Безредукторный ветроэлектроагрегат

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Учреждение образования Минский государственный высший авиационный колледж(72) Авторы Лапцевич Александр Анатольевич Сизиков Сергей Вячеславович Синяков Анатолий Леонидович Дудников Игорь Львович(73) Патентообладатель Учреждение образования Минский государственный высший авиационный колледж(57) Безредукторный ветроэлектроагрегат, содержащий вертикальную опору, к верхнему торцу которой прикреплена с возможностью вращения вокруг ее вертикальной оси горизонтальная платформа, на которой установлен магнитоэлектрический генератор, прикрепленный к ней корпусом, в котором размещены статор с якорной обмоткой, выводы которой расположены в коробке, прикрепленной к корпусу, и внутри статора ротор, оборудованный основным индуктором, который выполнен из кольцевых магнитов и опирающимся на подшипники, установленные в крышках корпуса, двухконсольным валом, на консолях которого расположены и прикреплены соответственно основное и дополнительное ветроколеса ветроэлектроагрегата, отличающийся тем, что снабжен угольным регулятором напряжения и выпрямительным мостом, которые также расположены в коробке корпуса магнитоэлектрического генератора, ротор которого оборудован дополнительным индуктором, выполненным в виде обмотки, расположенной на кольцевых магнитах основного индуктора, выводы которой присоединены к изолированным от вала ротора двумя электроизоляционными втулками соответственно двум внутренним кольцам подшипников, два внешних кольца которых оборудованы выводами и электроизолированы от 101032014.06.30 крышек корпуса двумя другими электроизоляционными втулками, при этом выпрямительный мост входом подключен к выводам якорной обмотки, к плюсовому и минусовому выводам которого присоединены через регулировочный резистор обмотки электромагнита угольного регулятора напряжения, а также выводы двух внешних колец подшипников соответственно непосредственно и через угольный столбик угольного регулятора напряжения так, что магнитный поток дополнительного индуктора совпадает по направлению с магнитным потоком основного индуктора магнитоэлектрического генератора. Предлагаемое техническое решение относится к безредукторным ветроэлектроагрегатам, которые устанавливаются на дачных коттеджных и приусадебных земельных участках, а также в зонах аэропортов и промышленных предприятий. Известна конструкция безредукторного ветроэлектроагрегата 1. Этот безредукторный ветроагрегат содержит вертикальную опору, к вехнему торцу которой прикреплена с возможностью вращения вокруг ее вертикальной оси горизонтальная платформа, на которой расположена и закреплена ось, на которой закреплены с возможностью вращения вокруг продольной ее оси ветроколесо и связанный с ним внешний ротор магнитоэлектрического генератора. При этом ротор содержит два стальных кольца с закрепленными на них постоянными магнитами, а статор генератора выполнен из шихтованных секций с катушками, расположен между стальными кольцами и прикреплен к оси. Автоматическая ориентация платформы при изменении направления ветра осуществляется флюгером, прикрепленным к платформе при помощи рычага. Безредукторный ветроагрегат работает следующим образом. Под действием кинетической энергии ветра приводится во вращение ветроколесо и вместе с ним внешний ротор,на стальных кольцах которого закреплены постоянные магниты. При вращении постоянных магнитов их магнитный поток замыкается через магнитопроводы шихтованных секций, на которых расположены катушки, при этом в катушках наводится электродвижущая сила, величина которой зависит от магнитного потока постоянных магнитов, числа витков в катушках и частоты вращения ветроколеса. Катушки соединены последовательно и образуют статорную обмотку генератора, к которой подключаются потребители электроэнергии. К недостаткам этого безредукторного ветроагрегата следует отнести сложность его конструкции и пониженную надежность эксплуатации. Сложность конструкции ветроагрегата обусловлена сложной конструкцией магнитоэлектрического генератора, содержащего сложной конструкции внешний ротор, внутри которого расположен также сложной конструкции статор с якорной обмоткой. Пониженная надежность эксплуатации обусловлена тем, что ветроколесо и магнитоэлектрический генератор, расположенные на консоли горизонтальной оси, прикрепленной к платформе, создают изгибающий момент, прикладываемый к вертикальной опоре, под действием которого опора наклоняется в сторону ветроколеса и постепенно ослабляется ее крепление. Наиболее близкой к заявляемой конструкции ветроэлектроагрегата является конструкция безредукторного ветроэлектроагрегата, в которой отсутствуют отмеченные недостатки 2. Безредукторный ветроэлектроагрегат содержит вертикальную опору, к верхнему торцу которой прикреплена с возможностью вращения вокруг ее вертикальной оси горизон 2 101032014.06.30 тальная платформа, на которой установлен магнитоэлектрический генератор, прикрепленный к ней корпусом, в котором размещены статор с якорной обмоткой, выводы которой расположены в коробке, прикрепленной к корпусу, и внутри статора ротор, оборудованный индуктором, который выполнен из кольцевых магнитов и опирающимся на подшипники, установленые в крышках корпуса, двухконсольным валом, на консолях которого расположены и прикреплены соответственно основное и дополнительное ветроколеса ветроэлектроагрегата. Этот безредукторный ветроэлектроагрегат работает следующим образом. Основное и дополнительное ветроколеса преобразуют кинетическую энергию ветра в механическую,под действием которой вращаются вал ротора и закрепленный на нем многополюсный индуктор. При вращении индуктора его магнитный поток пересекает якорную обмотку магнитоэлектрического генератора и наводит в ней электродвижущую силу (ЭДС) переменного тока, величина которой зависит от индукции, создаваемой индуктором, и частоты вращения ротора генератора. Ветроэлектроагрегат эффективно работает при скорости ветра более 4 м/с. Эффективность ветроэлектроагрегата падает при скорости ветра меньше 4 м/с. К недостатку этого безредукторного ветроэлектроагрегата следует отнести его низкую эффективность при скоростях ветра меньше 4 м/с. Задачей заявляемой полезной модели безредукторного ветроэлектроагрегата является повышение его эффективности работы при скоростях ветра меньше 4 м/с. Поставленная техническая задача достигается тем, что безредукторный ветроэлектроагрегат, содержащий вертикальную опору, к верхнему торцу которой прикреплена с возможностью вращения вокруг ее вертикальной оси горизонтальная платформа, на которой установлен магнитоэлектрический генератор, прикрепленный к ней корпусом, в котором размещены статор с якорной обмоткой, выводы которой расположены в коробке, прикрепленной к корпусу, и внутри статора ротор, оборудованный основным индуктором, который выполнен из кольцевых магнитов и опирающимся на подшипники, установленные в крышках корпуса, двухконсольным валом, на консолях которого расположены и прикреплены соответственно основное и дополнительное ветроколеса ветроэлектроагрегата, снабжен угольным регулятором напряжения и выпрямительным мостом, которые также расположены в коробке корпуса магнитоэлектрического генератора, ротор которого оборудован дополнительным индуктором, выполненным в виде обмотки, расположенной на кольцевых магнитах основного индуктора, выводы которой присоединены к изолированным от вала ротора двумя электроизоляционными втулками соответственно двум внутренним кольцам подшипников, два внешних кольца которых оборудованы выводами и электроизолированы от крышек корпуса двумя другими электроизоляционными втулками,при этом выпрямительный мост входом подключен к выводам якорной обмотки, к плюсовому и минусовому выводам которого присоединены через регулировочный резистор обмотки электромагнита угольного регулятора напряжения, а также выводы двух внешних колец подшипников соответственно непосредственно и через угольный столбик угольного регулятора напряжения так, что магнитный поток дополнительного индуктора совпадает по направлению с магнитным потоком основного индуктора магнитоэлектрического генератора. Сущность заявляемой полезной модели безредукторного ветроэлектроагрегата поясняется фигурами на фиг. 1 изображена конструкция безредукторного ветроэлектроагрегата на фиг. 2 - электрическая схема безредукторного ветроэлектроагрегата. Заявляемый безредукторный ветроэлектроагрегат содержит вертикальную опору 1, к верхнему торцу которой прикреплена через подшипник 2 горизонтальная платформа 3, на которой установлен магнитоэлектрический генератор, прикрепленный к ней корпусом 4, в котором размещены статор 5 с якорной обмоткой 6, выводы которой расположены в ко 3 101032014.06.30 робке 7, прикрепленной к корпусу 4, и внутри статора 5 ротор 8, оборудованный основным индуктором, выполненным из кольцевых магнитов 9 и опирающимся на подшипники 10, 11, установленные в крышках 12, 13 корпуса 4, двухконсольным валом 14, на консолях 15 и 16 которого расположены и прикреплены соответственно основное 17 и дополнительное 18 ветроколеса ветроэлектроагрегата с флюгером 19. Для повышения эффективности работы безредукторный ветроэлектроагрегат снабжен угольным регулятором 20 напряжения и выпрямительным мостом 21, которые расположены также в коробке 7 корпуса 4 магнитоэлектрического генератора, ротор 8 которого оборудован дополнительным индуктором, выполненным в виде обмотки 22, расположенной на кольцевых магнитах 9 основного индуктора, выводы которой прикреплены к изолированным от вала 14 ротора 8 двумя электроизоляционными втулками 23, 24 соответственно двум внутренним кольцам подшипников 10, 11, два внешних кольца которых оборудованы выводами 25, 26 и электроизолированы от крышек 12, 13 корпуса 4 двумя другими электроизоляционными втулками 27, 28, при этом выпрямительный мост 21 входом подключен к выводам якорной обмотки 6, к плюсовому и минусовому выводам которого присоединены через регулировочный резистор 29 обмотка 30 электромагнита угольного регулятора 20 напряжения, а также выводы 25, 26 двух внешних колец подшипников 10, 11 соответственно непосредственно и через угольный столбик 31 угольного регулятора 20 напряжения так, что магнитный поток дополнительного индуктора совпадает по направлению с магнитным потоком основного индуктора магнитоэлектрического генератора. Заявляемый безредукторный ветроэлектроагрегат работает следующим образом. Основное и дополнительное ветроколеса 17, 18 преобразуют кинетическую энергию ветра в механическую, под действием которой вращается вал 14 ротора 8 с расположенными на нем основным и дополнительным индукторами. При этом основной индуктор выполнен из магнитных колец 9, а дополнительный - в виде обмотки 22, расположенной на магнитных кольцах 9 и подключенной через подшипники 10, 11 и угольный столбик 31 угольного регулятора напряжения 20 к выходу выпрямительного моста 21, подключенного входом к выводам якорной обмотки 6 магнитоэлектрического генератора. Магнитоэлектрический генератор устойчиво работает при скорости ветра 4 м/с и более. При снижении скорости ветра до 3 м/с его ЭДС уменьшается на 25 . Так как безредукторные ветроэлектроагрегаты предназначены для эксплуатации на приусадебных участках, то высота опоры 1 не превышает 5-7 м и скорость ветра большую часть времени в году не превышает 5-7 м/с. Для повышения эффективности работы безредукторного ветроэлектроагрегата при скоростях ветра меньше 4 м/с при скорости ветра 4 м/с регулировочным резистором 29 увеличиваем ток через обмотку 30 электромагнита угольного регулятора 20 до тех пор, пока угольный столбик 31 не увеличит свое электрическое сопротивление до максимального значения. В этом случае ток через обмотку 22 будет мал и электродвижущая сила на выводах якорной обмотки 6 определяется в основном индукцией основного индуктора и частотой его вращения. При скорости ветра меньше 4 м/с уменьшается электродвижущая сила на выводах якорной обмотки 6, так как уменьшается частота вращения основного индуктора, выполненного из магнитных колец 9, но при этом увеличивается ток через обмотку 22 дополнительного индуктора, так как уменьшается ток через обмотку 30 электромагнита угольного регулятора 20 напряжения и уменьшается сопротивление угольного столбика 31 регулятора. В результате обмотка 22 дополнительного индуктора создает магнитный поток, величина которого пропорциональна уменьшению частоты вращения ротора 8 магнитоэлектрического генератора, и так как этот магнитный поток складывается с магнитным потоком, создаваемым основным индуктором, то увеличивается индукция суммарного магнитного потока пропорциональна уменьшению частоты вращения ротора 8, что спо 4 101032014.06.30 собствует стабилизации электродвижущей силы на выводах якорной обмотки 6 магнитоэлектрического генератора. Подключение обмотки 22 дополнительного индуктора ротора 8 магнитоэлектрического генератора к выходу выпрямительного моста 21 через угольный столбик 31 угольного регулятора напряжения 20 осуществлено через подшипники 10, 11 благодаря их изолированию от вала 14 ротора и крышек 12, 13 корпуса 4 при помощи электроизоляционных втулок соответственно 23, 24 и 27, 28. Таким образом, в процессе эксплуатации заявляемой конструкции безредукторного ветроэлектроагрегата происходит достижение поставленной технической задачи - повышение эффективности работы безредукторного ветроэлектроагрегата за счет оборудования его угольным регулятором напряжения, выпрямительным мостом, ротором магнитоэлектрического генератора, дополнительным индуктором, который выполнен в виде обмотки, расположенной на основном индукторе электроизоляции подшипников от вала и крышек корпуса магнитоэлектрического генератора при помощи четырех электроизоляционных втулок и подключения обмотки дополнительного индуктора к выходу выпрямительного моста, подключенного входом к выводам якорной обмотки генератора, через подшипники, на которые опирается ротор генератора, и угольный столбик угольного регулятора напряжения, обмотка электромагнита которого также подключена к выходу выпрямительного моста через регулировочный резистор. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5