ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ АВТОНОМНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ

Область, к которой относится полезная модель.
Полезная модель относится к области ветроэнергетики и электротехники, в частности к автономным системам электроснабжения трехфазным переменным током, использующим энергию ветра.
Уровень техники.
Известна «Система для автономного электроснабжения потребителей», содержащая ветроэлектрическую установку, подключенную к общим шинам через выпрямитель, инвертор, стабилизатор, реле обратного тока, аккумуляторную батарею, подключенную между выпрямителем и инвертором, автономный источник питания, работающий на органическом топливе, снабженный синхронизатором и регулятором вырабатываемой мощности (патент RU №2382900 F03D 9/02, Н02К 7/18, H02J 7/34 от 27.02.2010).
Ее недостаток - сложность и дороговизна конструкции, требующего сложного технического решения, связанного с использованием стабилизатора, реле обратного тока, автономного источника питания, снабженного синхронизатором и регулятором вырабатываемой мощности, низкая надежность за счет использования большого количества элементов, высокая стоимость в связи с необходимостью применения автономного источника питания, работающего на органическом топливе.
Известна «Ветроэнергетическая установка», содержащая зубчатую дифференциальную передачу, ветроколесо, датчик частоты вращения вала ветроколеса, машину постоянного тока, инвертор напряжения, аккумуляторную батарею, регулятор возбуждения, блок отключения возбуждения и электрическую нагрузку (патент RU №2287718 F03D 9/02 от 20.11.2006).
Ее недостаток - сложность и дороговизна конструкции, требующего сложного технического решения, связанного с использованием зубчатой дифференциальной передачи, машины постоянного тока в качестве генератора, регулятора возбуждения, блока отключения возбуждения, низкая надежность за счет использования машины постоянного тока в качестве генератора, невысокое качество вырабатываемой электрической энергии за счет использования инвертора напряжения.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту принятый авторами за прототип является «Ветроэнергетическая установка», содержащая башню, ветроколесо, мультипликатор, инерционный аккумулятор, генератор. В качестве генератора используется синхронная машина (патент RU №2313693 F03D 9/02 от 27.12.2007).
Недостатком данного устройства являются невысокая надежность и дороговизна конструкции, связанная с использованием синхронного генератора, вертикальным расположением элементов ветроэнергетической установки, затрудняющее техническое обслуживание и ремонт, использование инерционного аккумулятора.
Раскрытие полезной модели.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является удешевление конструкции, уменьшение металлоемкости за счет отказа от использования инерционного аккумулятора, стабилизация выходных параметров асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором, повышение надежности за счет использования асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором, упрощение обслуживания и ремонта элементов системы за счет горизонтального их расположения, повышение коэффициента использования ветрового потока при различных скоростях ветра.
Технический результат достигается с помощью ветроэнергетической установки для автономного электроснабжения потребителей, содержащей ветроколесо, мультипликатор, машину постоянного тока, асинхронный генератор с короткозамкнутым ротором, батарею пусковых конденсаторов, трансформаторы напряжения, диодный мост, потребитель электрической энергии, аккумуляторную батарею, преобразователь напряжения, блок управления, подшипники на валах, при этом статор и якорь машины постоянного тока находится в горизонтальном положении и не закреплены друг относительно друга посредством подшипников на валах, к обмотке возбуждения и якорной обмотке машины постоянного тока электрически подключен преобразователь напряжения, соединенный с блоком управления, якорь машины постоянного тока соединен с ротором асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором, статор машины постоянного тока соединен с мультипликатором, выходной вал мультипликатора, якоря машины постоянного тока и ротора асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором установлены на одной горизонтальной оси, статорные обмотки асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором соединены с батареей пусковых конденсаторов, потребителем электрической энергии и трансформаторами напряжения, трансформаторы напряжения соединены диодным мостом, который соединен с блоком управления.
Новизна технического решения обусловлена тем, что статор и якорь машины постоянного тока находятся в горизонтальном положении и вращаются независимо друг относительно друга благодаря подшипникам на валах, при этом статор машины постоянного тока механически соединен с выходным валом мультипликатора, а якорь машины постоянного тока соединен с ротором асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором, тем самым обеспечивая прохождение крутящего момента от ветроколеса к асинхронному генератору с короткозамкнутым ротором через машину постоянного тока, задавая напряжения на обмотках (якорной обмотке и обмотке возбуждения) которой, можно регулировать передаточное отношение крутящего момента от ветроколеса к генератору (режим скольжения машины постоянного тока) или же добавлять вращающий момент (двигательный режим машины постоянного тока) ротору асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором стабилизировав частоту вращения ротора асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором, что приведет к стабилизации его выходных параметров.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленной полезной модели, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем признакам заявленной полезной модели, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков аналога позволила выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле полезной модели.
Краткое описание чертежей.
На фиг. представлена структурная схема ветроэнергетической установки для автономного электроснабжения потребителей.
Осуществление полезной модели.
Ветроэнергетическая установка для автономного электроснабжения потребителей содержит ветроколесо 1, соединенное посредством вала 2 с мультипликатором 3, выходной вал которого 4 соединен со статором 5 машины постоянного тока, якорь 6 машины постоянного тока посредством вала 7 соединен с ротором (на фиг. не обозначен) асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором 8, к выходам статорных обмоток (на фиг. не обозначены) асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором 8 подсоединена батарея пусковых конденсаторов 9, трансформаторы напряжения 10, потребитель электрической энергии 11, трансформаторы напряжения 10 соединены с диодным мостом 12, который соединен с блоком управления 13, блок управления 13 соединен с аккумуляторной батареей 14 и преобразователем напряжения 15, который соединен с обмоткой возбуждения (на фиг. не обозначена) статора 5 машины постоянного тока и с якорной обмоткой (на фиг. не обозначена) якоря 6 машины постоянного тока, валы 4 и 7 находятся в горизонтальном положении в подшипниках 16.
В качестве ветроколеса 1 может быть использован любой преобразователь энергии ветра в механическую энергию, асинхронный генератор с короткозамкнутым ротором 8 стандартной конструкции. Блок управления 13 должен обеспечивать заряд аккумуляторной батареи 14 и осуществлять управления преобразователем напряжения 15. В качестве машины постоянного тока, состоящей из статора 5 машины постоянного тока и якоря 6 машины постоянного тока можно использовать двигатель постоянного тока смешанного возбуждения.
Ветроэнергетическая установка для автономного электроснабжения потребителей работает следующим образом.
Вращающий момент от ветроколеса 1 через вал 2 поступает в мультипликатор 3, в котором в соответствии с передаточным отношением преобразуется угловая скорость ветроколеса 1 к скорости асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором 8. Выходной вал 4 мультипликатора 3 соединен со статором 5 машины постоянного тока, якорь 6 машины постоянного тока через вал 7 соединен с ротором (на фиг. не обозначен) асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором 8, при этом энергия через машину постоянного тока передается благодаря электромагнитному полю, возникающему между статором 5 и якорем 6 машины постоянного тока. Машина постоянного тока находится в горизонтальном положении, так как валы 4 и 7 закреплены в подшипниках 16. Если вращающего момента выходного вала 4 мультипликатора 3 недостаточно для работы асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором 8, то машина постоянного тока работаем в двигательном режиме, тем самым добавляя недостающие обороты и момент для работы асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором 8, если же вращающего момента выходного вала 4 мультипликатора 3 больше для работы асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором 8, то машина постоянного тока работает в режиме скольжения, тем самым передавая часть необходимого вращающего момента. Таким образом, независимо от мощности на валу 2 ветроколеса 1 и соответственно выходного вала 4 мультипликатора 3, посредством машины постоянного тока производится стабилизация частоты вращения и выходных параметров асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором 8. Батарея пусковых конденсаторов 9 используется для возбуждения асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором 8, трансформаторы напряжения 10 снимают информацию об уровне напряжения на потребителе электрической энергии 11 и через диодный мост 12 передается в блок управления 13. По результатам обработки поступившей информации об уровне напряжения на потребителе электрической энергии 11 блок управления 13 формирует управляющие сигналы аккумуляторной батарее 14 и преобразователю напряжения 15, тем самым формируя уровни напряжения на обмотке возбуждения (на фиг. не обозначена) статора 5 машины постоянного тока и якорной обмотке (на фиг. не обозначена) якоря 6 машины постоянного тока, возникающее электромагнитное поле между которыми позволяет стабилизировать частоту вращения ротора (на фиг. не обозначен) асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором 8 и соответственно выходные его параметры как при изменении мощности на валу ветроколеса 1, так и при изменении мощности потребителя электрической энергии 11.
Исходя из вышеизложенного достигается уменьшение стоимости и металлоемкости ветроэнергетической установки, стабилизация выходных параметров асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором, повышение надежности, упрощение обслуживания и ремонта элементов системы, повышение коэффициента использования ветрового потока.