УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТОРМОЖЕНИЯ ВЕТРОКОЛЕСА ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

Полезная модель относится к электротехнике, а именно, к средствам защиты ветроэнергетических установок при значительном увеличении скорости ветра.
Известно устройство для торможения ветроколеса ветроэнергетической установки, включающее электромагнитное устройство (УЭ) для фиксации ротора электрогенератора при превышении скорости вращения лопастей ветроколеса допустимого предела, RU 2336433 C1, опубл. 20.10.2008.
Недостатком данного устройства является то обстоятельство, что оно может быть эффективно лишь при низком пороговом значении скорости ветра ввиду больших ударных воздействий на элементы УЭ, в частности на «пальцы» тормоза.
Известно устройство для торможения ветроколеса ветроэнергетической установки, содержащей электрический генератор, включающее датчик оборотов вала генератора, контроллер и переключающее устройство, RU 2430463 C2, фиг. 6, опубл. 27.09.2011.
Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящей полезной модели.
Недостатки устройства-прототипа состоят в невозможности полной остановки ветроколеса, так как при сильном ветре управление ветроколесом осуществляется путем повышения крутящего момента посредством закорачивания обмоток. При этом ток в обмотках генератора начинает резко нарастать, однако явление самоиндукции препятствует любым изменениям тока в обмотках, создавая встречный момент, тормозящий вращение вала генератора. Собственная энергия тока самоиндукции численно равна работе, которую должен выполнить ветер для преодоления э.д.с. самоиндукции. Ветроколесо таким образом тормозится, но полностью остановиться не может, так как при полной остановке исчезает ток самоиндукции, а значит и сопротивление вращению ветроколеса. Ветроколесо в конечном счете будет медленно вращаться, что является основным недостатком прототипа, поскольку ремонтные и профилактические работы возможны только при полностью остановленном ветроколесе. При реализации данного устройства указанные работы возможны только с использованием дополнительных механических средств для фиксации ветроколеса, кроме того, возможно повреждение обмоток электрического генератора при достижении током короткого замыкания весьма большой величины в условиях ураганного ветра.
Задачей полезной модели является обеспечение полной остановки ветроколеса, а также предотвращение повреждения обмоток электрического генератора.
Согласно полезной модели устройство для торможения ветроколеса ветроэнергетической установки, содержащей электрический генератор, включающее датчик оборотов вала генератора, контроллер и переключающее устройство, дополнительно содержит аккумуляторную батарею, а переключающее устройство выполнено в виде двунаправленного транзисторного ключа, содержащего соединенные между собой эмиттерами первый и второй транзисторы p-n-p-n структуры и два диода, отрицательные электроды которых соединены, соответственно, с коллекторами первого и второго транзисторов, а положительные электроды соединены между собой и с эмиттерами транзисторов, при этом двунаправленный транзисторный ключ включен коллекторами транзисторов между одним концом обмотки статора генератора и положительным полюсом аккумуляторным батареи, отрицательный полюс которой соединен с другим концом обмотки статора генератора, датчик оборотов вала генератора подключен к первому входу контроллера, первый и второй выходы которого подключены к затворам, соответственно, первого и второго транзисторов, а третий выход контроллера соединен с эмиттерами транзисторов.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена схема устройства.
Устройство для торможения ветроколеса ветроэнергетической установки содержит электрический генератор 1, электронный датчик 2 оборотов вала генератора 1, контроллер 3, переключающее устройство 4 и аккумуляторную батарею 5. Переключающее устройство 4 выполнено в виде двунаправленного транзисторного ключа, содержащего соединенные между собой эмиттерами первый 6 и второй 7 транзисторы p-n-p-n структуры и два диода 8 и 9. Отрицательные электроды диодов 8 и 9 соединены, соответственно, с коллекторами первого 6 и второго 7 транзисторов, а положительные электроды диодов соединены между собой и с эмиттерами транзисторов. Двунаправленный транзисторный ключ включен коллекторами транзисторов 6,7 между одним концом обмотки 10 статора генератора и положительным полюсом аккумуляторной батареи 5. В конкретном примере для простоты изложения описан однофазный генератор. Отрицательный полюс аккумуляторной батареи 5 соединен с другим концом обмотки 10 статора генератора 1. Датчик 2 оборотов вала генератора 1 подключен к первому входу контроллера 3. Первый и второй выходы контроллера 3 подключены к затворам, соответственно, первого 6 и второго 7 транзисторов. Третий выход контроллера 3 соединен с эмиттерами транзисторов 6 и 7.
Устройство работает следующим образом. В нормальном режиме напряжение с обмотки 10 статора через транзистор 6 и диод 9 поступает на аккумуляторную батарею 5 и к потребителям. Транзистор 7 закрыт.При достижении частоты вращения ветроколеса заданного порогового значения в результате увеличения скорости ветра датчик 2 оборотов вала генератора подает на первый вход контроллера 3 соответствующий сигнал, контроллер 3 открывает транзистор 7 и закрывает транзистор 6. Постоянный ток от аккумуляторной батареи 5 через транзистор 7 и диод 8 поступает в обмотку 10 статора генератора. Величина постоянного тока, поступающего в обмотку 10, не должна превышать величину максимально допустимого рабочего тока электрического генератора во избежание ее перегрева и повреждения. Постоянный электрический ток в обмотке 10 создает постоянное магнитное поле, противодействующее вращению ротора генератора и связанного с ним ветроколеса. Происходит торможение ветроколеса, а при дальнейшем увеличении крутящего момента, противодействующего вращению ветроколеса, последнее останавливается. Для торможения и остановки ветроколеса с целью проведения сервисных работ на второй вход контроллера 3 подается внешний управляющий сигнал, в результате которого в обмотку 10 статора подается постоянный ток от аккумуляторной батареи 5.
В случае трехфазного электрического генератора торможение и остановка ветроколеса осуществляется аналогично путем подачи постоянного тока во все обмотки статора генератора.
Реализация отличительных признаков заявленного устройства обеспечивает технический результат, состоящий в обеспечении полной остановки ветроколеса, что недостижимо в прототипе, поскольку в последнем случае при полной остановке ветроколеса исчезает э.д.с. самоиндукции, а следовательно, и сопротивление вращению ветроколеса. В заявленной полезной модели торможение и остановка ветроколеса обусловлены не э.д.с. самоиндукции, а взаимодействием постоянного магнитного поля, создаваемого в результате подачи постоянного тока в обмотку статора генератора, с магнитным полем ротора электрического генератора.
Кроме того, предотвращается перегрев и повреждение обмоток генератора, которые могут иметь место при коротком замыкании обмоток.