ВЕТРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ С ДАТЧИКОМ ТЕМПЕРАТУРЫ

Полезная модель относится к области ветроэнергетики и может быть использована в маломощных автономных ветроустановках, работающих независимо от сети централизованного энергоснабжения.
Известна ветроэлектростанция (ВЭС), содержащая ветроколесо, подключенное к генератору, регулятор напряжения, вход которого подключен к обмоткам статора генератора, выпрямитель, вход которого включен на выход регулятора напряжения, аккумуляторную батарею и блок полезных нагрузок, подключенные к выходу выпрямителя, а также блок балластных сопротивлений, подключенный к регулятору напряжения [Ветроэнергетика. Руководство по применению ветроустановок малой и средней мощности. Под ред. В.М.Каргиева. М.: "Интерсоларцентр", 2001].
Эта схема не решает проблему максимальной утилизации избыточной энергии, вырабатываемой ветроэлектростанцией при сильном ветре, так как автоматическое переключение на блок балластных сопротивлений происходит только при полной зарядке аккумуляторной батареи. При сильных порывах ветра и не полностью заряженной аккумуляторной батарее балласт не будет включаться, и избыточная, сверх необходимой для зарядки аккумуляторной батареи, энергия будет теряться в ветродвигателе, вращающемся с большей частотой.
Известна ВЭС, выбранная в качестве прототипа, содержащая ветроколесо, подключенное к генератору, регулятор напряжения, вход которого подключен к обмоткам статора генератора, выпрямитель, вход которого подключен к выходу регулятора напряжения, аккумуляторную батарею и блок полезных нагрузок, подключенные к выходу выпрямителя, регулятор мощности балласта, вход которого подключен к входу регулятора напряжения, а выход соединен с входом блока балластных сопротивлений [Лукутин Б.В., Лукутин О.Б., Шандарова Е.Б. Ветроэлектростанция с
регулятором мощности балласта. Патент РФ на полезную модель №45214, Бюл. №12, 2005г.].
Недостатком данной конструкции является неполное использование энергии ветра, так как при сильных порывах происходит ограничение мощности, поступающей к генератору, путем вывода ветроколеса из-под ветра и генератор не вырабатывает максимально возможную мощность.
Задачей полезной модели является полное использование энергии ветра.
Указанный результат достигается тем, что в ветроэлектростанцию, содержащую так же, как в прототипе ветроколесо, подключенное к генератору, регулятор напряжения, вход которого подключен к обмоткам статора генератора, выпрямитель, вход которого подключен к выходу регулятора напряжения, аккумуляторную батарею и блок полезных нагрузок, подключенные к выходу выпрямителя, регулятор мощности балласта, вход которого подключен к входу регулятора напряжения, а выход соединен с входом блока балластных сопротивлений, согласно полезной модели дополнительно введен блок ориентации ветроколеса, выход которого подключен к входу ветроколеса и датчик температуры, вход которого подключен к обмоткам статора генератора, а выход соединен с входом блока ориентации ветроколеса.
Именно заявленное выполнение схемы ВЭС обеспечивает возможность наиболее полного использования энергии при сильных порывах ветра, тем самым выполняется задача полезной модели. Это достигается тем, что в предложенной схеме при сильных порывах ветра ветроколесо не выводится из-под ветра, и генератор вырабатывает максимальную мощность. Нагрев обмоток статора генератора контролирует датчик температуры, и как только температура нагрева достигает максимально возможного значения, ветроколесо выводится из-под ветра. После охлаждения обмоток датчик температуры подает сигнал, ветроколесо изменяет угол наклона, и генератор опять готов вырабатывать максимальную мощность.
На чертеже представлена структурная схема ВЭС с датчиком температуры.
Устройство содержит ветроколесо 1, подключенное к генератору 2, регулятор напряжения 3, подключенный к обмоткам статора генератора 2, выпрямитель 4, подключенный к выходу регулятора напряжения 3, аккумуляторную батарею 5 и блок полезных нагрузок 6, подключенные к выходу выпрямителя 4, регулятор мощности балласта 7, подключенный к входу регулятора напряжения 3, блок балластных сопротивлений 8, подключенный к выходу регулятора мощности балласта 7, блок ориентации ветроколеса 9, выход которого подключен к входу ветроколеса 1 и датчик температуры 10, вход которого подключен к обмоткам статора генератора 2, а выход соединен с входом блока ориентации ветроколеса 9.
В данной схеме могут быть использованы крыльчатое ветроколесо 1 с горизонтальной осью вращения, многополюсный синхронный генератор 2 с постоянными магнитами, стандартная свинцово-кремниевая аккумуляторная батарея 5 напряжением 12 В и емкостью от 100 до 230 А/ч. В качестве регулятора напряжения 3 может использоваться биполярная тиристорная ячейка с фазовым регулированием, включенная в каждую фазу генератора 2. В данной схеме используется полупроводниковый выпрямитель 4 мостового типа. Регулятор мощности балласта 7 выполняется на основе биполярной тиристорной ячейки, обеспечивающей регулирование выходного напряжения на блоке балластных сопротивлений от нуля до максимума. В качестве блока балластных сопротивлений 8 могут использоваться нагрузки, не критичные к качеству электроэнергии, использование которых возможно в любое время суток, например трубчатые электронагреватели. В качестве блока полезных нагрузок 6 могут использоваться любые осветительные и нагревательные приборы, а в качестве блока ориентации ветроколеса 9 может использоваться наклонный флюгер на шарнире, снабженный электроприводом. В качестве датчика температуры 10 выбирается терморезистор.
Устройство работает следующим образом. Под действием ветра ветроколесо 1 приходит в движение, вращающий момент передается на вал генератора 2, вырабатывающего электрический ток, который поступает на регулятор напряжения 3. Стабилизированное переменное напряжение с выхода регулятора напряжения 3 поступает на выпрямитель 4, а постоянный ток с выхода выпрямителя 4 используется для зарядки аккумуляторной батареи 5. Постоянное напряжение с аккумуляторной батареи 5 поступает на блок полезных нагрузок 6. При увеличении силы ветра ветроколесо 1 вращается сильнее, и генератор 2 вырабатывает мощность, свыше необходимой для зарядки аккумуляторной батареи 5 и обеспечения работы блока полезных нагрузок 6, в этом случае регулятор мощности балласта 7 выдает управляющий сигнал и плавно повышает мощность, рассеиваемую на блоке балластных сопротивлений 8, обеспечивая полное использование энергии ветра. При уменьшении мощности ветрового потока или увеличении полезной нагрузки регулятор мощности 7 снова выдает управляющий сигнал, и мощность блока балластных сопротивлений 8 уменьшается вплоть до его отключения. При сильных порывах ветра, если температура обмоток статора генератора 2 не достигла предельно допустимой величины, блок ориентации ветроколеса 9 блокируется, ветроколесо 1 не выводится из-под ветра и генератор 2 работает на максимальной мощности, используя всю энергию ветра. Как только температура нагрева обмоток статора генератора 2 достигла предельного значения, датчик тока 10 подает сигнал на блок ориентации ветроколеса 9, блок ориентации ветроколеса 9 разблокируется и ветроколесо 1 частично выводится из-под ветра. После охлаждения обмоток статора генератора 2 датчик температуры 10 снова подает сигнал на блок ориентации ветроколеса 9, которое изменяет угол наклона лопастей ветроколеса 1 и генератор 2 снова готов работать в режиме максимальной мощности.