора посредством переднего и заднего подшипниковых узлов, внутренние кольца которых установлены с натягом на неподвижной оси внутреннего статора, наружное кольцо переднего подшипникового узла уложено в посадочное отверстие в центральной части переднего диска, а наружное кольцо заднего подшипникового узла уложено в посадочное отверстие в центральной части заднего диска, при этом возбудитель состоит из аксиального магнитопровода индуктора возбудителя, в пазы которого уложена трехфазная обмотка возбуждения возбудителя, установленного на жестко закрепленном на неподвижной оси внутреннего статора среднем диске внутреннего статора с расположенными по окружности с центром на оси симметрии неподвижной оси внутреннего статора вентиляционными отверстиями, и аксиального магнитопровода якоря возбудителя, в пазы которого со стороны аксиального магнитопровода индуктора возбудителя уложена трехфазная обмотка якоря возбудителя, жестко закрепленного на переднем диске между его внутренними и внешними вентиляционными отверстиями, а основной генератор состоит из жестко закрепленного на внутренней поверхности ступицы наружного ротора цилиндрического магнитопровода индуктора основного генератора, в пазы которого уложена трехфазная обмотка возбуждения основного генератора, подключенная к трехфазной обмотке якоря возбудителя с обратным по отношению к ней порядком чередования фаз, и цилиндрического магнитопровода якоря основного генератора, в пазы которого уложена трехфазная обмотка якоря основного генератора, жестко закрепленного на неподвижной оси внутреннего статора посредством тонкостенного цилиндра с внутренним диском, имеющим проходные вентиляционные отверстия, расположенные по окружности с центром на оси симметрии неподвижной оси внутреннего статора, при этом на внутренней поверхности тонкостенного цилиндра с внутренним диском в непосредственной близости с проходными вентиляционными отверстиями закреплен управляемый инвертор, вход которого подключен к началам фаз трехфазной обмотки якоря основного генератора, а выход - к началам фаз трехфазной обмотки возбуждения возбудителя, при этом центры внешних выходных вентиляционных отверстий заднего диска расположены по окружности с центром на оси симметрии наружного ротора напротив середины воздушного зазора между цилиндрическими магнитопроводами индуктора и якоря основного генератора, центры внутренних вентиляционных отверстий переднего диска расположены по окружности с центром на оси симметрии наружного ротора, диаметр которой меньше внутреннего диаметра аксиального магнитопровода якоря возбудителя на величину диаметра внутренних вентиляционных отверстий, центры внешних вентиляционных отверстий переднего диска расположены по окружности с центром на оси симметрии наружного ротора, диаметр которой больше наружного диаметра аксиального магнитопровода якоря возбудителя на величину диаметра внешних вентиляционных отверстий, при этом внутренние входные вентиляционные отверстия обтекателя расположены напротив внутренних вентиляционных отверстий переднего диска, внешние входные вентиляционные отверстия обтекателя расположены напротив внешних вентиляционных отверстий переднего диска.1. Asynchronized synchronous axial-radial AC wind generator containing a fixed platform rigidly fixed to the holding rod, front and rear bearing assemblies, an internal stator with a fixed axis pressed into a hole made in the center of the fixed platform, and an outer rotor containing a hub with blades fixed on its outer surface, in front of which a fairing is installed, while the wind generator is made two-stage and contains an exciter and a main generator, the elements of the magnetic system of which are fixed on the inner stator and outer rotor, characterized in that the fairing is made with internal and external input vents, and the outer rotor hub contains a front disk with internal and external vents and a rear disk with internal and external outlet vents, while the outer rotor hub is rotatably mounted on a stationary axles of the inner stator through the front and rear bearing assemblies, the inner rings of which are installed with an interference fit on the fixed axis of the inner stator, the outer ring of the front bearing assembly is placed in the mounting hole in the central part of the front disk, and the outer ring of the rear bearing assembly is laid in the mounting hole in the central part of the rear disk, while the exciter consists of an axial magnetic circuit of the exciter inductor, in the grooves of which a three-phase excitation winding of the exciter is laid, mounted on the middle disk of the internal stator rigidly fixed on the fixed axis of the inner stator with ventilation holes located around the circumference centered on the axis of symmetry of the fixed axis of the inner stator , and the axial magnetic circuit of the exciter armature, in the grooves of which, from the side of the axial magnetic circuit of the exciter inductor, a three-phase winding of the exciter armature is laid, rigidly fixed on the front disk between its inside and external ventilation holes, and the main generator consists of a cylindrical magnetic core of the main generator inductor rigidly fixed on the inner surface of the outer rotor hub, in the grooves of which the three-phase excitation winding of the main generator is laid, connected to the three-phase winding of the exciter armature with the phase sequence reversed with respect to it , and a cylindrical magnetic circuit of the armature of the main generator, in the grooves of which a three-phase winding of the armature of the main generator is laid, rigidly fixed on the fixed axis of the inner stator by means of a thin-walled cylinder with an inner disk having through-flow ventilation holes located around a circle centered on the axis of symmetry of the fixed axis of the inner stator, at the same time, a controlled inverter is fixed on the inner surface of the thin-walled cylinder with an inner disk in close proximity to the through-hole ventilation holes, the input of which is connected to the beginnings of the phases m three-phase winding of the armature of the main generator, and the output - to the beginning of the phases of the three-phase excitation winding of the exciter, while the centers of the external output ventilation holes of the rear disk are located in a circle centered on the axis of symmetry of the outer rotor opposite the middle of the air gap between the cylindrical magnetic circuits of the inductor and the armature of the main generator, the centers The internal ventilation holes of the front disk are located in a circle centered on the axis of symmetry of the outer rotor, the diameter of which is less than the inner diameter of the axial magnetic circuit of the exciter armature by the value of the diameter of the internal ventilation holes, the centers of the external ventilation holes of the front disk are located in a circle centered on the axis of symmetry of the outer rotor, diameter which is larger than the outer diameter of the axial magnetic circuit of the exciter armature by the value of the diameter of the external ventilation holes, while the internal inlet ventilation holes of the fairing are located opposite in the internal front disc vents, the fairing's outer inlet vents are positioned opposite the outer front disc vents. 2. Асинхронизированный синхронный аксиально-радиальный ветрогенератор переменного тока по п. 1, отличающийся тем, что управляемый инвертор содержит:2. Asynchronized synchronous axial-radial AC wind generator according to claim 1, characterized in that the controlled inverter contains: - ШИМ-контроллер, состоящий из блока сравнения, имеющего первый, второй, третий и четвертый входы и первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой выходы, формирователя пилообразного сигнала, выход которого подключен к первому входу блока сравнения, и первого, второго и третьего формирователей синусоидального сигнала, выходы которых подключены соответственно ко второму, третьему и четвертому входам блока сравнения,- PWM controller, consisting of a comparison unit having the first, second, third and fourth inputs and the first, second, third, fourth, fifth and sixth outputs, a sawtooth signal shaper, the output of which is connected to the first input of the comparison unit, and the first, second and the third sinusoidal signal generators, the outputs of which are connected respectively to the second, third and fourth inputs of the comparison unit, - первый, второй и третий датчики напряжения, входы которых подключены соответственно к началам фаз А, В и С трехфазной обмотки якоря основного генератора, а выходы - ко входам первого, второго и третьего формирователей синусоидального сигнала ШИМ-контроллера соответственно;- the first, second and third voltage sensors, the inputs of which are connected respectively to the beginnings of phases A, B and C of the three-phase armature winding of the main generator, and the outputs - to the inputs of the first, second and third generators of the sinusoidal signal of the PWM controller, respectively; - первый и второй конденсаторы, имеющие положительный и отрицательный выводы, при этом положительный вывод первого конденсатора подключен к плюсовой клемме источника постоянного напряжения, отрицательный вывод второго конденсатора подключен к минусовой клемме источника постоянного напряжения, а отрицательный вывод первого конденсатора и положительный вывод второго конденсатора соединены между собой;- first and second capacitors having positive and negative terminals, wherein the positive terminal of the first capacitor is connected to the positive terminal of the DC voltage source, the negative terminal of the second capacitor is connected to the negative terminal of the DC voltage source, and the negative terminal of the first capacitor and the positive terminal of the second capacitor are connected between yourself; - первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой транзисторы, к каждому из которых подключен защитный диод, проводящий ток в направлении от эмиттера к коллектору транзистора, к которому он подключен, при этом база первого транзистора подключена к первому выходу блока сравнения ШИМ-контроллера, база второго транзистора подключена ко второму выходу блока сравнения ШИМ-контроллера, база третьего транзистора подключена к третьему выходу блока сравнения ШИМ-контроллера, база четвертого транзистора подключена к четвертому выходу блока сравнения ШИМ-контроллера, база пятого транзистора подключена к пятому выходу блока сравнения ШИМ-контроллера, база шестого транзистора подключена к шестому выходу блока сравнения ШИМ-контроллера, при этом коллекторы первого, третьего и пятого транзисторов подключены к плюсовой клемме источника постоянного напряжения, а эмиттеры второго, четвертого и шестого транзисторов подключены к минусовой клемме источника постоянного напряжения, при этом эмиттер первого транзистора и коллектор второго транзистора имеют общую точку, к которой подключено начало фазы А'' трехфазной обмотки возбуждения возбудителя, эмиттер третьего транзистора и коллектор четвертого транзистора имеют общую точку, к которой подключено начало фазы В'' трехфазной обмотки возбуждения возбудителя, эмиттер пятого транзистора и коллектор шестого транзистора имеют общую точку, к которой подключено начало фазы С'' трехфазной обмотки возбуждения возбудителя, а концы фаз А'', В'' и С'' трехфазной обмотки возбуждения возбудителя соединены между собой, с отрицательным выводом первого конденсатора и положительным выводом второго конденсатора.- the first, second, third, fourth, fifth and sixth transistors, each of which is connected to a protective diode that conducts current in the direction from the emitter to the collector of the transistor to which it is connected, while the base of the first transistor is connected to the first output of the PWM comparison unit - controller, the base of the second transistor is connected to the second output of the PWM controller comparison unit, the base of the third transistor is connected to the third output of the PWM controller comparison unit, the base of the fourth transistor is connected to the fourth output of the PWM controller comparison unit, the base of the fifth transistor is connected to the fifth output of the comparison unit PWM controller, the base of the sixth transistor is connected to the sixth output of the PWM controller comparison unit, while the collectors of the first, third and fifth transistors are connected to the positive terminal of the DC voltage source, and the emitters of the second, fourth and sixth transistors are connected to the negative terminal of the DC voltage source, while the emitter of the first transistor and the collector of the second transistor have a common point to which the beginning of phase A'' of the three-phase excitation winding of the exciter is connected, the emitter of the third transistor and the collector of the fourth transistor have a common point to which the beginning of phase B'' of the three-phase excitation winding of the exciter is connected, the emitter of the fifth transistor and the collector of the sixth transistor has a common point to which the beginning of phase C'' of the three-phase excitation winding of the exciter is connected, and the ends of the phases A'', B'' and C'' of the three-phase excitation winding of the exciter are interconnected, with the negative terminal of the first capacitor and the positive terminal second capacitor.
RU2022122704A 2022-08-22 Asynchronous ac synchronous axial-radial wind turbine generator RU2789817C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2789817C1 true RU2789817C1 (en) 2023-02-10

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2168062C1 (en) * 1999-12-07 2001-05-27 Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники им. Б.Е. Веденеева" Windmill generator
JP2011080405A (en) * 2009-10-07 2011-04-21 Osamu Murayama Wind turbine generator using artificial wind as driving source
RU2633356C1 (en) * 2016-10-20 2017-10-12 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") Direct current valve wind generator
RU2658316C1 (en) * 2017-07-07 2018-06-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") Multiphase ac wind generator
RU2689211C1 (en) * 2018-03-22 2019-05-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") Stabilized dc axial-radial direct-current valve wind generator

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2168062C1 (en) * 1999-12-07 2001-05-27 Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники им. Б.Е. Веденеева" Windmill generator
JP2011080405A (en) * 2009-10-07 2011-04-21 Osamu Murayama Wind turbine generator using artificial wind as driving source
RU2633356C1 (en) * 2016-10-20 2017-10-12 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") Direct current valve wind generator
RU2658316C1 (en) * 2017-07-07 2018-06-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") Multiphase ac wind generator
RU2689211C1 (en) * 2018-03-22 2019-05-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") Stabilized dc axial-radial direct-current valve wind generator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9231504B2 (en) Electrical control system
JP5289223B2 (en) Radial magnetic bearing and magnetic bearing device with multi-phase AC regulator
Beik et al. High-voltage hybrid generator and conversion system for wind turbine applications
US20120256422A1 (en) Broad-speed-range generator variations
EP3346590A1 (en) Double stator permanent magnet machine with magnetic flux regulation
WO1986003907A1 (en) Variable speed constant frequency generating system
EP1133045A1 (en) Wound-rotor induction motor and energy conversion facility for variable speed electric machine
US20190173404A1 (en) Control of hybrid permanent magnet machine with rotating power converter and energy source
US5144178A (en) Brushless generator with magnet and claw-tooth dual rotor
KR100504699B1 (en) Synchronous Generator
HRP20110305A2 (en) Synchronous multi-pole motor without brushes with stationary armature and excitation windings
CN110460218A (en) Stator magnetic circuit controls Flywheel motor-generator system
EP1821393A2 (en) High power generator with enhanced stator heat removal
RU2789817C1 (en) Asynchronous ac synchronous axial-radial wind turbine generator
RU2688925C1 (en) Stabilized axial-conical direct-current valve wind generator
Beik et al. High voltage generator for wind turbines
Brooking et al. An integrated engine-generator set with power electronic interface for hybrid electric vehicle applications
Gonzalez Performance validation of a high-speed permanent-magnet motor for centrifugal compressors
RU2689211C1 (en) Stabilized dc axial-radial direct-current valve wind generator
RU2034999C1 (en) Centrifugal cryogenic compressor
Lan et al. A new vector control scheme for the Brushless Doubly Fed Induction machine in shaft generation
RU2701169C9 (en) Small-size dc generating system
NL1010800C2 (en) Method and device for converting a fluid flow of varying strength into electric energy.
Vaidya et al. High speed induction generator for applications in aircraft power systems
US20240243638A1 (en) Starter/generator arrangements for gas turbine engines