ветроэлектрическая установка

Формула изобретения

Ветроэлектрическая установка, содержащая опору, ось, на которой установлен ветродвигатель роторного типа, генератор электрического тока, устройство для отвода электроэнергии, отличающаяся тем, что снабжена дополнительным ветродвигателем, размещенным на оси первого ветродвигателя, причем дополнительный ветродвигатель соединен с наружным ротором генератора электрического тока, внутренний ротор которого соединен с первым ветродвигателем, при этом внутренний и наружный роторы генератора крепятся к первому и дополнительному ветродвигателям соответственно с помощью жестко закрепленных на них колец.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано при создании ветроэлектростанций, работающих как в автономном режиме, так и на общую электрическую сеть, преимущественно в условиях Крайнего Севера.

Известны ветроэлектрические установки, содержащие ветродвигатель, генератор электрического тока и механическую повышающую передачу, зубчатые колеса, редуктор или сложную роликовую повышающую передачу (а. с. №1300625 (СССР), Н 02 Р 9/00, Б.И. №12, 1987; а.с. №1382989 (СССР), F 03 D 11/00, Б.И. №11, 1988; а. с. №1384819 (СССР), F 03 D 9/02, Б.И. №12, 1988).

Основным недостатком указанных аналогов является использование механических передач, повышающих частоту вращения ветродвигателя до частоты вращения и необходимой окружной скорости ротора типового электрогенератора. Низкий КПД таких передач приводит к тому, что в системе преобразования механической энергии в электрическую возникают существенные потери.

Известна ветроэлектрическая установка (патент (РФ) №2210854, МПК Н 02 Р 9/06, 9/42, публикация 2003 года), принятая за прототип и содержащая следующие элементы: ветродвигатель, зубчатую дифференциальную передачу, генератор переменного тока, электрическую машину постоянного тока, усилительное устройство, регулятор, формирователь скорости, сумматор, датчик активной мощности нагрузки, задатчик активной мощности, датчик частоты вращения вала ветродвигателя, выключатель. Недостатком прототипа является низкий КПД из-за использования механических передач для повышения частоты вращения и необходимой окружной скорости ротора типового электрогенератора.

Задачей изобретения является создание ветроэлектрической установки, обеспечивающей повышение КПД и качества производимой электроэнергии, уменьшение габаритной мощности электрооборудования. Задача решается тем, что ветроэлектрическая установка, содержащая опору, ось, на которой установлен ветродвигатель роторного типа, генератор электрического тока, устройство для отвода электроэнергии, согласно изобретению она снабжена дополнительным ветродвигателем, размещенным на оси первого ветродвигателя, причем дополнительный ветродвигатель соединен с наружным ротором генератора электрического тока, внутренний ротор которого соединен с первым ветродвигателем, при этом внутренний и наружный роторы генератора крепятся к первому и дополнительному ветродвигателям соответственно с помощью жестко закрепленных на них колец.

Благодаря такому выполнению существенно повышается относительная окружная скорость вращения роторов генератора и КПД ветроэлектрической установки.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена схема ветроэлектрической установки, а на фиг.2 - вид сечения А в увеличенном масштабе.

Ветроэлектрическая установка содержит первый 1 и дополнительный 2 ветродвигатели, размещенные с возможностью противоположного направления вращения на оси 3, закрепленной в опоре 4. Наружный ротор 5 электрогенератора, выполняющий функцию статора, снабжен проводниками устройства для отвода электроэнергии (на чертеже не показаны) и жестко закреплен с помощью кольца 6 и фиксаторов 7 на нижнем торце дополнительного ветродвигателя 2. Внутренний ротор 8 генератора содержит постоянные магниты (на чертеже не показаны) и жестко закреплен с помощью кольца 9 и фиксаторов 10 на верхнем торце первого ветродвигателя 1. На наружном роторе имеется канавка 11, а на внутреннем канавка 12, в которые входят при закреплении роторов генератора концы фиксаторов 7 и 10. Наружный и внутренний роторы установлены с зазором относительно друг друга на одном уровне. За счет электромагнитного взаимодействия наружного и внутреннего роторов в зазоре между ними образуется магнитное поле, которое создает электродвижущую силу в проводниках, расположенных на наружном роторе, и с помощью токоотводящих устройств энергия снимается с проводников и направляется потребителю.

Устройство работает следующим образом. При вращении на оси 3 от ветра ветродвигателей 1 и 2 в противоположных направлениях связанные с ними наружный 5 и внутренний 8 роторы генератора вращаются с окружной скоростью, достаточной для выработки электроэнергии. Образующаяся в проводниках наружного ротора электродвижущая сила возрастает по величине за счет того, что имеет место увеличение скорости вращения роторов относительно друг друга. Прямая безредукторная передача вращательного движения с вала ветродвигателя 3 на вал типового электрогенератора, как в прототипе, не обеспечивает достаточной окружной скорости ротора электрогенератора еще и потому, что соотношение диаметра ротора типового электрогенератора и диаметра ветроколеса находится в пределах 0,02 - 0,05. Между тем известно, что в гидроэнергетических машинах соотношение диаметра ротора типового электрогенератора и диаметра ротора гидротурбины близко к единице, что гарантирует получение необходимых окружных скоростей ротора электрогенератора. Чтобы получить увеличение окружной скорости ротора электрогенератора, необходимо соотношение диаметра ротора электрогенератора и диаметра ветроколеса выбрать в пределах 0,25:1.

Таким образом, техническим результатом является повышение качества производимой электроэнергии и уменьшение габаритной мощности электрооборудывания.