Ветрогенератор

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Ветрогенератор содержит 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. Изобретение направлено на снижение нижнего порога рабочего диапазона. 1 ил.

 

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано в ветроэлектрических агрегатах для их пуска при малых скоростях ветра.

Известен способ управления ветроэлектрическим агрегатом (авторское свидетельство СССР №1373862), снабженным ветроколесом, связанным через редуктор с ротором электрогенератора, путем формирования управляющего сигнала и использования его для коммутации к выходу электрогенератора нагрузки, мощность которой соответствует мощности, развиваемой электрогенератором.

К недостаткам устройства относится отсутствие режима отключения нагрузки при остановке, что затрудняет трогание ветроколеса из-за электромеханического сопротивления генератора при слабом ветре.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является ветрогенератор (патент US 7456510 В2), содержащий трехфазный генератор переменного тока, трехфазный двухполупериодный выпрямитель, переключающее реле, управляющую цепь, таймер, измеритель скорости вращения ротора ветрогенератора, ветроколесо, цепь нагрузки, содержащую контроллер заряда аккумулятора, аккумулятор, преобразователь постоянного напряжения.

Устройство работает в двух режимах: генерации электроэнергии от ветряка и помощи запуска. Измеритель скорости вращения ротора ветрогенератора контролирует скорость вращения ротора, при низкой скорости вращения (в случае малой скорости ветра) система переходит в режим помощи запуска, при котором переключающее реле коммутирует цепь таким образом, что напряжение от аккумулятора через преобразователь постоянного напряжения, управляющую цепь подается на генератор, тем самым раскручивая ветроколесо. Таймер обеспечивает периодический режим работы до тех пор, пока скорость ветроколеса не превысит пороговое значение вследствие повышения скорости ветра, и, соответственно, увеличения скорости вращения ротора ветрогенератора. При этом устройство переходит в режим генерации и происходит заряд аккумулятора.

Недостатками устройства являются:

1. Наличие только двух режимов работы: генерации и помощи запуска, определяемое положением двухпозицнонного переключающего реле. При низкой

скорости ветра постоянное включение режима помощи запуска не приводит к переходу в генераторный режим, а только вызывает дополнительный укоренный разряд аккумулятора.

2. Измеритель скорости вращения ротора ветрогенератора контролирует только вращение ветрогенератора, в то время как важна величина генерируемого напряжения, которая зависит не только от скорости вращения ротора генератора, но и состояния вторичной сети, в частности, степени зарядки аккумулятора.

3. В схеме ветрогенератора не показана подключенная внешняя нагрузка, величина которой нестабильна. При изменении нагрузки изменяется ток, потребляемый от генератора, и, соответственно, изменится электромеханический момент сопротивления вращения генератора. Следовательно, настройка режима пуска генератора на определенную скорость вращения не всегда приводит к реальному переходу в режим генерации, так как при низкой скорости ветра величина силы вращения, создаваемой ветроколесом, меньше электромагнитной силы торможения генератора, заданной повышенной нагрузкой. В таком случае после включения режима генерации ветроколесо остановится.

Задачей изобретения является расширение динамического диапазона ветровой нагрузки ветрогенератора путем снижения нижнего порога рабочего диапазона.

Поставленная задача решается тем, что в устройство, содержащее 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 и таймер, согласно изобретению, в устройство дополнительно введены двухпороговый компаратор, 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.

Ветрогенератор имеет три режима работы: генераторный, ожидания и помощи запуска. При низкой скорости ветра ветрогенератор часть времени находится в режиме ожидания, периодически включая режим помощи запуска. При малой скорости ветра, и, соответственно низкой скорости вращения, ветрогенератор переходит в режим ожидания,

при котором генератор отключен от вторичной цепи, аккумулятор нагружен только на маломощные управляющие цепи.

В предлагаемой схеме ветрогенератора вместо измерителя скорости вращения ротора ветрогенератора используется двухпороговый компаратор, который по величине выходного напряжения генератора задает один из вышеописанных трех режимов. В этом случае оценивается в совокупности, как величина генерируемого напряжения, так и состояние вторичной цепи, в частности, состояния аккумулятора и нагрузки.

В отличие от прототипа, ветрогенератор содержит инвертор, связанный с нагрузкой, что дает возможность учитывать изменение нагрузки на режим работы всей схемы.

Предлагаемый ветрогенератор содержит три отличия от прототипа, дающие ему новые возможности:

- вместо двухпозиционного реле используются два ключа, обеспечивающие три режима работы: генераторный, помощи запуска и ожидания. Режим ожидания позволяет снижать разряд аккумулятора;

- вместо измерителя скорости вращения ротора ветрогенератора используется двухпороговый компаратор. Величины пороговых напряжений двухпорогового компаратора определяются типом генератора, его электромеханическими характеристиками и типом и размерами ветроколеса;

- в схеме добавлен инвертор, связанный с нагрузкой. Два последних изменения позволяют перейти от контроля скорости вращения ротора к контролю входного напряжения генератора, которое зависит не только от скорости вращения ротора генератора, но и от состояния аккумулятора и сопротивления внешней нагрузки всего ветрогенератора.

В прототипе запуск режима генерации осуществляется принудительно, в случае низкой скорости ветра режим помощи запуска повторяется периодически. Переключение в генераторный режим осуществляется непосредственно из режима помощи запуска, нагрузка подключена постоянно, при низкой скорости ветра ветроколесо затормозится электромагнитным моментом генератора под нагрузкой.

В предлагаемом техническом решении при низкой скорости ветра режим помощи запуска чередуется с режимом ожидания, в котором анализируется скорость ветра. При низкой скорости ветра происходит задержка включения режима помощи запуска для ожидания усиления ветра.

При увеличении скорости ветра включение генераторного режима происходит после задержки, позволяющей раскрутиться ветроколесу за счет энергии ветра и только после этого осуществляется переход в генераторный режим.

Структурная схема ветрогенератора представлена на фиг. 1. Ветроколесо 1 связано механическим валом 2 с электрической машиной 3, которая работает как в качестве электрогенератора, так и двигателя.

Энергия от электрической машины, работающей в режиме генератора через нормально-замкнутый первый ключ 4 и выпрямительно-зарядное устройство 5 поступает на инвертор 7 и далее в нагрузку 8, а также накапливается в аккумуляторе 6. Двухпороговый компаратор 9 контролирует напряжение на выходе электрической машины 3, управляет работой таймера 10 и нормально-замкнутого первого ключа 4. Таймер выдает сигнал на замыкание нормально-разомкнутого второго ключа 11, соединяющего аккумулятор, через преобразователь напряжения 12 с электрической машиной 3, переводя ее в режим двигателя.

Устройство работает следующим образом.

В режиме генерации электроэнергии ветер крутит ветроколесо 1, электрическая машина 3 работает как генератор. При остановке ветроколеса 1 из-за малого напора ветра напряжение на выходе электрической машины 3 уменьшается до нуля, при этом срабатывает двухпороговый компаратор 9 и дает команду на размыкание нормально-замкнутого первого ключа 4, отключая электрическую машину от выпрямительно-зарядного устройства 5, переводя его в режим ожидания. При появлении ветра малой интенсивности ветроколесо 1 начнет вращаться при малой скорости, электрическая машина 3 вырабатывает напряжение, отличное от нуля, при этом двухпороговый компаратор 9 вырабатывает сигналы, соответствующие режиму помощи запуска.

В режиме помощи запуска по сигналу двухпорогового компаратора 9 таймер 10 дает команду на замыкание нормально-разомкнутого второго ключа 11, передавая электроэнергию от аккумулятора 6 через преобразователь напряжения 12 на электрическую машину 3, приводя во вращение ее ротор, т.е. «толкая» ее. Электрическая машина 3 в этом режиме будет работать как двигатель. Преобразователь напряжения 12 формирует уровень напряжения, необходимый для начала вращения электрической машины 3 и ветроколеса 1. Такой «толчок» необходим, чтобы электрической машине 3 превысить момент страгивания и начать вращаться за счет энергии ветра, если скорость ветра достаточна для поддержания вращения. После «толчка» устройство переходит в режим ожидания, в котором анализируется скорость ветра. Если скорость ветра и

скорость вращения ротора генератора низки, режим ожидания продлевается на заранее определенное время, после которого снова запускается режим помощи запуска.

Если в режиме помощи запуска ветер раскручивает ветроколесо и напряжение на выходе электрической машины 3 достигает определенной величины, включается режим генерации, при этом двухпороговый компаратор срабатывает 9, дает сигнал на замыкание нормально-замкнутого первого ключа 4 и электроэнергия от электрической машины 3 начнет передаваться на аккумулятор бив нагрузку 8. Таймер 10 при этом останавливается, нормально-разомкнутый второй ключ 11 размыкается.

В случае, если после «толчка» электрической машины 3 и связанного с ней ветроколеса 1 вращение не возобновится под ветровым воздействием, таймер 10 через заданные промежутки времени будет формировать импульсы, подключающие аккумулятор 6 к электрической машине 3 и «толкающие» ее до тех пор, пока не начнется вращение ветроколеса и электрической машины под действием ветра.

Таким образом, нижний порог работы ветрогенератора снижается за счет возможности запуска при меньшей энергии ветра из-за перевода электрической машины, работающей как генератор, в режимы помощи запуска и ожидания с целью преодоления момента трогания всего механизма.

Ветрогенератор, 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, отличающийся тем, что 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.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в оптимизации работы генераторов.

Изобретение относится к электрифицированному транспортному средству. Техническим результатом является предотвращение наложения коммутации для предотвращения событий перенапряжения на одном или более коммутационных устройств системы электропитания.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в автомобильной военной промышленности и в космической отрасли. Техническим результатом является обеспечение саморегулирования электропитания при изменяющейся нагрузке на выходном валу.

Использование: в области электротехники. Технический результат – повышение устойчивости работы сети.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления системой приводов с переменной скоростью вращения. Техническим результатом является повышение точности демпфирования колебания и упрощение.

Устройство генерирования напряжения переменного тока постоянной частоты при переменной частоте вращения привода генератора относится к области электротехники, позволяет расширить функциональные возможности и содержит электрическую машину в генераторном режиме 1 с якорными обмотками 2, 3, выполненными по топологии «звезда», два трехфазных выпрямительных моста - основной 4 и дополнительный 5 с выходными выводами постоянного тока 4.1, 4.2 и 5.1, 5.2 соответственно, а также два трансфильтра 6, 7.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроэнергетической отрасли для преобразования механической энергии в электрическую с частотой выходного напряжения, не зависящей от скорости вращения генератора.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для построения систем автоматического управления возбуждением (далее САУВ) синхронных генераторов (далее СГ).

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах для регулирования выходного напряжения генератора переменного тока, используемого для поддержания заряда (зарядки) аккумуляторов.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в установках выработки электрической энергии с постоянными выходными параметрами. Технический результат - поддержание максимальной выходной мощности при изменяющихся первичных скоростях, увеличение точности и быстродействия.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Лопасть ветротурбины с трансформирующимся профилем, включающая наконечник, выполненный в виде входной части, который изготовлен из плоских пластин, соединенных вертикальным шарниром, наконечник лопасти снабжен механизмом изменения расстояния между свободными концами плоских пластин наконечника, выполненным в виде двух тяг, каждая из которых шарнирно закреплена в двух точках - с плоской пластиной наконечника и с муфтой, свободно передвигающейся по направляющей штанге, соединяющей неподвижную часть стабилизирующей плоскости с вертикальным шарниром, расположенным во входной части наконечника, направляющая штанга снабжена отрегулированной пружиной, вставленной в телескопические цилиндры и соединяющей муфту со стопором, установленным на направляющей штанге, кроме того, муфта шарнирно соединена с дополнительной тягой, соединяющей ее с подвижной частью стабилизирующей плоскости.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветроэнергетическая установка содержит башню, поворотное основание, ориентирующий элемент, ветроколесо, генератор.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Лопасть ветротурбины с изменяющимися размерами, включающая наконечник, который изготовлен из плоских пластин, соединенных шарниром.

Изобретение относится к ветровым энергетическим установкам. Модуль преобразования энергии ветра содержит корпус 9, выполненный с возможностью перемещения по направляющему полотну 1, установленные корпусе 9 по меньшей мере один приемник 10 ветровой энергии, привод ориентации приемника 10 ветровой энергии относительно ветра и корпуса 9 и систему управления, а также устройство 6 генерации электроэнергии, выполненное с возможностью выработки электроэнергии при движении корпуса 1 по направляющему полотну 1 и при силовом взаимодействии с контактной направляющей 3, связанной с направляющим полотном 1.

Изобретение относится к системам преобразования энергии ветра в электроэнергию. Система преобразования энергии ветра в электрическую энергию содержит направляющее полотно, модули преобразования энергии ветра, включающие приемники ветровой энергии, выполненные с возможностью перемещения по направляющему полотну за счет энергии ветра, и устройство управления и согласования движением модулей преобразования энергии ветра, при этом направляющее полотно связано с контактной направляющей, взаимодействующей с модулями преобразования энергии ветра с обеспечением генерирования электрического тока при движении модулей преобразования энергии.

Изобретение относится к способам преобразования энергии ветра в электроэнергию. Способ преобразования энергии ветра в электрическую энергию заключается в том, что ветровую энергию, посредством аэродинамических рабочих органов, установленных на корпусе подвижных модулей преобразования энергии ветра, совершающих линейное перемещение по направляющему полотну, преобразуют в энергию движения модулей преобразования энергии ветра и электрическую энергию посредством устройства генерации электроэнергии.

Настоящее изобретение относится к ветроэнергетике. Крылевой ветродвигатель выполнен в виде вертикально установленного крыла 1, расположенного вдоль потока ветра, которое закреплено на горизонтальной оси ротора, параллельной направлению ветра, ось крыла жестко соединена с противовесом 4, который не позволяет крылу отклоняться на критические углы, при которых оно может соприкоснуться с поверхностью земли и препятствиями на ней, внутри крыла находятся сервоприводы 3, изменяющие изгиб профиля и угол атаки крыла, обеспечивая таким образом изменение направления действия подъемной силы, также крыло с ротором установлено на платформе 2, которая имеет вертикальную ось вращения, что позволяет крылу ориентироваться по направлению ветра.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Лопасть ветротурбины с изменяющимися габаритами включает наконечник, который изготовлен из плоских пластин, соединенных шарниром, наконечник снабжен отрегулированными пружинами, вставленными в телескопические цилиндры, которые закреплены шарнирами к плоским пластинам с одного конца и к стопору, находящемуся на оси симметрии наконечника, с другого конца.

Изобретение относится к системе и способу преобразования воздушного потока от воздушного летательного аппарата в электрическую энергию. Система для выработки энергии из воздушного потока, образованного воздушным летательным аппаратом, содержащая: одну или большее количество ветровых турбин (100), выполненных с возможностью выработки электрической энергии путем захвата воздушного потока, образованного воздушным летательным аппаратом, причем каждая ветровая турбина из одной или большего количества ветровых турбин (100) содержит: ротор (302), установленный с возможностью вращения вокруг оси (305); множество лопастей (304), которые соединены с ротором (302); и контроллер (216), выполненный с возможностью: получения индикаторного сигнала том, что воздушный летательный аппарат готовится к взлету или готовится к посадке; и регулировки одного или большего количества параметров указанных одной или большего количества ветровых турбин на основе индикаторного сигнала о том, что воздушный летательный аппарат готовится к взлету или готовится к посадке; а система дополнительно содержит кожух (308), выполненный с возможностью отклонять нежелательный воздушный поток (406, 506) и/или направлять воздушный поток (404, 504), образованный воздушным летательным аппаратом, для приложения дополнительного усилия к ротору (302); причем регулировка одного или большего количества параметров одной или большего количества ветровых турбин (100) включает регулировку положения кожуха (308).

Изобретение относится к способу подачи электрической мощности имеющего несколько ветроэнергетических установок (100) ветрового парка (112) в сеть (120) электроснабжения, при этом каждая ветроэнергетическая установка (100) предоставляет электрическую мощность установки (PA), и сумма всех предоставляемых мощностей (PA) подается в качестве мощности парка (PP) в сеть (120) электроснабжения, и для каждой ветроэнергетической установки (100) задается заданное значение (PAsoll) установки для задания подлежащей предоставлению мощности (PA) установки, и заданное значение (PAsoll) установки регулируется с помощью регулятора (R1, R2) в зависимости от регулировочного отклонения (ΔР) в виде сравнения подаваемой парковой мощности (PPist) с заданным значением (PPsoll) подлежащей подаче парковой мощности (PP).

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Ветрогенератор содержит 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. Изобретение направлено на снижение нижнего порога рабочего диапазона. 1 ил.

Наверх