Ветроэлектрическая установка
Использование: изобретение относится к ветроэлектрическим установкам малой мощности и может быть использовано при их разработке и проектировании. Сущность изобретения: предлагается ветроэлектрическая установка, в которой статор электрического генератора содержит две обмотки с числом витков в фазах w1 и , каждая из которых соединена с аккумулятором через отдельный выпрямитель, причем их секции разнесены по пазам в пространстве, образуя независимые полюса статора, а количество секций на полюс и фазу выбирается из соотношения
где n0, n1 - скорости вращения ветроколеса, при которых обеспечивается напряжение начального заряда аккумуляторных батарей соответственно от обмоток w2 и w1, q1, q2 - количество секций обмоток на полюс и фазу, p1, p2 - полезные мощности обмоток генератора. Предложенное устройство позволяет расширить рабочий ветровой диапазон ветроустановки без снижения ее энергетических характеристик. 1 табл., 4 ил.
Изобретение относится к ветроэлектрическим установкам (ВЭУ) малой мощности. Изобретение может быть использовано при проектировании и изготовлении ВЭУ.
В ВЭУ малой мощности широко используются синхронные генераторы с возбуждением от постоянных магнитов. Конструктивно такие установки состоят из ветроколеса с несколькими лопастями, соединенного непосредственно или через редуктор с осью генератора. На оси генератора собран ротор, состоящий, как правило, из закрепленных в магнитопроводе постоянных магнитов. Ротор вращается внутри статора, состоящего из пакета с пазами и уложенной в них обмотки, однофазной или трехфазной. Особенностью магнитоэлектрического генератора является прямая зависимость выходных параметров (напряжения и частоты) от скорости вращения. В связи с нестабильностью ветрового потока наведенная в обмотке ЭДС имеет переменную частоту. Устойчивая работа потребителей с ВЭУ малой мощности возможна только при наличии буферного устройства (аккумуляторной батареи). Аккумуляторная батарея выполняет функции накопителя энергии и стабилизатора напряжения путем увеличения снимаемой мощности за счет роста тока (без аккумулятора на нагрузке растут одновременно ток и напряжение). Один из существенных недостатков ВЭУ малой мощности заключается в невозможности использования энергии в широком диапазоне ветров. Известны ВЭУ (ветрогенератор SWIAB 065 фирмы Swedish Windpawer AB-SWIAB; ABE-500, AC-500, AC-750 фирмы "ABE Моравна" г. Брно и "Аэрокрафт" г. Либерец, Чехословакия, ВEТЭН-0,16, Рыбинский завод приборостроения, УВЭ-300-2, ЦНИИ "Электроприбор" г. Санкт-Петербург), в которых номинальная мощность достигается при ветрах 8-10 м/с. При слабых ветрах 1,5-3,5 м/с скорость генератора недостаточна для осуществления заряда аккумулятора. В то же время в ряде регионов страны именно этот диапазон преобладает в розе ветров. Попытки снизить начало заряда до скорости n0, соответствующей скорости ветра 1,5-3 м/с, за счет обмоточных данных генератора приводят к снижению номинальной мощности (срезается верхняя часть нагрузочной характеристики вследствие более раннего проявления размагничивающей реакции якоря на скоростях 8-12 м/с). Например, в установке C-100-12, описанной в монографии Heinz Schulz "Kleine Windkpaftanlagen", 2-е повторное издание, 1993 г. ISB N 3-922964-31-1 Okobuch Verlag, Stanfen bei Freiburg, стр. 21, 41, начало заряда аккумулятора осуществлено при скорости ветра



w2 = q2wc2 = 2,120 = 240
При таком соотношении витков начало заряда обеспечивается на скорости вращения в


Распределение мощностей между обмотками (или кратность токов) определится по выражению (2):

На фиг. 4 приведены векторные диаграммы ЭДС обеих обмоток, которые построены для случая совпадения полюса ротора с осью секции wс1 первого паза статора (1-я фаза основной обмотки). Угловые положения


и приведены в таблице. Тот факт, что фазные ЭДС дополнительной и основной обмоток образуют 3-фазную систему векторов (с незначительным перекосом), подтверждает возможность реализации предложенного устройства в многополюсном генераторе с постоянными магнитами. Рассмотрим энергетические характеристики, данные в примере двухобмоточного генератора. Коэрцитивная сила магнитных полюсов, изготовленных из феррита бария 22БА-220, составляет Hc


В то время как такая реакция якоря от основной обмотки возникнет при токе

Таким образом, предельной суммарный ток от генератора составит
Iзар = I1 + I2 = 14,7 А (

что эквивалентно прототипу (фиг. 2). Следовательно, расширение ветрового диапазона ВЭУ предложенным путем не ухудшает ее энергетических характеристик, а также не приводит к перегреву статора генератора.
Формула изобретения

где n0, n1 - частоты вращения ветроколеса, при которых обеспечивается напряжение начального заряда аккумуляторных батарей соответственно от обмоток w2 и w1;
q1, q2 - количество секций обмоток на полюс и фазу;
P1, P2 - полезные мощности обмоток генератора.
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5