Ветроэнергетическая установка

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Горностай Александр Владимирович(72) Авторы Горностай Александр ВладимировичРолик Юрий АнатольевичГончар Анатолий Андреевич(73) Патентообладатель Горностай Александр Владимирович(57) Ветроэнергетическая установка, содержащая ветродвигатель, генератор, датчик частоты вращения генератора, коммутатор нагрузки, нагрузку и регулятор мощности, подключенный своими входами через датчик частоты вращения к генератору ветроэнергетической установки, а выходами - к нагрузке, при этом датчик частоты вращения генератора через коммутатор также подключен к нагрузке, отличающаяся тем, что регулятор мощности выполнен на трансформаторе с изменяемым коэффициентом трансформации, имеющем регулировочную обмотку, и содержит блок управления, механический переключатель под нагрузкой и электропривод переключателя, при этом регулировочная обмотка трансформатора с помощью механического переключателя под нагрузкой подключена к электроприводу переключателя, вход которого через блок управления подключен к датчику частоты вращения генератора.(56) 1. Патент Латвийской Республики-12023. Способ и устройство регулирования мощности ветроэлектроустановки / Н.Н. Левин, Ю.А. Ролик и др. - Опубл. 20.04.1998. 2. Патент Латвийской Республики-11917. Ветроэнергетическая установка / А.И. Безсмертный, А.И. Кривенко, И. Ранкис, А. Месняев, С. Петров. - Опубл. 20.12.1997. 65002010.08.30 Полезная модель относится к области ветроэнергетики, а точнее к управлению ветроэнергетическими установками с помощью регулируемых трансформаторов с переключением отводов. Известна ветроэнергетическая установка, содержащая ветродвигатель, генератор и регулируемый трансформатор, подключенный своими входами к генератору ветроэнергетической установки, а выходами - к нагрузке 1. Однако здесь для обеспечения соответствия подключаемой мощности приемников электрической энергии и располагаемой мощности ветродвигателя при данной скорости ветра приходится применять специальный регулятор. Для этого необходимо трансформатор делать четырехстержневым, вводить дополнительные реактивные элементы и выпрямитель. При этом напряжение на выходе такого регулятора может быть только постоянным. Поэтому здесь не удается обеспечить плавности регулирования и хорошей формы кривой выходного напряжения в широком диапазоне изменения скорости ветра. Известна также ветроэнергетическая установка, содержащая ветродвигатель, генератор, датчик частоты вращения генератора, коммутатор нагрузок, нагрузку и регулятор мощности, подключенный своими входами через датчик частоты вращения к генератору,а выходами - к нагрузке, при этом датчик частоты вращения генератора через коммутатор также подключен к нагрузке 2 (прототип). Недостатком такой установки является то, что напряжение на ее выходе будет выпрямленным и крайне нестабильным по амплитуде и длительности. Так как в процессе работы в зависимости от скорости ветра необходимо постоянно изменять величину подключаемой нагрузки, то приходится все время приспосабливать величины напряжений,потребляемые нагрузкой, к изменяющемуся напряжению генератора. Это делает технически сложным процесс коммутации нагрузок. Здесь для этих целей используется импульсный генератор, который осуществляет подключение дополнительной нагрузки в зависимости от имеющейся у генератора мощности. Управляющим сигналом при этом служит информация, снимаемая с датчика частоты вращения генератора. Однако при таком управлении не удается обеспечить плавности регулирования и хорошей формы кривой выходного напряжения. Эффективность преобразования энергии в этом случае остается еще недостаточной. Задача, которую решает данная полезная модель, заключается в повышении эффективности преобразования энергии путем обеспечения плавности регулирования и хорошей формы кривой выходного напряжения. Это достигается тем, что ветроэнергетическая установка, содержащая ветродвигатель,генератор, датчик частоты вращения генератора, коммутатор нагрузок, нагрузку и регулятор мощности, подключенный своими входами через датчик частоты вращения к генератору ветроэнергетической установки, а выходами - к нагрузке, при этом датчик частоты вращения генератора через коммутатор также подключен к нагрузке, отличается тем, что регулятор мощности выполнен на трансформаторе с изменяемым коэффициентом трансформации, имеющем регулировочную обмотку, и содержит блок управления, механический переключатель под нагрузкой и электропривод переключателя, при этом регулировочная обмотка трансформатора с помощью механического переключателя под нагрузкой подключена к электроприводу переключателя, вход которого через блок управления подключен к датчику частоты вращения генератора. Функциональная схема ветроэнергетической установки представлена на фигуре. Ветроэнергетическая установка содержит ветродвигатель 1, генератор 2, датчик 3 частоты вращения генератора, коммутатор нагрузок 4, нагрузку 5 и регулятор мощности 6,включающий трансформатор 7 с регулировочной обмоткой 8, блок управления 9, механический переключатель под нагрузкой 10, электропривод 11, подвижные контакты 12, 13 и неподвижные контакты - переключателя, вал 14 электропривода, ограничительные сопротивления 15 и 16, коммутирующие элементы 17 и 18. 2 65002010.08.30 Датчик 3 частоты вращения генератора своими выходами подключен к входам регулятора мощности 6 и через коммутатор нагрузок 4 - к нагрузке 5. Выходы регулятора мощности 6 подключены к нагрузке 5. Регулятор мощности 6 выполнен на регулируемом трансформаторе 7 с изменяемым коэффициентом трансформации. Трансформатор 7 с переключением ответвлений регулирует напряжение 2 вторичной обмотки 2 путем изменения числа витков первичной обмотки 1. Коэффициент трансформации при этом определяется выражением 211 1 ,(2) 2 где 1 - напряжение, подаваемое на первичную обмотку 1 трансформатора 7. Трансформатор 7 имеет две ступени коммутации, где 0 - число витков основной ступени,- число витков одной ступени дополнительных ступеней коммутации. В общем случае при наличииступеней регулировочной обмотки число витков первичной обмотки 1 трансформатора равно 10.(3) В нашем случае часть первичной обмотки трансформатора 7 с числом витков 5 и образует регулировочную обмотку 8. Из выражений (2) и (3) получаем связь между напряжениями 2 и 1 регулируемого данным способом трансформатора 210 1 ,(4) 2 гдеможет принимать значения в диапазоне от 1 до 5. В выражении (4) коэффициент трансформацииявляется переменной величиной,значение которой может изменяться дискретно в зависимости от количества подключаемых ступеней регулировочной обмотки. Таким образом, коммутируя с помощью переключателя 10 различное количество ступеней обмотки 8, можно изменять коэффициент трансформациии, следовательно, выходное напряжение 2 трансформатора 7. Отводы регулировочной обмотки 8 соединены с неподвижными контактами - механического переключателя 10, подвижные контакты 12 и 13 которого изолированы между собой, механически соединены с валом 14 электропривода 11 и смещены относительно друг друга на определенный угол, чтобы переключение обмотки происходило без разрыва цепи. Управление направлением вращения электропривода 11 осуществляется блоком управления 9 по сигналам от датчика 3 частоты вращения генератора. Для ограничения тока короткого замыкания обмотки ступени на период времени, когда два подвижных контакта 12 и 13 замыкаются с неподвижными контактами - (-, -, -, -) одной и той же ступени, служат ограничительные сопротивления 15 и 16, которые подключаются через коммутирующие элементы 17 и 18. В качестве ограничительных сопротивлений могут быть использованы реакторы со стальным сердечником и воздушным зазором или активные сопротивления. Если переключатель 10 находится в положении (фигура), то, согласно выражению (4), выходное напряжение 2 трансформатора 7 будет минимальным, а если он находится в положении -, то напряжение 2 будет максимальным. Ветроэнергетическая установка работает следующим образом. При малой скорости ветра, когда напряжение 1 небольшое, датчик 3 выдает сигнал на блок управления 9, пропорциональный производимой ветроэнергетической установкой малой мощности. При этом блок управления 9 вырабатывает сигнал, который, воздей 3 65002010.08.30 ствуя на электропривод 11, вращает переключатель 10 против часовой стрелки. Подвижные контакты 12 и 13 с помощью вала 14 последовательно перемещаются по неподвижным контактам - до такого положения, когда выходное напряжение 2 трансформатора 7 не станет соответствовать вырабатываемой генератором 2 в данный момент времени мощности. При этом напряжение 2 уменьшается и, когда оно достигнет вышеуказанного значения, блок управления 9 выдает сигнал на останов электропривода 11. С ростом скорости ветра повышается напряжение и на выходе генератора 2, датчик 3 выдает сигнал в блок управления 9, пропорциональный возросшей мощности ветроэнергетической установки. При этом блок управления 9 вырабатывает сигнал, который, воздействуя на электропривод 11, вращает переключатель 10 по часовой стрелке. Подвижные контакты 12 и 13 с помощью вала 14 последовательно перемещаются по неподвижным контактам - до такого положения, когда выходное напряжение 2 трансформатора 7 не станет соответствовать вырабатываемой генератором 2 в данный момент времени возросшей мощности. При этом напряжение 2 увеличивается и, когда оно достигнет вышеуказанного значения, блок управления 9 выдает сигнал на останов электропривода 11. Указанный процесс периодически повторяется по закону изменения скорости ветра. Выходное напряжение 2 при этом изменяется в соответствии с вырабатываемой ветроэнергетической установкой мощностью. Постоянство частоты вращения ветродвигателя 1 и генератора 2 в процессе такого управления обеспечивается изменением величины подключаемой электрической нагрузки 5 с помощью коммутатора нагрузок 4. Таким образом, благодаря использованию трансформатора с изменяемым коэффициентом трансформации в процессе регулирования мощности удается обеспечить плавность регулирования и хорошую форму кривой выходного напряжения ветроэнергетической установки, чем достигается повышение эффективности преобразования энергии в ветроэнергетической установке. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4