Ветрогенераторная установка

Полезная модель относится к конструкциям установок для преобразования энергии ветра в электрическую энергию и предназначена для использования индивидуальными потребителями. Установка содержит статор 1 с обмотками и ротор 2 с постоянными магнитами, с которым связаны лопасти 3, соединенные с приводом 4, выполненным с возможностью поворота лопастей 3 вокруг своей оси, перпендикулярной оси вращения ротора 2. Обмотки статора 1 соединены через выпрямитель 5 и выключатель 6 с аккумуляторной батареей 8 и с выводами для нагрузки 11. Установка снабжена датчиками 9, 10 и 8 скорости вращения ротора, положения лопасти и уровня зарядки аккумуляторной батареи, а также управляющим микропроцессором 5, входы которого соединены с упомянутыми датчиками 8, 9, 10, а выходы - с приводом 4 лопастей 3 и с выключателем 6. Полезная модель позволяет обеспечить оптимальный рабочий режим ветрогенераторной установки без использования балластных нагрузок и контроллера, буревую защиту, а также режим технологического отключения.

Предлагаемая полезная модель ветрогенераторной установки относится к конструкциям установок для преобразования энергии ветра в электрическую энергию и предназначена для использования индивидуальными потребителями.

Известна ветроэнергоустановка, которая содержит мачту с горизонтальной поворотной платформой, на которой установлены электрогенератор и ветротурбина с лопастями, и механическую передачу вращения от вала ветротурбины к валу электрогенератора. Установка снабжена электромагнитным устройством, электрохимической накопительной батареей и управляющей их работой электрической схемой, так, что электромагнитное устройство фиксирует ветротурбину и электрогенератор при увеличении скорости потока свыше допустимого значения. Ветроэнергоустановка содержит лопасти ветротурбины, установленные с возможностью изменения угла установки в потоке (угла атаки), каждая лопасть ветротурбины установлена своим основанием в ступицу с дополнительными степенями свободы перемещения (см. патент RU 2336433 C1, 20.10.2008). При повышении скорости воздушного потока лопасти поворачиваются, увеличивая угол атаки, а при достижении критической скорости ветра срабатывает чувствительное устройство, которое посредством реле и электродвигателей переводит лопасти в положение параллельное воздушному потоку. Таким образом, данная конструкция направлена на защиту ветроустановки от ураганного ветра и не имеет возможности регулирования режима зарядки аккумуляторных батарей.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является двухроторный электрогенератор, в котором внутри статора находятся основной ротор и дополнительно регулирующий ротор, имеющие возможность поворачиваться относительно друг друга. Регулирующий и основной роторы через конические шестерни связаны с осями лопастей ветроколеса. Регулирование угла поворота лопасти происходит благодаря повороту регулирующего ротора относительно основного путем шунтирования обмотки регулирующего ротора. При этом регулирующий ротор поворачивается относительно основного ротора и поворачивает шестерню, связанную с лопастью ветроколеса, изменяя угол атаки лопасти. Изобретение позволяет при вращении лопастей регулировать их наклон к потоку и при этом повысить точность поддержания частоты (см. патент RU 2433301 C2, опуб. 10.11.2011). С помощью этого устройства достигается постоянство оборотов ветроколеса. Однако указанный электрогенератор не позволяет устанавливать лопасти в положение, оптимальное для заряда аккумуляторных батарей, то есть достигать наибольшего эффекта электроустановки для потребителя.

Задачей предлагаемой полезной модели является создание ветрогенератора, работающего в оптимальном режиме с учетом состояния заряда аккумуляторных батарей и одновременно обеспечивающего режимы защиты от ураганного ветра и отключения.

Поставленная задача решается тем, что ветрогенераторная установка содержит статор и ротор, с которым связаны лопасти, соединенные с приводом, выполненным с возможностью поворота лопастей вокруг своей оси, перпендикулярной оси вращения ротора, при этом обмотки статора соединены через выпрямитель и выключатель с аккумуляторной батареей и с выводами для нагрузки, а установка снабжена датчиками скорости вращения ротора, положения лопасти и уровня зарядки аккумуляторной батареи, а также управляющим микропроцессором, входы которого соединены с упомянутыми датчиками, а выходы - с приводом лопастей и с выключателем.

Использование в предлагаемой установке микропроцессорного управления поворотом лопастей позволяет обеспечить технический результат, выражающийся в обеспечении установки лопастей в положение, оптимальное для заряда аккумуляторных батарей, то есть достигать наибольшей эффективности электроустановки для потребителя.

Сущность предлагаемого решения поясняется иллюстративными материалами.

На фиг. 1 показана схема предложенной ветрогенераторной установки, а на фиг. 2 - схема его управления.

Ветрогенераторная установка (ветрогенератор) содержит статор 1 с обмотками, ротор 2 с постоянными магнитами, который расположен соосно со статором 1, лопасти 3, установленные посредством управляемого привода 4 на роторе 2 перпендикулярно оси его вращения с образованием ветроколеса.

Обмотки статора 1 соединены через выпрямитель 5 и выключатель 6 с аккумуляторной батареей 7, имеющей датчиком 8 уровня ее заряда, а также с выводами для нагрузки 11.

На приводе 4 установлен датчик 9 положения лопасти, а на роторе 2 установлен датчик 10 скорости вращения ротора.

Управление поворотом лопастей для регулирования мощности установки и буревой защиты происходит посредством управляющего микропроцессора 12 с зашитым алгоритмом управления. Датчики 8, 9 и 10 соединены с входами микропроцессора 12, выходы которого соединены соответственно с приводом 4 лопастей и с выключателем 6 аккумуляторной батареи 7.

При работе установки под действием потока ветра лопасти 3 вращают ротор 2 с магнитами, которые возбуждают ток в обмотках статора 1. Ток с обмоток поступает на выпрямитель 5 и затем на аккумуляторную батарею 7 для использования потребителями. Управляющий микропроцессор 12 посредством датчиков 8, 9 и 10 постоянно контролирует уровень заряда батареи, обороты ветроколеса, положение лопастей 3, устанавливая их посредством привода 4 в оптимальное положение в соответствии с заложенным в микропроцессор 12 алгоритмом. Одновременно контролируется максимально допустимый уровень оборотов ветроколеса, обеспечивая буревую защиту ветрогенератора.

Устройство имеет три режима работы.

1. Рабочий режим.

В этом режиме ветроколесо вращается под воздействием набегающего воздушного потока. Управляющий микропроцессор 12, получая данные о скорости вращения ротора с датчика 10, об уровне заряда аккумуляторной батареи с датчика 8 и об угле поворота лопасти с датчика 9, постоянно анализирует их и сравнивает с заданными программой управления. Если происходит отклонение параметров от заданных, микропроцессор 12 выдает команду приводу 4 лопастей изменить угол их поворота (угол атаки). Например, аккумуляторная батарея 12 заряжена, ветер усилился и выросли обороты: будет выдана команда на увеличение угла атаки лопастей 3 и зарядный ток уменьшится. Если нагрузка 11 потребителя выросла и снизилось напряжение на аккумуляторной батарее 12, то лопасти 3 будут приведены в положение, соответствующее максимально возможному уровню заряда. Поскольку этот процесс происходит в постоянном режиме, ветрогенераторная установка не требует дополнительных балластных нагрузок (для сброса лишней энергии), либо электронного контроллера.

2. Режим буревой защиты.

В этом режиме при достижении предельного уровня оборотов ротора 2 (заданного программой управления) микропроцессор 12 переводит лопасти 3 в положение параллельное воздушному потоку. Таким образом, даже ураганный ветер не может раскрутить ветроколесо до опасных для конструкции оборотов.

3. Режим отключения.

Этот режим аналогичен режиму 2, но перевод лопастей 3 в положение параллельное воздушному потоку производится с помощью отдельного тумблера. Одновременно происходит отключение аккумуляторной батареи 12 от выпрямителя 5 и закорачивание фаз (обмоток) статора 1. Режим применяется для ремонта, профилактики устройства или при необходимости.

Полезная модель позволяет обеспечить оптимальный рабочий режим ветрогенераторной установки без использования балластных нагрузок и контроллера, буревую защиту, а также режим технологического отключения.

Ветрогенераторная установка, содержащая статор и ротор, с которым связаны лопасти, соединенные с приводом, выполненным с возможностью поворота лопастей вокруг своей оси, перпендикулярной оси вращения ротора, при этом обмотки статора соединены через выпрямитель и выключатель с аккумуляторной батареей и с выводами для нагрузки, а установка снабжена датчиками скорости вращения ротора, положения лопасти и уровня зарядки аккумуляторной батареи, а также управляющим микропроцессором, входы которого соединены с упомянутыми датчиками, а выходы - с приводом лопастей и с выключателем.

РИСУНКИ