ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Номер

25-019-06

Наименование проекта

Ветроэнергетическая установка

Назначение

Для преобразования энергии ветра в электрическую при стабильных параметрах частоты и напряжения генератора в широком диапазоне изменения механической энергии

Рекомендуемая область применения

Малые ветроэлектрические установки

Описание

            Результат выполнения конструкторской разработки. 

 Ветроэнергетическая установка (рис. 1) содержит ветроколесо 1, соединенное с передающим устройством 2 (мультипликатор), выход передающего устройства соединен с датчиком скорости 3 и ведущим валом 4 электромагнитной муфты 5, имеющей обмотку управления 6 и выходной вал 7, соединенный с ротором 8 n-полюсного асинхронного многоскоростного генератора 9 с обмотками 10 и 11, соединенные со входом блока коммутации 12, выход которого соединен конденсаторами возбуждения 13, дополнительными конденсаторами 14 с выходными зажимами 15, устройством стабилизации напряжения 16 и формирователем импульсов 17, который соединен с первым входом устройства синхронизации 18, а его второй вход соединен с задающим генератором частоты 19, выход устройства синхронизации соединен со входом усилителя 20, который соединен с обмоткой управления 6 электромагнитной муфты 5.

Рисунок 1 – Функциональная схема ВЭУ на базе многоскоростного АГ

В качестве ветроколеса 1 может быть использован любой механический преобразователь энергии ветра в механическую. n-полюсный асинхронный многоскоростной генератор 9 с различным числом пар полюсов стандартной конструкции с короткозамкнутым ротором 8. В качестве электромагнитной муфты 5 можно использовать порошковую или асинхронную с допустимой скоростью вращения. Блок коммутации 12 переключает обмотки генератора с высоким быстродействием и может быть контактным и бесконтактным. В качестве стабилизатора напряжения 16 применяется широтно-импульсный регулятор или аналогичный с минимальными потерями в регулирующих элементах. Формирователь импульсов 17 формирует короткие импульсы при переходе синусоиды напряжения через ноль. Задающий генератор частоты 19 формирует импульсы прямоугольной формы заданной частоты, например 100 Гц. Устройство синхронизации 18 сравнивает фазу между частотой асинхронного генератора и задающего генератора частоты и формирует импульс управления, который усиливается усилителем 20 и управляет работой электромагнитной муфты. Датчик скорости 3 имеет на выходе исполнительные элементы (контакты, импульсы) по количеству равному числу переключаемых полюсов генератора.

Ветроэнергетическая установка работает следующим образом. В начальный момент на обмотку 6 электромагнитной муфты 5 подается постоянное напряжение, создается максимальный крутящий момент, и ротор 8 n-полюсного асинхронного многоскоростного генератора вращается со скоростью ведущего вала 4. Блок коммутации 12 подключает конденсаторы возбуждения 13 и дополнительные 14 к обмотке генератора 11 с большим числом пар полюсов.

При достижении скорости ветра, и, соответственно, ветроколеса 1 и ротора 8 n-полюсного асинхронного многоскоростного генератора 9 заданной скорости, последний возбуждается и напряжение подается к нагрузке (рабочая точка А на механической характеристике установки, рис. 2). Дальнейшее увеличение скорости ветроколеса 1 и ведущего вала 4 электромагнитной муфты 5 (отрезок А-В, рис. 2), вызывает уменьшение тока управления в обмотке 6 электромагнитной муфты 5. Ротор 8 n-полюсного асинхронного многоскоростного генератора 9 при этом вращается с постоянной скоростью и генерирует стабильную частоту, заданную задающим генератором частоты 19.

Рисунок 2 – Механическая характеристика установки

При подключении нагрузки к выходным зажимам 15 (А, В, С) момент сопротивления на валу n-полюсного асинхронного многоскоростного генератора 9 возрастает, частота n-полюсного асинхронного многоскоростного генератора 9 по фазе отстает, длительность импульсов, а следовательно, и эквивалентный ток управления электромагнитной муфты 5 возрастает, возрастает вращающий момент электромагнитной муфты 5 и скорость ротора 8 n-полюсного асинхронного многоскоростного генератора 9 стабилизируется, а соответственно стабилизируется и частота тока.

Таким образом, в диапазоне скоростей от А до В (рис. 2) за счет скольжения в электромагнитной муфте 5 происходит стабилизация скорости и частоты n-полюсного асинхронного многоскоростного генератора 9.

При увеличении скорости ветра и скорости вращения ведущего вала 4 электромагнитной муфты 5, датчик скорости 3 выдает сигнал, и блок коммутации 12 переключает конденсаторы 13 и 14 на обмотку 10 с меньшим числом пар полюсов и процесс стабилизации частоты происходит аналогично рассмотренным ранее.

Преимущества перед известными аналогами

Преобразование энергии ветра в электрическую происходит при стабильных параметрах частоты и напряжения генератора в широком диапазоне изменения механической энергии

Стадия освоения

Способ (метод) проверен в лабораторных условиях

Результаты испытаний

Соответствует технической характеристике изделия (устройства)

Технико-экономический эффект

Годовой экономический эффект - 9,7 тыс.руб. на 1 кВт установленной мощности генератора

Возможность передачи за рубеж

Возможна передача за рубеж

Дата поступления материала

28.11.2006