RU2115020C1 - Ветроэлектрическая установка - Google Patents
Ветроэлектрическая установка Download PDFInfo
- Publication number
- RU2115020C1 RU2115020C1 RU96101537/06A RU96101537A RU2115020C1 RU 2115020 C1 RU2115020 C1 RU 2115020C1 RU 96101537/06 A RU96101537/06 A RU 96101537/06A RU 96101537 A RU96101537 A RU 96101537A RU 2115020 C1 RU2115020 C1 RU 2115020C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- windings
- wind
- generator
- sections
- stator
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
Landscapes
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
Использование: изобретение относится к ветроэлектрическим установкам малой мощности и может быть использовано при их разработке и проектировании. Сущность изобретения: предлагается ветроэлектрическая установка, в которой статор электрического генератора содержит две обмотки с числом витков в фазах w1 и , каждая из которых соединена с аккумулятором через отдельный выпрямитель, причем их секции разнесены по пазам в пространстве, образуя независимые полюса статора, а количество секций на полюс и фазу выбирается из соотношения
где n0, n1 - скорости вращения ветроколеса, при которых обеспечивается напряжение начального заряда аккумуляторных батарей соответственно от обмоток w2 и w1, q1, q2 - количество секций обмоток на полюс и фазу, p1, p2 - полезные мощности обмоток генератора. Предложенное устройство позволяет расширить рабочий ветровой диапазон ветроустановки без снижения ее энергетических характеристик. 1 табл., 4 ил.
где n0, n1 - скорости вращения ветроколеса, при которых обеспечивается напряжение начального заряда аккумуляторных батарей соответственно от обмоток w2 и w1, q1, q2 - количество секций обмоток на полюс и фазу, p1, p2 - полезные мощности обмоток генератора. Предложенное устройство позволяет расширить рабочий ветровой диапазон ветроустановки без снижения ее энергетических характеристик. 1 табл., 4 ил.
Description
Изобретение относится к ветроэлектрическим установкам (ВЭУ) малой мощности. Изобретение может быть использовано при проектировании и изготовлении ВЭУ.
В ВЭУ малой мощности широко используются синхронные генераторы с возбуждением от постоянных магнитов. Конструктивно такие установки состоят из ветроколеса с несколькими лопастями, соединенного непосредственно или через редуктор с осью генератора. На оси генератора собран ротор, состоящий, как правило, из закрепленных в магнитопроводе постоянных магнитов. Ротор вращается внутри статора, состоящего из пакета с пазами и уложенной в них обмотки, однофазной или трехфазной.
Особенностью магнитоэлектрического генератора является прямая зависимость выходных параметров (напряжения и частоты) от скорости вращения.
В связи с нестабильностью ветрового потока наведенная в обмотке ЭДС имеет переменную частоту. Устойчивая работа потребителей с ВЭУ малой мощности возможна только при наличии буферного устройства (аккумуляторной батареи). Аккумуляторная батарея выполняет функции накопителя энергии и стабилизатора напряжения путем увеличения снимаемой мощности за счет роста тока (без аккумулятора на нагрузке растут одновременно ток и напряжение).
Один из существенных недостатков ВЭУ малой мощности заключается в невозможности использования энергии в широком диапазоне ветров. Известны ВЭУ (ветрогенератор SWIAB 065 фирмы Swedish Windpawer AB-SWIAB; ABE-500, AC-500, AC-750 фирмы "ABE Моравна" г. Брно и "Аэрокрафт" г. Либерец, Чехословакия, ВEТЭН-0,16, Рыбинский завод приборостроения, УВЭ-300-2, ЦНИИ "Электроприбор" г. Санкт-Петербург), в которых номинальная мощность достигается при ветрах 8-10 м/с. При слабых ветрах 1,5-3,5 м/с скорость генератора недостаточна для осуществления заряда аккумулятора. В то же время в ряде регионов страны именно этот диапазон преобладает в розе ветров. Попытки снизить начало заряда до скорости n0, соответствующей скорости ветра 1,5-3 м/с, за счет обмоточных данных генератора приводят к снижению номинальной мощности (срезается верхняя часть нагрузочной характеристики вследствие более раннего проявления размагничивающей реакции якоря на скоростях 8-12 м/с).
Например, в установке C-100-12, описанной в монографии Heinz Schulz "Kleine Windkpaftanlagen", 2-е повторное издание, 1993 г. ISB N 3-922964-31-1 Okobuch Verlag, Stanfen bei Freiburg, стр. 21, 41, начало заряда аккумулятора осуществлено при скорости ветра ≈ 1,5 м/с. Однако при ветрах 5-10 м/с отдаваемая мощность значительно ниже, чем в аналогичной ей установке УВЭ-200 разработки ЦНИИ "Электроприбор", С.-Петербург.
За аналог принята установка УВЭ-300-2, 1991, которая развивает мощность 300 Вт на скорости генератора nн = 600 об/мин (при ветре 9 м/с), максимальную мощность 450 Вт на скорости nмакс = 1000 об/мин. Начальный зарядный ток аккумулятора обеспечивается на скорости n1 = 250 об/мин (при ветре 3,5 м/с).
Для решения задачи расширения полезного ветрового диапазона работоспособности ВЭУ в данном изобретении предлагается установить двухобмоточный генератор, выдающий зарядное напряжение при двух значениях скорости вращения ветроколеса n0 и n1.
Сущность этого устройства заключается в следующем. В статоре генератора наряду с основной обмоткой w1 предусматриваются пазы под закладку дополнительной обмотки w2. При этом выполняется условие выбора зубцов статора Zст и ротора Zр, не имеющих общего кратного делителя, а также независимости расположения секций каждой из обмоток под полюсами ротора.
Соотношение витков в фазах обмоток выбирается в обратной пропорции к скоростям, при которых должно обеспечиваться зарядное напряжение:
w2/w1 = n1/n0 (1).
w2/w1 = n1/n0 (1).
Следовательно, в диапазоне скоростей генератора от n0 до n1 зарядный ток аккумулятора поступает с дополнительной обмотки через отдельный выпрямитель. В дальнейшем при n > n1 обе обмотки работают впараллель каждая через свой выпрямитель. Независимо от того, что полюсами ротора в них наводится разная ЭДС, стабилизатором напряжения служит аккумулятор.
На фиг. 1 приведена схема включения обеих 3-фазных обмоток генератора через собственные выпрямители на аккумулятор. Поскольку из генератора конструктивно выходит 6 концов статора, мостовые схемы двухполупериодных выпрямителей целесообразно монтировать в корпусе генератора (или располагать рядом), с тем чтобы передающий кабель ВЭУ имел меньшее число проводов (в приведенном варианте кабель двухжильный).
Опасность перегрузки дополнительной обмотки w2 по плотности тока Δ на высоких скоростях генератора устраняется размагничивающей природой реакции якоря.
При вращении полюсов ротора в зоне секции wC2 за счет реакции якоря происходит их кратковременное размагничивание, чем достигается стабилизация тока I2 на более ранней стадии. Учитывая, что с основной и дополнительной обмоток поочередно взаимодействуют магниты ротора с одинаковой коэрцитивной силой, уровень стабилизированных токов обмоток определится условием:
I1wc1= I2wc2 ⇒ I1w1/q1= I2w2/q2
Если принять стабильным напряжение на аккумуляторе, из последнего условия вытекает выражение, приведенное в формуле изобретения для выбора соотношения числа пазов на полюс и фазу обмоток
Этим условием обеспечивается требуемое распределение мощностей между обмотками, не приводящее к тормозящим моментам, превышающим вращающие моменты ветропривода в диапазоне скоростей от n0 до nн.
I1wc1= I2wc2 ⇒ I1w1/q1= I2w2/q2
Если принять стабильным напряжение на аккумуляторе, из последнего условия вытекает выражение, приведенное в формуле изобретения для выбора соотношения числа пазов на полюс и фазу обмоток
Этим условием обеспечивается требуемое распределение мощностей между обмотками, не приводящее к тормозящим моментам, превышающим вращающие моменты ветропривода в диапазоне скоростей от n0 до nн.
Нагрузочные характеристики предлагаемой ВЭУ и прототипа приведены на фиг. 2 и отличаются наличием полезной мощности на участке n0 - n1 (заштрихованная часть характеристики), согласованной с вращающими моментами ветроколеса. Поскольку малые ветра (2-5) м/с являются в ряде регионов преобладающими, появление дополнительной мощности P2 в зоне низких скоростей генератора существенно повышает эксплуатационно-энергетические характеристики ВЭУ. В то же время по предельной мощности такая ВЭУ не уступает прототипу, т. к. обе обмотки в номинальном режиме работают на нагрузку одновременно (параллельно), тем самым полезно используется весь объем пазов статора. Следовательно, предложенное изобретение позволяет расширить ветровой диапазон ВЭУ вследствие качественно новой нагрузочной характеристики.
В качестве примера на фиг. 3 приведена схема 3-фазной обмотки статора тихоходного двухдиапазонного синхронного генератора типа ГСПМ-300, имеющего по аналогии с прототипом число полюсов ротора 2р=16 и число зубцов на статоре Zст = 21. Основная обмотка имеет по 5 секций в фазе (на 2 меньше, чем в прототипе):
w1 = q1wc1 = 5,34 = 168
Освободившиеся 2 паза занимает дополнительная обмотка:
w2 = q2wc2 = 2,120 = 240
При таком соотношении витков начало заряда обеспечивается на скорости вращения в ≈ 1,5 раза ниже:
Распределение мощностей между обмотками (или кратность токов) определится по выражению (2):
На фиг. 4 приведены векторные диаграммы ЭДС обеих обмоток, которые построены для случая совпадения полюса ротора с осью секции wс1 первого паза статора (1-я фаза основной обмотки). Угловые положения φwci последующих секций wci определяются по масштабу зубцового деления статора, выраженному в электрических градусах полюсов ротора
и приведены в таблице.
w1 = q1wc1 = 5,34 = 168
Освободившиеся 2 паза занимает дополнительная обмотка:
w2 = q2wc2 = 2,120 = 240
При таком соотношении витков начало заряда обеспечивается на скорости вращения в ≈ 1,5 раза ниже:
Распределение мощностей между обмотками (или кратность токов) определится по выражению (2):
На фиг. 4 приведены векторные диаграммы ЭДС обеих обмоток, которые построены для случая совпадения полюса ротора с осью секции wс1 первого паза статора (1-я фаза основной обмотки). Угловые положения φwci последующих секций wci определяются по масштабу зубцового деления статора, выраженному в электрических градусах полюсов ротора
и приведены в таблице.
Тот факт, что фазные ЭДС дополнительной и основной обмоток образуют 3-фазную систему векторов (с незначительным перекосом), подтверждает возможность реализации предложенного устройства в многополюсном генераторе с постоянными магнитами.
Рассмотрим энергетические характеристики, данные в примере двухобмоточного генератора. Коэрцитивная сила магнитных полюсов, изготовленных из феррита бария 22БА-220, составляет Hc ≈ 2200 А/см. При ширине магнита bM = 0,8 см его частичное размагничивание будет происходить под каждой секцией дополнительной обмотки статора при токе I2 = 3,2 А (ток стабилизации). Реакция якоря при этом составит намагничивающую силу
В то время как такая реакция якоря от основной обмотки возникнет при токе
Таким образом, предельной суммарный ток от генератора составит
Iзар = I1 + I2 = 14,7 А (≈ 450 Вт),
что эквивалентно прототипу (фиг. 2). Следовательно, расширение ветрового диапазона ВЭУ предложенным путем не ухудшает ее энергетических характеристик, а также не приводит к перегреву статора генератора.
В то время как такая реакция якоря от основной обмотки возникнет при токе
Таким образом, предельной суммарный ток от генератора составит
Iзар = I1 + I2 = 14,7 А (≈ 450 Вт),
что эквивалентно прототипу (фиг. 2). Следовательно, расширение ветрового диапазона ВЭУ предложенным путем не ухудшает ее энергетических характеристик, а также не приводит к перегреву статора генератора.
Claims (1)
- Ветроэлектрическая установка, состоящая из ветроколеса, электрического генератора с постоянными магнитами и электрического аккумулятора, отличающаяся тем, что статор электрического генератора содержит две обмотки с числом витков в фазах w1 и w2= w1(n1/no), каждая из которых соединена с аккумулятором через отдельный выпрямитель, причем секции разнесены по пазам в пространстве, образуя независимые полюса статора, а количество секций на полюс и фазу выбирается из соотношения
где n0, n1 - частоты вращения ветроколеса, при которых обеспечивается напряжение начального заряда аккумуляторных батарей соответственно от обмоток w2 и w1;
q1, q2 - количество секций обмоток на полюс и фазу;
P1, P2 - полезные мощности обмоток генератора.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96101537/06A RU2115020C1 (ru) | 1996-01-19 | 1996-01-19 | Ветроэлектрическая установка |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96101537/06A RU2115020C1 (ru) | 1996-01-19 | 1996-01-19 | Ветроэлектрическая установка |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU96101537A RU96101537A (ru) | 1998-03-27 |
RU2115020C1 true RU2115020C1 (ru) | 1998-07-10 |
Family
ID=20176182
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU96101537/06A RU2115020C1 (ru) | 1996-01-19 | 1996-01-19 | Ветроэлектрическая установка |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2115020C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2499156C2 (ru) * | 2008-02-27 | 2013-11-20 | Абб Швайц Аг | Энергосистема |
US9653977B2 (en) | 2012-05-22 | 2017-05-16 | Wobben Properties Gmbh | Synchronous generator of a gearless wind energy turbine |
RU2625343C2 (ru) * | 2012-05-22 | 2017-07-13 | Воббен Пропертиз Гмбх | Оптимизированный синхронный генератор безредукторной ветроэнергетической установки |
-
1996
- 1996-01-19 RU RU96101537/06A patent/RU2115020C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Установка ветроэлектрическая УВЭ-300-2. Описание. - Л.: ЦНИИЭлектроприбор , 1991. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2499156C2 (ru) * | 2008-02-27 | 2013-11-20 | Абб Швайц Аг | Энергосистема |
US9653977B2 (en) | 2012-05-22 | 2017-05-16 | Wobben Properties Gmbh | Synchronous generator of a gearless wind energy turbine |
RU2621061C2 (ru) * | 2012-05-22 | 2017-05-31 | Воббен Пропертиз Гмбх | Синхронный генератор безредукторной ветроэнергетической установки |
RU2625343C2 (ru) * | 2012-05-22 | 2017-07-13 | Воббен Пропертиз Гмбх | Оптимизированный синхронный генератор безредукторной ветроэнергетической установки |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Hoang et al. | Switching flux permanent magnet polyphased synchronous machines | |
RU2168062C1 (ru) | Ветрогенератор | |
EP1458080A4 (en) | PERMANENT MAGNET TYPE DYNAMOELECTRIC MACHINE AND PERMANENT MAGNET TYPE SYNCHRONOUS GENERATOR USING WIND ENERGY | |
CN110971095B (zh) | 一种双定子风力发电机及发电*** | |
CA2402093A1 (en) | Synchronous generator | |
Kamiev et al. | Hybrid excitation synchronous generators for small hydropower plants | |
Khan et al. | Design of a PM wind generator, optimised for energy capture over a wide operating range | |
Zhang | A brushless doubly fed machine with separated field and armature windings in dual stators | |
Ghods et al. | Design improvement of a small, outer rotor, permanent magnet Vernier generator for supplying traffic enforcement camera | |
RU2115020C1 (ru) | Ветроэлектрическая установка | |
Fengxiang et al. | Design features of low speed permanent magnet generator direct driven by wind turbine | |
Beik et al. | High voltage generator for wind turbines | |
CN113346700B (zh) | 一种结合磁悬浮的可控磁场调制轴向磁通发电机 | |
Chalmers et al. | An axial-flux permanent-magnet generator for a gearless wind energy system | |
CN205829425U (zh) | 一种三定子混合励磁同步风力发电机 | |
CN102005884B (zh) | 宽转速范围输出永磁变速发电机*** | |
RU2152118C1 (ru) | Многополюсный тихоходный торцевой синхронный электрический генератор | |
Jian et al. | A novel double-winding permanent magnet flux modulated machine for stand-alone wind power generation | |
JP2000345952A (ja) | 風力多極発電機及び風力発電方法 | |
JPS6146149A (ja) | 誘導子形ブラシレス発電機 | |
JP2002317748A (ja) | 風力発電システム | |
KR20230030572A (ko) | 고주파 변압기 및 이의 응용 | |
Nugroho et al. | Design And Implementation Of Ls-Pmsg For Small Scale Hydro Power Plant | |
CN208445460U (zh) | 一种电动汽车用轮辐式交错转子永磁同步电机 | |
Polinder et al. | Design of a PM generator for the Turby, a wind turbine for the built environment |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050120 |