ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ДВУХГЕНЕРАТОРНАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к ветроэнергетическим установкам, преобразующим энергию ветра в электрическую для автономного электроснабжения потребителей, которая может быть использована с высокой эффективностью как при нормальных, так и при малых значениях скорости ветра.
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 режим двигателя, что энергетически не выгодно для потребителей.
Известен ветрогенератор (патент РФ №164481, F03D 7/02, F03D 9/25, опубл. 10.09.2016. Бюл. №25), содержащий электрогенератор и механизм поворота, в котором механизм поворота содержит центральный ведущий вал, на котором зафиксирована ведущая шестерня, которая входит в зацепления с ведомыми шестернями, которые зафиксированы при помощи шпоночного соединения на штангах, установленных в корпусе и входящих в зацепления с венцом.
Недостатком аналога является невысокая надежность.
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 относительно невысокая надежность и сложность производства ветрогенератора из-за применения нетиповой конструкции синхронного электрического генератора с постоянными магнитами, содержащего двухсекционную фазную обмотку.
Задачей полезной модели является создание ветроэнергетической двухгенераторной установки с достижением следующего технического результата: повышение надежности и технологичности при сохранении высокой эффективности в широком диапазоне низких и нормальных скоростей ветра.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что ветроэнергетическая установка, состоящая из ветроколеса, компаратора, обмотки реле, выпрямителя, аккумулятора, инвертора, в отличие от прототипа содержит два трехфазных синхронных генератора с постоянными магнитами, связанные механически с валом ветроколеса с помощью муфт, в зависимости от вырабатываемого напряжения, фиксируемого на измерителе напряжения, фазная обмотка каждого синхронного генератора одноименной фазой соединяется или последовательно, или параллельно с помощью силовых ключей, которыми управляет компаратор и обмотка реле.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фигуре представлена структурная схема ветроэнергетической двухгенераторной установки.
Ветроэнергетическая двухгенераторная установка содержит ветроколесо 1, которое при помощи муфты 2 валом 3 соединено с ротором 4 синхронного генератора с постоянными магнитами 5. В свою очередь, синхронный генератор с постоянными магнитами 5 последовательно с помощью муфты 6 соединен с синхронным генератором с постоянными магнитами 7 иного исполнения. Выводы одноименных фазных обмоток каждого синхронного генератора с постоянными магнитами 5 и 7 присоединены к силовым ключам 8, выходы которых присоединены к выпрямителю 9, который присоединен к аккумулятору 10 и инвертору 11, на выход которого подключается нагрузка 12. Силовые ключи коммутируются системой управления 13, которая состоит из измерителя напряжения 14, компаратора 15, обмотки реле 16.
Ветроэнергетическая двухгенераторная установка работает следующим образом.
С помощью системы управления 13, включающей измеритель напряжения 14, компаратор 15, обмотку реле 16, происходит подача сигналов на силовые ключи 8 для соединения одноименных обмоток последовательно или параллельно. Измеритель напряжения 14, подключенный к одной фазе синхронного генератора с постоянными магнитами 5, фиксирует изменение напряжения.
При нормальной скорости ветра силовые ключи 8 соединяют одноименные концы фаз обмоток синхронных генераторов с постоянными магнитами 5 и 7 так, что они оказываются подключенными параллельно, при этом выходное напряжение имеет нормальное значение, а полный ток равен удвоенному нормальному току одного генератора. Выводы синхронных генераторов с постоянными магнитами 5 и 7 через силовые ключи 8 подключены к выпрямителю 9, который подзаряжает аккумулятор 10 и/или через инвертор 11 обеспечивает питание нагрузки 12. При таком режиме обеспечивается максимальная мощность двухгенераторной установки при сохранении нормального значения напряжения.
При снижении скорости вращения ветроколеса 1 до минимальной пороговой величины напряжение синхронных генераторов с постоянными магнитами 5 и 7 также будет снижаться и фиксироваться измерителем напряжения 14. При достижении некоторого заданного порога компаратор 15 подаст сигнал на обмотку реле 16, из-за чего в цепи управления силовыми ключами 8 появится сигнал на переключение. Далее силовые ключи 8 соединят одноименные фазы синхронных генераторов с постоянными магнитами 5 и 7 последовательно, что приведет к повышению выходного напряжения до нормального значения, а ток при этом уменьшится и окажется равным току одного генератора. При этом мощность двухгенераторной установки снижается, но является максимально возможной при данной сниженной скорости ветра.
При повышении скорости ветра система управления 13 обеспечивает обратное переключение одноименных фаз синхронных генераторов с постоянными магнитами 5 и 7 на параллельную работу. При этом во всех режимах двухгенераторная установка сохраняет нормальный уровень 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.