СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ Российский патент 2001 года по МПК F03D7/04 

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано в ветро- и гидроэнергетических установках для дополнительного обеспечения потребителей электрической энергией переменного тока и другими видами энергии, например тепловой.

Известные способы преобразования энергии двигателя энергоустановки, мощность и/или частота вращения вала которого непостоянны (в частности, ветроустановки), для приведения частоты вырабатываемого генератором электрического тока к промышленной предусматривают специальные преобразователи частоты и/или инверторы [1] , а также другие дополнительные устройства, например, изменяющие угол атаки ветра [2] . Однако такие дополнительные устройства усложняют конструкцию и снижают КПД энергоустановки.

В качестве прототипа выбран способ преобразования энергии двигателя ветроэнергетической установки, мощность и/или частота вращения вала которого являются непостоянными, причем вал механически соединен с ротором электрического генератора, содержащего n-фазную обмотку статора. Согласно способу часть электрической энергии с обмоток передается потребителю, а часть ее может преобразовываться в другой вид энергии в аккумулирующем устройстве - электролизере [3]. Установка для реализации способа также содержит преобразователь частоты, она сложна конструктивно и имеет низкий КПД.

Целью изобретения является повышение КПД энергоустановки, частота и/или мощность на валу двигателя которой непостоянна.

Предлагаемый способ преобразования энергии прежде всего может быть осуществлен для неавтономной энергоустановки, вал двигателя которой механически соединен с роторами как минимум двух электрических генераторов, содержащих соответственно n- и m-фазные обмотки статоров (n может быть не равно m). Часть электрической энергии с обмоток может преобразовываться в другой вид энергии в аккумулирующем устройстве. Часть электрической энергии, вырабатываемой хотя бы одним генератором, может передаваться потребителю только при частоте вращения ротора, соответствующей частоте тока потребителя, снимаемого с обмоток. Стабилизация такой частоты вращения производится за счет отключения или подключения и изменения нагрузки на аккумулирующее устройство одновременно всех фаз хотя бы одного генератора, одновременно подключенного к потребителю, и/или отдельных фаз хотя бы одного генератора, отсоединенного от потребителя.

Подключение и отключение потребителя и/или нагрузки на аккумулирующее устройство может осуществляться тиристорами с помощью процессора на основе показаний как минимум датчика частоты тока или вращения.

Часть электрической энергии может преобразовываться в аккумулирующем устройстве в тепловую энергию, например, с помощью нагревательных элементов, погруженных в жидкость-теплоноситель, а изменение нагрузки на аккумулирующее устройство в этом случае может производится за счет изменения сопротивления нагревательных элементов. В случае, когда нагревательные элементы выполнены в виде параллельных проводящих поверхностей, изменение нагрузки лучше производить за счет изменения расстояния между поверхностями (погруженными в жидкость-теплоноситель).

Изобретение поясняется электрической схемой вспомогательной энергетической установки, изображенной на чертеже.

Ветроэнергетическая установка (ВЭУ) содержит два 3-фазных электрических генератора 1 и 2, роторы которых жестко механически связаны с валом ветродвигателя (не показаны). Генератор 1 имеет мощность, равную 1/3 мощности генератора 2. (В общем случае лучше, когда мощность обмотки одного генератора равна мощности одной фазы другого генератора). Фазы 3-5 обмоток статора генератора 2 подсоединены через тиристоры 6-8 к сети, а через тиристоры 9-11 - к пластинчатому водонагревателю 12, расстояние между парами пластин 13-18 которого может изменяться. Фазы 19-21 генератора 1 через тиристоры 22-24 подключены к пластинам 13-15. Установка также снабжена датчиком частоты вращения вала (не показан), связанным с процессором 25, который управляет тиристорами 6-8, 9-11 и 22-24, и механизмом регулировки зазора межу пластинами 13-18 (не показан), соединенными с отдельными фазами 3-5, 19-21, и пластинами, соединенными с общей шиной 26.

ВЭУ работает следующим образом. При безветренной погоде вал ветродвигателя не вращается и все тиристоры 6-8, 9-11 и 22-24 выключены. При появлении ветра вал ветродвигателя начинает вращаться в режиме холостого хода. После достижения валом частоты вращения, соответствующей частоте электрического тока 50 Гц, по сигналу датчика частоты вращения процессор 25 включает тиристор 22, подключая фазу 19 к пластинам 13 водонагревателя 12, причем зазор между пластинами максимален. При дальнейшем увеличении частоты вращения ее стабилизация торможением производится по сигналу процессора 25 за счет уменьшения зазора между пластинами 13 механизмом регулировки. После того, когда достигнуто минимальное значение зазора между пластинами 13, а частота вращения вала начинает превышать требуемую, процессор 25 подключает фазу 20 с помощью тиристора 23 к пластинам 14 водонагревателя 12, причем стабилизация частоты вращения производится так же, как и для фазы 20. Далее с увеличением мощности (и частоты вращения) на валу ветродвигателя к водонагревателю 12 подключается третья фаза 21 генератора 1. После того, когда мощность, вырабатываемая всеми фазами 19-21 генератора 1, достигает номинальной, процессор 25 с помощью тиристоров 22-24 отключает фазы 19-21 от водонагревателя 12 и с помощью тиристоров 9-11 с увеличением ветровой нагрузки последовательно подключает фазы 3-5 к пластинам 16-18 водонагревателя 12. После того, когда мощность, вырабатываемая всеми фазами 3-5 генератора 2, достигает номинальной, он с помощью тиристоров 9-11 и 6-8 переключается на подачу электроэнергии в сеть (потребителю), а при увеличении ветровой нагрузки стабилизация частоты вращения осуществляется последовательным подключением фаз 19-21 генератора 1 к водонагревателю 12. Если электрическая энергия в сети является невостребованной, то оба генератора переключаются на водоподогреватель 12. При снижении ветровой нагрузки процессор 25 управляет фазами 3-5 и 19-21 в обратном порядке.

ВЭУ может иметь и более двух генераторов, тогда диапазон ветровой нагрузки расширяется, время подачи и количество электроэнергии потребителю также увеличивается.

Источники информации
1. Патент РФ N 2132483, 1999.

2. Патент РФ N 2099590, 1997.

3. Патент РФ N 2015412, 1994.

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано в ветро- и гидроэнергетических установках для дополнительного обеспечения потребителей электрической энергией переменного тока и другими видами энергии, например тепловой. Технический результат, заключающийся в повышении КПД энергоустановки, частота и/или мощность на валу двигателя которой непостоянна, обеспечивается за того, что в предлагаемом способе преобразования энергии, при котором вал механически соединен с ротором как минимум одного электрического генератора, содержащего n-фазную обмотку статора, когда часть электроэнергии с обмоток передается потребителю, а часть может преобразовываться в другой вид энергии в аккумулирующем устройстве, согласно изобретению при работе неавтономной энергоустановки, содержащей не менее двух генераторов, причем другой генератор механически соединен с валом двигателя и может иметь другое число m фаз обмотки, подача электроэнергии потребителю с обмотки хотя бы одного генератора осуществляется только при частоте вращения ротора, соответствующей частоте тока потребителя, снимаемого с обмоток, а стабилизация такой частоты вращения производится за счет отключения или подключения и изменения нагрузки на аккумулирующее устройство одновременно всех фаз хотя бы одного генератора, одновременно подключенного к потребителю, и/или отдельных фаз хотя бы одного генератора, отсоединенного от потребителя. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ преобразования энергии двигателя энергоустановки, мощность и/или частота вращения вала которого непостоянны, причем вал механически соединен с ротором как минимум одного электрического генератора, содержащего n-фазную обмотку статора, когда часть электрической энергии с обмоток передается потребителю, а часть ее может преобразовываться в другой вид энергии в аккумулирующем устройстве, отличающийся тем, что при работе неавтономной энергоустановки, содержащей не менее двух генераторов, причем другой генератор также механически соединен с валом двигателя и может иметь другое число m фаз обмотки, подача электрической энергии потребителю с обмотки хотя бы одного генератора осуществляется только при частоте вращения ротора, соответствующей частоте тока потребителя, снимаемого с обмоток, а стабилизация такой частоты вращения производится за счет отключения или подключения и изменения нагрузки на аккумулирующее устройство одновременно всех фаз хотя бы одного генератора, одновременно подключенного к потребителю, и/или отдельных фаз хотя бы одного генератора, отсоединенного от потребителя. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подключение и отключение нагрузки на аккумулирующее устройство осуществляется тиристорами с помощью процессора на основе показаний как минимум датчика частоты тока или вращения. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что подключение и отключение потребителя осуществляется тиристорами с помощью процессора на основе показаний как минимум датчика частоты тока или вращения. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что часть электрической энергии преобразуется в аккумулирующем устройстве в тепловую энергию. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что преобразование в тепловую энергию производится с помощью нагревательных элементов, погруженных в жидкость. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что изменение нагрузки на аккумулирующее устройство производится за счет изменения сопротивления нагревательных элементов. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что изменение сопротивления нагревательных элементов в виде параллельных проводящих поверхностей производится за счет изменения расстояния между поверхностями.