ветрогидроэнергетическая установка

Формула изобретения

Ветрогидроэнергетическая установка, состоящая из ветрогидродвигателя, передаточного устройства, асинхронного генератора с конденсаторами возбуждения, отличающаяся тем, что дополнительно содержит дополнительные конденсаторы, устройство стабилизации напряжения, формирователь импульсов, задающий генератор частоты, устройство синхронизации и усилитель, причем в качестве передающего устройства использован планетарный механизм с электромагнитным тормозом, а ветрогидродвигатель соединен с ведущим валом планетарного механизма, ведомый вал последнего соединен с ротором асинхронного генератора, обмотка которого соединена с конденсаторами возбуждения, дополнительными конденсаторами, с выходными зажимами, устройством стабилизации напряжения и формирователем импульсов, который соединен с первым входом устройства синхронизации, а его второй вход соединен с задающим генератором частоты, выход устройства синхронизации соединен со входом усилителя, а последний - с обмоткой управления электромагнитного тормоза.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к энергетике, в частности к устройствам, преобразующим энергию ветра и воды в электрическую при стабильных параметрах частоты и напряжения.

При использовании энергии ветра и воды основной технической проблемой является стабилизация частоты и напряжения генераторов из-за непостоянства механической энергии.

Известна "Ветроэлектрическая установка с инерционным аккумулятором энергии" (а.с. №951626, МКИ Н 02 Р 9/42, от 15.08.82 г.), содержащая ветроколесо, выходной вал которого соединен с валом генератора переменного тока, к которому подключен блок возбуждения и регулирования, и снабженная дополнительной электрической машиной, а генератор переменного тока выполнен в виде асинхронной машины с короткозамкнутым ротором, а вал дополнительной асинхронной машины соединен с валом инерционного аккумулятора энергии.

Недостатком известного устройства являются низкие энергетические показатели по причине многократного преобразования электроэнергии.

Наиболее близким по технической сущности является изобретение (см. патент RU №2133375, F 03 D 7/00 от 20.07.1997 г.), состоящее из ветродвигателя, передаточного устройства, датчика частоты, асинхронного генератора с конденсаторами возбуждения. При этом подключение нагрузки происходит в функции скорости ветра.

Недостатком известного технического решения являются низкие энергетические показатели в диапазоне переключения полюсов и невысокая стабильность частоты и напряжения.

Техническим решением предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, а именно стабилизация частоты и напряжения генератора в широком диапазоне изменения механической энергии.

Поставленная задача достигается тем, что ветрогидроэнергетическая установка, состоящая из ветрогидродвигателя, передаточного устройства, асинхронного генератора с конденсаторами возбуждения, дополнительно содержит дополнительные конденсаторы, устройство стабилизации напряжения, формирователь импульсов, задающий генератор частоты, устройство синхронизации и усилитель, причем в качестве передающего устройства использован планетарный механизм с электромагнитным тормозом, а ветрогидродвигатель соединен с ведущим валом планетарного механизма, ведомый вал последнего соединен с ротором асинхронного генератора, обмотка которого соединена с конденсаторами возбуждения, дополнительными конденсаторами, с выходными зажимами, устройством стабилизации напряжения и формирователем импульсов, который соединен с первым входом устройства синхронизации, а его второй вход соединен с задающим генератором частоты, выход устройства синхронизации соединен со входом усилителя, а последний - с обмоткой управления электромагнитного тормоза.

Новизна технического решения обусловлена тем, что дополнительно содержит планетарный механизм с электромагнитным тормозом, дополнительные конденсаторы, устройство стабилизации напряжения, формирователь импульсов, задающий генератор частоты, устройство синхронизации и усилитель, что позволяет стабилизировать напряжение и частоту асинхронного генератора в больших пределах изменения ветрового и водяного потока.

По данным научно-технической и патентной литературы авторам не известна заявляемая совокупность признаков, направленная на достижение поставленной задачи, и это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения уровню изобретения.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема функциональная; на фиг. 2 - графики, поясняющие работу схемы.

Ветрогидроэлектростанция содержит ветро- или гидродвигатель 1, соединенный с ведущим валом 2 планетарного механизма 3, состоящего из коренной шестерни 4, сателлитов 5, водила 6, солнечной шестерни 7, ведомого вала 8 с подшипниками 9, электромагнитный тормоз 10 с обмоткой управления 11, асинхронный генератор 12 валом соединен с ведомым валом 8 планетарного механизма 3, а обмоткой статора соединен с 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 11 электромагнитного тормоза 10.

В качестве ветро- или гидродвигателя 1 может использоваться любое техническое решение, обусловленное техническими условиями.

Планетарный механизм 3 имеет следующие основные части: центральную солнечную шестерню 7, наружную коренную шестерню 4, сателлиты 5, вращающиеся вокруг центральной солнечной шестерни 7, и водило 6. Коренная шестерня 4 имеет внутренний зубчатый венец и соединена с ведущим валом 2, опирающимся на подшипники. Солнечная шестерня 7 с наружными зубьями на полом валу, который также опирается на подшипники и соединяется с диском электромагнитного тормоза 1, входит в зацепление с сателлитами.

Сателлиты 5 входят одновременно в зацепление с коронной 4 и солнечной 7 шестернями и свободно вращаются на осях и подшипниках, закрепленных на водиле 6. Водило 6 соединяется с ведомым валом 8.

Если вращать коренную шестерню 4 посредством вращающегося вала 2, а солнечную шестерню 7 затормозить, то при вращении коронной шестерни 4 сателлиты 5, обкатываясь по неподвижной солнечной шестерне 7, будут вести за собой водило 6, вращая ведомый вал 8 с определенным передаточным числом, зависящим от диаметра сцепленных шестерен.

Изменяя усилие торможения солнечной шестерни 7, т.е. возможность ее вращения, можно изменять (регулировать) или стабилизировать скорость вращения водила 6 и ведомого вала 8 независимо от скорости вращения ведущего вала 2.

В качестве электромагнитного тормоза 10 может использоваться ленточный или дисковый механизм с приводом от электромагнитной катушки 11.

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 (фиг. 2, Uсин).

Задающий генератор частоты 19 формирует импульсы прямоугольной формы заданной частоты, например 100 Гц (фиг. 2, Uзад).

Устройство синхронизации 18 сравнивает фазу между частотой асинхронного генератора 12 и частотой задающего генератора частоты 19 и формирует импульсы управления (фиг. 2, i упр.), которые усиливаются усилителем 20 и управляют работой электромагнитного тормоза 10 посредством катушки 11.

Ветрогидроэлектростанция работает следующим образом. В начальный момент на обмотку 11 электромагнитного тормоза 11 подается постоянное напряжение (например, от аккумулятора).

Создается максимальный тормозной момент, и солнечная шестерня 7 находится в неподвижном состоянии.

При достижении определенной (номинальной) скорости вращения ветро- или гидроколеса 1 вращающий момент через ведомый вал 2 планетарного механизма 3 передается коренной шестерне 4, которая вращает сателлиты 5. Сателлиты 5, вращаясь, обегают по неподвижной солнечной шестерне 7, вращают водило 6, ведомый вал 8 и ротор асинхронного генератора 12, последний возбуждается от конденсаторов возбуждения 13.

Напряжение асинхронного генератора 12 поступает на дополнительные конденсаторы 14, выходные зажимы 15, формирователь импульсов 17 и регулятор возбуждения 16. Регулятор возбуждения 16 стабилизирует напряжение. Задающий генератор 19 формирует импульсы Uзад, которые сравниваются с импульсами Uсин формирователя импульсов 17 в устройстве синхронизации 18 и усиленные усилителем 20 поступают на обмотку управления 11 электромагнитного тормоза 10 (i упр, фиг. 2,а).

При увеличении скорости вращения ветро- или гидродвигателя 1 или снижении нагрузки на зажимах асинхронного генератора 12 угол фазового сдвига между синхроимпульсами uсин и задающими uзад уменьшается, уменьшается и длительность управляющего тока i упр (фиг. 2,б) в обмотке управления 11 электромагнитного тормоза 10. Последний снижает тормозной момент, и солнечная шестерня 7 проворачивается с некоторой скоростью, что снижает скорость ведомого вала 8, а следовательно, и частоту асинхронного генератора 12.

Предлагаемая система стабилизации частоты отслеживает угол фазового сдвига каждый оборот, поэтому независимо от того, будет ли изменяться скорость приводного двигателя, скольжение асинхронного генератора или изменится нагрузка - выходная частота останется стабильной, определяемая точностью задающего генератора частоты 19.

Основные достоинства планетарного механизма: универсальность, малые габариты и масса при возможности получения больших передаточных чисел и крутящего момента.