Система управления сегментными электрическими генераторами
Владельцы патента RU 2277749:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" (RU)
Изобретение относится к ветроэнергетике, а точнее к системам управления ветроэлектроэнергетическими генераторами преимущественно сегментного типа. Технический результат заключается в стабилизации уровня напряжения. Для этого устройство содержит обмотку возбуждения, обмотки статора, диоды схемы выпрямления, регулятор напряжения, аккумуляторную батарею, при этом дополнительно введены повышающий трансформатор с обмотками, диод и накопительный конденсатор. 1 ил.
Изобретение относится к ветроэнергетике, а точнее к системам управления ветроэлектроэнергетическими генераторами, преимущественно сегментного типа.
Системы управления ветроэлектрическими агрегатами известны. Например, в [1] описываются системы управления ветроэлектрическими агрегатами малой мощности постоянного тока, переменного тока средней мощности, а также большой мощности для параллельной работы в общую сеть.
При этом в случае системы управления генератором переменного тока обмотки статора генератора соединены с диодами схемы выпрямления, которые в свою очередь соединены с регулятором напряжения и аккумуляторной батарей.
Впервые использование сегментных электрических генераторов в ветроэнергетике было предложено в [2], где описана наиболее близкая к заявляемой система управления ветроэлектрогенератором сегментного типа, который имеет статор, содержащий полюсные наконечники и обмотки, установленный на траверсе, при этом полюсные наконечники магнитно связаны с роторами, а точнее периодически вступают с ними в контакт, при этом роторы выполнены в виде аэродинамических шайб, представляющих собой двояковогнутые диски, закрепленные на концах лопастей в качестве концевых крылышек (винглет). При этом в [2] предусматривается традиционная система управления, аналогичная системам управления автотракторными генераторами релейного типа, предусматривающая выпрямление тока и работу на аккумуляторную нагрузку.
Недостатком такой системы является то, что при работе быстроходных ветроколес с минимальным числом лопастей при скоростях ветра, ниже номинальных, возникают провалы напряжения, которые могут быть устранены либо повышением скорости ветра, что может оказаться невозможным по природным условиям, либо увеличением числа лопастей с роторами, что может привести к уменьшению частоты взаимодействия ротора и статора при увеличенной скорости ветра из-за большого аэродинамического сопротивления (уменьшение коэффициента быстроходности), хотя пусковой момент при увеличении числа лопастей возрастает.
Изобретение направлено на устранение провалов в кривой напряжения, стабилизацию уровня отдаваемой мощности при сохранении высоких массогабаритных показателей, присущих сегментным электрическим генераторам.
Система управления сегментными электрическими генераторами содержит обмотку возбуждения, обмотки статора, соединенные с диодами схемы выпрямления, которые в свою очередь соединены с регулятором напряжения и аккумуляторной батареей, при этом система дополнительно содержит повышающий трансформатор с обмотками, диод и накопительный конденсатор, причем входные обмотки повышающего трансформатора соединены с обмотками статора, выходная обмотка через диод - с накопительным конденсатором, а обкладки конденсатора соединены с регулятором и массой.
Достижение технического результата, стабилизация уровня напряжения достигается за счет накопления энергии в конденсаторе в моменты разобщения магнитной связи роторов и статоров.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежом, где приведена схема системы управления сегментными электрическими генераторами.
На схеме показаны обмотка возбуждения 1 индукторного генератора, трехфазная обмотка статора с фазными обмотками 2, 3 и 4, соединенными "звездой", диоды 5 и 6 трехфазной двухполупериодной схемы выпрямления, трансформатор с обмотками 7 и 8, диод 9, конденсатор 10, регуляторы напряжения 11, 12 и аккумуляторная батарея 13, обмотка возбуждения второго генератора 14.
Система управления сегментными электрическими генераторами, содержащая вышеуказанные элементы, содержит следующие связи между этими элементами. Обмотки 7 - первичные трансформатора соединены каждая с фазными обмотками 2, 3 и 4 соответственно. Вторичная обмотка 8 трансформатора через диод 9 соединена с накопительным конденсатором 10, обкладки которого соединены с регулятором 11 и с массой. Также имеется регулятор 12, который соединен с обмоткой возбуждения 14 второго генератора (условно не показан на схеме), кроме того, могут быть присоединены и другие аналогичные генераторы, что характерно, например, для ветроэлектрогенераторов, работающих в составе ветроэнергетической установки - ветровой плотины.
При этом в случае системы управления генератором переменного тока обмотки статора генератора соединены с диодами схемы выпрямления, которые в свою очередь соединены с регулятором напряжения и аккумуляторной батарей.
Работа системы управления происходит следующим образом. В момент магнитного контакта ротора и статора в обмотках 2, 3 и 4 индуцируется напряжение, которое далее формирует два потока мощности: первый, действующий в продолжение магнитного контакта статора и ротора, при котором напряжение, выпрямленное диодами 5 и 6, подается на батарею 13 и к потребителям, и второй, действующий после завершения магнитного контакта в результате разряда конденсатора 10 на батарею 13. Заряд конденсатора 10 происходит во время действия первого потока мощности по цепи: обмотки 2, 3 и 4, первичные обмотки 7, вторичная обмотка 8, диод 9, конденсатор 10. Регулирование напряжения осуществляется регулятором 11, 12 и т.д. посредством воздействия (отключения) соответствующих обмоток возбуждения 1, 14 и др.
К преимуществам данной системы управления относится обеспечение непрерывного питания цепей потребления и зарядки, независимо от наличия или отсутствия магнитного контакта статора и ротора, что важно для подавляющего числа потребителей.
Источники информации
1. Фатеев Е.М. Ветроагрегаты. - М.: Сельхозиздат. 1962 г.
2. Патент РФ №2184267 - Ветрогенератор /А.М.Литвиненко, опубл. 27.06.2002, бюл. №18. з-ка №2000128442/06 от 13.11.2000. МПК 7 F 03 D 9/00.
Система управления сегментными электрическими генераторами, содержащая обмотку возбуждения, обмотки статора, соединенные с диодами схемы выпрямления, которые, в свою очередь, соединены с регулятором напряжения и аккумуляторной батареей, отличающаяся тем, что система дополнительно содержит повышающий трансформатор с обмотками, диод и накопительный конденсатор, причем входные обмотки повышающего трансформатора соединены с обмотками статора, а выходная обмотка через диод - с накопительным конденсатором, а обкладки конденсатора соединены с регулятором и массой.
