ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА С ДЕВЯТИФАЗНЫМ ГЕНЕРАТОРОМ

Полезная модель относится к ветроэнергетическим установкам, преобразующим энергию ветра в электрическую, которая может быть использована для повышения надежности и обеспечения высокой эффективности как при нормальных, так и при малых значениях скорости ветра.
Известен ветрогенератор (патент РФ №2168062, F03D 9/00, опубл. 27.05.2001. Бюл. №15), содержащий ветроколесо и магнитоэлектрический генератор, ротор которого имеет постоянные магниты и связан с ветроколесом, а статор выполнен из шихтованного магнитопровода с обмотками, согласно изобретению имеет два идентичных статора, магнитопроводы которых выполнены в виде плоских колец с установленными на их торцевой части и обращенными друг к другу плоскими обмотками, а ротор выполнен в виде немагнитного диска с вмонтированными в него постоянными магнитами, при этом диск ротора расположен между обмотками статора.
Недостатком аналога является невысокие удельные показатели, так как имеется увеличенный двойной зазор.
Известен ветрогенератор (патент РФ №2674815, F03D 7/00, Н02Р 9/00, опубл. 13.12.2018. Бюл. №35), содержащий ветроколесо, связанное механическим валом с ротором электрической машины, которая через нормально-замкнутый первый ключ и выпрямительно-зарядное устройство соединена с аккумулятором и входом инвертора, который выходом подключен к нагрузке, таймер. В устройство дополнительно введены двухпороговый компаратор и нормально разомкнутый второй ключ, при этом двухпороговый компаратор присоединен входом к электрической машине, а выходом связан с управляющим входом нормально-замкнутого первого ключа и с входом таймера, выходом подключенного к управляющему входу нормально-разомкнутого второго ключа, при помощи которого аккумулятор подсоединяется через преобразователь напряжения к электрической машине, при этом электрическая машина является обратимой и работает как в режиме генератора, так и в режиме двигателя.
Недостатком аналога является низкий уровень напряжения при малых скоростях вращения ветроколеса.
Известен ветрогенератор (патент РФ №212697, F03D 7/04, Н02Р 9/00, опубл. 03.08.2022. Бюл. №22), содержащий ветроколесо, которое при помощи муфты валом соединено с ротором синхронного генератора с постоянными магнитами. В свою очередь, синхронный генератор с постоянными магнитами последовательно с помощью муфты соединен с синхронным генератором с постоянными магнитами иного исполнения. Выводы одноименных фазных обмоток каждого синхронного генератора с постоянными магнитами присоединены к силовым ключам, выходы которых присоединены к выпрямителю, который присоединен к аккумулятору и инвертору, на выход которого подключается нагрузка. Силовые ключи коммутируются системой управления, которая состоит из измерителя напряжения, компаратора, обмотки реле.
Недостатком аналога является относительно высокие массогабаритные показатели из-за использования двух синхронных генераторов с постоянными магнитами.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемой полезной модели является ветрогенератор (патент РФ №186110, F03D 7/04, F03D 9/25, Н02Р 9/00, Опубл. 09.01.2019. Бюл. №1), содержащий ветроколесо, связанное механическим валом с ротором трехфазного синхронного электрического генератора с постоянными магнитами, каждая двухсекционная фазная обмотка статора, которого через контактные группы и выпрямительно-зарядное устройство соединена с аккумулятором и инвертором, подключенным к нагрузке, измеритель скорости вращения ротора и компаратор.
Недостатком прототипа является стабилизация напряжения только в относительно небольшом диапазоне изменения скорости ветра.
Технической проблемой полезной модели является создание ветроэнергетической установки с девятифазным генератором с достижением следующего технического результата: повышение надежности и технологичности, снижение массогабаритных показателей, при сохранении высокой эффективности, поскольку имеется возможность стабилизировать напряжение на приемлемом уровне в более широком диапазоне низких и нормальных скоростей ветра.
Технический результат достигается тем, что ветроэнергетическая установка, состоящая из ветроколеса, синхронного генератора с постоянными магнитами, компаратора, обмотки реле, аккумулятора, инвертора, нагрузки, в отличие от прототипа генератор содержит девятифазную обмотку, три трехфазные обмотки которой выведены к трем выпрямителям, их выводы соединяются с помощью коммутирующего устройства, которым управляет компаратор и обмотка реле, последовательно или параллельно в зависимости от вырабатываемого напряжения, фиксируемого на измерителе напряжения.
Сущность полезной модели поясняется чертежом.
На фигуре представлена структурная схема ветроэнергетической установки с девятифазным генератором.
1
2
3
1
2
3
1
2
3
Ветроэнергетическая установка с девятифазным генератором содержит ветроколесо 1, которое соединено с девятифазным синхронным генератором с постоянными магнитами 2. Выводы трех трехфазных обмоток ААА, ВВВ, ССС девятифазного синхронного генератора с постоянными магнитами 2 выведены к выпрямителям 3, 4, 5, выводы которых присоединены к коммутирующему устройству 6, подключенного к аккумулятору 7 и инвертору 8, на выход которого подключается нагрузка 9. Коммутирующее устройство 6 регулируется системой управления 10, которая состоит из измерителя напряжения 11, компаратора 12, обмотки реле 13.
Ветроэнергетическая установка с девятифазным генератором работает следующим образом.
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
С помощью системы управления 10, включающей измеритель напряжения 11, компаратор 12, обмотку реле 13, происходит подача сигнала на коммутирующее устройство 6 для соединения выводов выпрямителей 3, 4, 5 от трех трехфазных обмоток ААА, BBB, ССС последовательно или параллельно. Измеритель напряжения 11, подключенный к трехфазной обмотке ААА девятифазного синхронного генератора с постоянными магнитами 2, фиксирует изменение напряжения.
1
2
3
1
2
3
1
2
3
При нормальной скорости вращения ветроколеса 1, после выравнивания тока и напряжения на выпрямителях 3, 4, 5, коммутирующее устройство 6 соединяет концы выводов выпрямителей 3, 4, 5 от трех трехфазных обмоток ААА, BBB, ССС девятифазного синхронного генератора с постоянными магнитами 2 так, что они оказываются подключенными параллельно, при этом выходное напряжение имеет нормальное значение, а полный ток равен утроенному нормальному току одного выпрямителя. Выводы коммутирующего устройства 6 подключены к аккумулятору 7, который через инвертор 8 может обеспечить питание нагрузки 9. При таком режиме обеспечивается максимальная мощность ветроэнергетической установки при сохранении нормального значения напряжения.
1
2
3
1
2
3
1
2
3
При небольшом снижении скорости вращения ветроколеса 1, с помощью коммутирующего устройства 6, выводы выпрямителя 3 трехфазной обмотки ААА переводятся в режим холостого хода, а выводы выпрямителей 4 и 5 от двух трехфазных обмоток BBB и CCCсоединяются последовательно, при этом выходное напряжение равно нормальному двойному выходному напряжению одного выпрямителя, что обеспечивает стабилизацию напряжения на аккумуляторе 7.
1
2
3
1
2
3
1
2
3
При дальнейшем снижении скорости вращения ветроколеса 1 напряжение девятифазного синхронного генератора с постоянными магнитами 2 также будет снижаться и фиксироваться измерителем напряжения 11. При достижении некоторого заданного порога минимальной величины компаратор 12 подаст сигнал на обмотку реле 13, из-за чего в цепи управления коммутирующего устройства 6 появится сигнал на переключение. Далее коммутирующее устройство 6 соединит концы выводов выпрямителей 3, 4, 5 от трех трехфазных обмоток ААА, BBB, ССС девятифазного синхронного генератора с постоянными магнитами 2 последовательно, что приведет к повышению выходного напряжения до нормального значения, а ток при этом уменьшится и окажется равным току одного выпрямителя. При этом мощность ветроэнергетической установки снижается, но является максимально возможной при данной сниженной скорости ветра.
1
2
3
1
2
3
1
2
3
При повышении скорости ветра, система управления 10 обеспечивает обратное переключение концов выводов выпрямителей 3, 4, 5 от трех трехфазных обмоток ААА, BBB, ССС девятифазного синхронного генератора с постоянными магнитами 2 на параллельную работу. При этом во всех режимах ветроэнергетическая установка сохраняет близкий к нормальному уровню напряжения и выдает максимально возможную мощность при данной скорости ветра.
Таким образом, заявляемая полезная модель обеспечивает повышение технологичности и надежности ветроэнергетической установки при сохранении высокой эффективности в широком диапазоне низких и нормальных скоростей ветра.