Ветроэлектростанция с регулятором мощности балласта

Полезная модель направлена на полное использование энергии, вырабатываемой ветроэлектростанцией. Указанный технический результат достигается тем, что ветроэлектростанция содержит 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, полупроводниковый регулятор мощности балласта, вход которого подключен к входу регулятора напряжения, а выход соединен с входом блока балластных сопротивлений.

Полезная модель относится к области ветроэнергетики и может быть использована в маломощных автономных ветроустановках, работающих независимо от сети централизованного энергоснабжения.

Известна конструкция для преобразования энергии ветра в электрическую энергию - 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 [Я.И.Шефтер. Использование энергии ветра. М.: Энергоатомиздат. - 1983].

Недостатком известной конструкции является потеря энергии, вырабатываемой генератором при сильных порывах ветра, так как увеличение выходного напряжения генератора ветороэлектростанции ограничивает регулятор напряжения. В результате теряется часть энергии, вырабатываемой генератором. Расчеты показывают, что, например, для Томской области, обладающей умеренными ветровыми ресурсами, ветроэлектростанция теряет до 20% электроэнергии, вырабатываемой генератором за год [Кадастр Возможностей. Под ред. Б.В.Лукутина. - Томск: Изд-во НТЛ, 2002].

Известна ВЭС, выбранная в качестве прототипа, 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 нагрузочное балластное сопротивление происходит только при полной зарядке аккумуляторной батареи. При сильных порывах ветра и не полностью заряженной аккумуляторной батарее балласт не будет включаться, и избыточная энергия будет теряться в ветродвигателе, вращающемся с большей частотой.

Задачей полезной модели является полное использование энергии, вырабатываемой ветроэлектростанцией.

Решение поставленной задачи достигается тем, что ветроэлектростанция, 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, согласно полезной модели снабжена регулятором мощности балласта, вход которого подключен к входу регулятора напряжения, а выход соединен с входом блока балластных сопротивлений.

Именно заявленное выполнение схемы ВЭС обеспечивает возможность полной утилизации избыточной мощности, вырабатываемой генератором при сильных порывах ветра, тем самым выполняется задача полезной модели. Это достигается тем, что в предложенной схеме регулируемый балласт включается не только при полной зарядке аккумуляторной батареи (АБ), но и при любом превышении генерируемой мощности над мощностью, потребленной нагрузками ВЭС и аккумуляторной батареей.

На чертеже представлена структурная схема ВЭС с регулятором мощности балласта.

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 и блок балластных сопротивлений 8, подключенный к выходу регулятора мощности балласта 7.

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.

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.

Ветроэлектростанция, 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, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введен регулятор мощности балласта, вход которого подключен к входу регулятора напряжения, а выход соединен с входом блока балластных сопротивлений.