Автономная ветросолнечная генераторная установка Российский патент 2025 года по МПК H02K19/38 F03D9/25 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам переменного тока, и может быть использовано, например, для преобразования механической энергии вращения в электрическую энергию переменного тока.

Известен многофазный генератор переменного тока (патент РФ №2633374, 12.10.2017 Бюл. №29, авторы Кашин Я.М., Князев А.С., Кашин А.Я., Войнов А.В.), содержащий корпус, в котором на одном валу, закрепленном в переднем и заднем подшипниковых узлах, установлены подвозбудитель, возбудитель и основной генератор, при этом корпус разделен на переднюю, заднюю и среднюю секции, передняя и средняя секции выполнены в форме усеченных конусов с различными углами раствора α и β, а задняя секция выполнена цилиндрической, при этом внешнее основание задней секции образовано крышкой корпуса, основание средней секции совпадает с внутренним основанием задней секции, а усеченная часть средней секции совпадает с основанием передней секции, подвозбудитель состоит из аксиальных постоянных магнитов индуктора подвозбудителя и аксиального магнитопровода, выполненного с одной активной торцовой поверхностью с пазами, расположенными со стороны аксиальных постоянных магнитов индуктора подвозбудителя, в которые уложена многофазная обмотка якоря подвозбудителя, возбудитель состоит из радиального магнитопровода с однофазной обмоткой возбуждения возбудителя, подключенной к многофазной обмотке якоря подвозбудителя через первый многофазный двухполупериодный выпрямитель, и радиального магнитопровода с многофазной обмоткой якоря возбудителя, основной генератор состоит из выполненных в форме усеченного конуса магнитопровода индуктора с однофазной обмоткой возбуждения основного генератора, подключенной к многофазной обмотке якоря возбудителя через второй многофазный двухполупериодный выпрямитель, закрепленный на внутренней поверхности крышки, и магнитопровода с многофазной обмоткой якоря основного генератора. При этом аксиальные постоянные магниты индуктора подвозбудителя жестко закреплены на валу внутри усеченной части средней секции корпуса на валу посредством первого диска, магнитопровод с однофазной обмоткой возбуждения основного генератора жестко закреплен на валу посредством второго и третьего дисков, а радиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря возбудителя жестко закреплен на валу посредством четвертого диска, при этом аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря подвозбудителя жестко закреплен на внутренней усеченной части передней секции корпуса, магнитопровод с многофазной обмоткой якоря основного генератора жестко закреплен на внутренней стороне боковой поверхности средней секции корпуса, а радиальный магнитопровод с однофазной обмоткой возбуждения возбудителя жестко закреплен на внутренней боковой поверхности задней секции корпуса.

Однако недостатком известного из пат. РФ №2633374 генератора является тяжелый тепловой режим работы его элементов, так как конструкция такого генератора не обеспечивает достаточного теплоотвода от греющихся элементов: многофазные двухполупериодные выпрямители, однофазные обмотки возбуждения возбудителя и основного генератора, многофазные обмотки якоря подвозбудителя, возбудителя и основного генератора, передний и задний подшипниковые узлы.

Перегрев многофазного двухполупериодного выпрямителя может привести к необратимому тепловому пробою его диодов. Перегрев однофазной обмотки возбуждения или многофазной обмотки якоря может привести к пробою их изоляции и как следствие к межвитковому короткому замыканию и замыканию на корпус. Перегрев переднего и заднего подшипниковых узлов приводит к повышенному износу их рабочих деталей и изменению свойств смазочного материала. Изменение свойств смазочного материала также приводит к повышенному износу рабочих деталей подшипниковых узлов и, соответственно, преждевременному выходу их из строя. Все вышеперечисленное приводит к снижению надежности известного многофазного генератора переменного тока.

Кроме того, недостатком известного из пат. РФ №2633374 генератора является невозможность использования его без внешнего источника механической энергии, то есть принятый за прототип генератор не может работать автономно.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и принятым авторами за прототип является автономный вентильный ветрогенератор переменного тока (заявка на выдачу патента РФ на изобретение №2023131410, 28.11.2023 г., авторы Кашин Я.М., Князев А.С., Либерман А.В.), содержащий корпус, в котором установлены подвозбудитель, возбудитель и основной генератор, при этом корпус разделен на переднюю, заднюю и среднюю секции, передняя и средняя секции выполнены в форме усеченных конусов с различными углами раствора α и β, а задняя секция выполнена цилиндрической, при этом внешнее основание задней секции образовано крышкой корпуса, основание средней секции совпадает с внутренним основанием задней секции, а усеченная часть средней секции совпадает с основанием передней секции, подвозбудитель состоит из аксиальных постоянных магнитов индуктора подвозбудителя и аксиального магнитопровода, выполненного с одной активной торцовой поверхностью с пазами, расположенными со стороны аксиальных постоянных магнитов индуктора подвозбудителя, в которые уложена многофазная обмотка якоря подвозбудителя, возбудитель состоит из радиального магнитопровода с однофазной обмоткой возбуждения возбудителя, подключенной к многофазной обмотке якоря подвозбудителя через первый многофазный двухполупериодный выпрямитель, и радиального магнитопровода с многофазной обмоткой якоря возбудителя, основной генератор состоит из выполненных в форме усеченного конуса магнитопровода индуктора с однофазной обмоткой возбуждения основного генератора, подключенной к многофазной обмотке якоря возбудителя через второй многофазный двухполупериодный выпрямитель, закрепленный на внутренней поверхности крышки, и магнитопровода с многофазной обмоткой якоря основного генератора, при этом корпус установлен с возможностью вращения посредством переднего и заднего подшипниковых узлов, внутренние кольца которых установлены с натягом на неподвижной оси, наружное кольцо переднего подшипникового узла уложено в посадочное отверстие в центре передней части корпуса, а наружное кольцо заднего подшипникового узла уложено в посадочное отверстие в центральной части крышки корпуса, при этом неподвижная ось разделена на переднюю и заднюю части буртиком и запрессована в отверстие, выполненное в центре неподвижной платформы, которая жестко закреплена на штанге-держателе, на внешней стороне боковой поверхности средней секции корпуса жестко закреплены лопатки изогнутой формы, а на внешней стороне передней секции корпуса жестко закреплен обтекатель, при этом аксиальные постоянные магниты индуктора подвозбудителя жестко закреплены на внутренней стороне крышки, аксиальный магнитопровод якоря подвозбудителя с многофазной обмоткой якоря подвозбудителя и радиальный магнитопровод индуктора возбудителя с однофазной обмоткой возбуждения возбудителя жестко закреплены на неподвижной оси посредством первого диска, радиальный магнитопровод якоря возбудителя с многофазной обмоткой якоря возбудителя жестко закреплен на внутренней боковой поверхности задней секции корпуса соосно с аксиальным магнитопроводом якоря подвозбудителя и радиальным магнитопроводом индуктора возбудителя, а их общей осью симметрии является ось симметрии неподвижной оси, магнитопровод индуктора основного генератора с однофазной обмоткой возбуждения основного генератора жестко закреплен на внутренней стороне боковой поверхности средней секции корпуса, магнитопровод якоря основного генератора с многофазной обмоткой якоря основного генератора жестко закреплен на неподвижной оси посредством второго диска и конической ступицы, закрепленной от перемещения в осевом направлении стопорным кольцом, при этом на передней части неподвижной оси установлен гидронасос системы жидкостного охлаждения, закрепленный от перемещения в осевом направлении буртиком и состоящий из корпуса с полостью, восьми поршней с полостями, пружинами, камерами всасывания и камерами нагнетания, клапанами всасывания и клапанами нагнетания, внутренняя часть передней секции корпуса выполнена в форме наклонной площадки с входными полостями, соединенными с выходными полостями, выполненными в задней части корпуса, огибающими внешнюю часть корпуса трубопроводами охлаждения, а между внутренней стороной боковой поверхности средней секции корпуса и магнитопроводом индуктора основного генератора проложены первые дренажные трубки, между внутренней стороной боковой поверхности задней секции корпуса и радиальным магнитопроводом якоря возбудителя проложены вторые дренажные трубки, передняя часть каждой камеры нагнетания соединена со своей первой форсункой, а задняя часть каждой камеры нагнетания соединена через свой аксиальный трубопровод, свой первый тройник со своей второй форсункой и одним концом своего радиального трубопровода, который другим концом соединен посредством своего второго тройника со своими третьей и четвертой форсунками.

Однако недостатком известного из заявки №2023131410 на выдачу патента РФ на изобретение генератора является недостаточный теплоотвод от нагретых элементов генератора, невозможность обогрева его лопаток, вследствие чего в условиях обледенения на них может образовываться лед, приводящий к ухудшению аэродинамических параметров лопаток, падению вращающего момента и, как следствие, ухудшению результатов преобразования кинетической энергии воздуха в электрическую энергию переменного тока.

Кроме того, недостатком известного из заявки №2023131410 на выдачу патента РФ на изобретение генератора является невозможность стабилизации выходного напряжения из-за отсутствия в его составе регуляторов напряжения.

Задачей изобретения является усовершенствование генератора с целью улучшения его технико-эксплуатационных характеристик.

Технический результат заявленного изобретения - облегчение теплового режима работы генераторной установки, повышение ее надежности в условиях низких температур, а также обеспечение стабилизации выходного напряжения и минимизация вероятности обледенения лопаток.

Технический результат достигается тем, что в автономной ветросолнечной генераторной установке, содержащей корпус, в котором установлены подвозбудитель, возбудитель и основной генератор, при этом корпус разделен на переднюю, заднюю и среднюю секции, передняя и средняя секции выполнены в форме усеченных конусов с различными углами раствора α и β, а задняя секция выполнена цилиндрической, при этом внешнее основание задней секции образовано крышкой корпуса, основание средней секции совпадает с внутренним основанием задней секции, а усеченная часть средней секции совпадает с основанием передней секции, подвозбудитель состоит из аксиальных постоянных магнитов индуктора подвозбудителя и аксиального магнитопровода, выполненного с одной активной торцовой поверхностью с пазами, расположенными со стороны аксиальных постоянных магнитов индуктора подвозбудителя, в которые уложена многофазная обмотка якоря подвозбудителя, возбудитель состоит из радиального магнитопровода с основной однофазной обмоткой возбуждения возбудителя, подключенной к многофазной обмотке якоря подвозбудителя через первый многофазный двухполупериодный выпрямитель, и радиального магнитопровода с многофазной обмоткой якоря возбудителя, основной генератор состоит из выполненных в форме усеченного конуса магнитопровода индуктора с однофазной обмоткой возбуждения основного генератора, подключенной к многофазной обмотке якоря возбудителя через второй многофазный двухполупериодный выпрямитель, закрепленный на внутренней поверхности крышки, и магнитопровода с многофазной обмоткой якоря основного генератора, при этом корпус установлен с возможностью вращения посредством переднего и заднего подшипниковых узлов, внутренние кольца которых установлены с натягом на неподвижной оси, наружное кольцо переднего подшипникового узла уложено в посадочное отверстие в центре передней части корпуса, а наружное кольцо заднего подшипникового узла уложено в посадочное отверстие в центральной части крышки корпуса, при этом неподвижная ось разделена на переднюю и заднюю части буртиком и запрессована в отверстие, выполненное в центре неподвижной платформы, которая жестко закреплена на штанге-держателе, на внешней стороне боковой поверхности средней секции корпуса жестко закреплены лопатки изогнутой формы, а на внешней стороне передней секции корпуса жестко закреплен обтекатель, при этом аксиальные постоянные магниты индуктора подвозбудителя жестко закреплены на внутренней стороне крышки, аксиальный магнитопровод якоря подвозбудителя с многофазной обмоткой якоря подвозбудителя и радиальный магнитопровод индуктора возбудителя с основной однофазной обмоткой возбуждения возбудителя жестко закреплены на неподвижной оси посредством первого диска, радиальный магнитопровод якоря возбудителя с многофазной обмоткой якоря возбудителя жестко закреплен на внутренней боковой поверхности задней секции корпуса соосно с аксиальным магнитопроводом якоря подвозбудителя и радиальным магнитопроводом индуктора возбудителя, а их общей осью симметрии является ось симметрии неподвижной оси, магнитопровод индуктора основного генератора с однофазной обмоткой возбуждения основного генератора жестко закреплен на внутренней стороне боковой поверхности средней секции корпуса, магнитопровод якоря основного генератора с многофазной обмоткой якоря основного генератора жестко закреплен на неподвижной оси посредством второго диска и конической ступицы, закрепленной от перемещения в осевом направлении стопорным кольцом, при этом на передней части неподвижной оси установлен гидронасос системы жидкостного охлаждения, закрепленный от перемещения в осевом направлении буртиком и состоящий из корпуса с полостью, восьми поршней с полостями, пружинами, камерами всасывания и камерами нагнетания, клапанами всасывания и клапанами нагнетания, внутренняя часть передней секции корпуса выполнена в форме наклонной площадки с входными полостями, соединенными трубопроводами охлаждения с выходными полостями, выполненными в задней части корпуса, а между внутренней стороной боковой поверхности средней секции корпуса и магнитопроводом индуктора основного генератора проложены первые дренажные трубки, между внутренней стороной боковой поверхности задней секции корпуса и радиальным магнитопроводом якоря возбудителя проложены вторые дренажные трубки, передняя часть каждой камеры нагнетания соединена со своей первой форсункой, а задняя часть каждой камеры нагнетания соединена через свой аксиальный трубопровод, свой первый тройник со своей второй форсункой и одним концом своего радиального трубопровода, который другим концом соединен посредством своего второго тройника со своими третьей и четвертой форсунками, при этом трубопроводы охлаждения прокладывают вдоль наружной поверхности лопаток изогнутой формы, а генераторную установку дополнительно оборудуют фотоэлектрическим преобразователем, выполненным с возможностью установки в наиболее освещенном месте электроснабжаемого объекта, при этом в корпусе между конической ступицей и вторым диском устанавливают блок регулирования напряжения, первый вход которого подключают к выходу первого многофазного двухполупериодного выпрямителя, второй вход - к многофазной обмотке якоря основного генератора, а выход - к основной обмотке возбуждения возбудителя, при этом в пазы радиального магнитопровода индуктора возбудителя укладывают дополнительную однофазную обмотку возбуждения возбудителя, которую подключают к выходу фотоэлектрического преобразователя.

Предлагаемое изобретение, выполняя, как и прототип, функцию преобразования механической энергии вращения в электрическую энергию, позволяет облегчить тепловой режим работы его элементов, повысить надежность генератора, а также обеспечить стабилизацию выходного напряжения и предотвратить обледенение лопаток изогнутой формы.

Облегчение теплового режима работы элементов генератора и повышение надежности работы генератора достигается путем прокладки трубопроводов охлаждения вдоль наружной поверхности лопаток изогнутой формы, благодаря чему обеспечивается теплоотвод от охлаждающей жидкости в окружающую атмосферу. За счет этого повышается эффективность охлаждения протекающей в них охлаждающей жидкости и обеспечивается обогрев лопаток изогнутой формы для минимизация вероятности их обледенения.

Обеспечение стабилизации выходного напряжения достигается путем установки между конической ступицей и вторым диском блока регулирования напряжения и подключением его первого входа к выходу первого многофазного двухполупериодного выпрямителя, а второго входа - к многофазной обмотке якоря основного генератора, а выхода - к основной однофазной обмотке возбуждения возбудителя

На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемой автономной ветросолнечной генераторной установки в разрезе, на фиг. 2 - ее электрическая схема.

Автономная ветросолнечная генераторная установка содержит корпус 2, в котором установлены подвозбудитель, возбудитель и основной генератор, при этом корпус 2 разделен на переднюю, заднюю и среднюю секции. Передняя и средняя секции выполнены в форме усеченных конусов с различными углами раствора α и β, а задняя секция выполнена цилиндрической. Внешнее основание задней секции образовано крышкой 49 корпуса 2. Основание средней секции совпадает с внутренним основанием задней секции, а усеченная часть средней секции совпадает с основанием передней секции.

Подвозбудитель состоит из аксиальных постоянных магнитов 38 индуктора подвозбудителя и аксиального магнитопровода 37, выполненного с одной активной торцовой поверхностью с пазами, расположенными со стороны аксиальных постоянных магнитов 38 индуктора подвозбудителя, в которые уложена многофазная обмотка 36 якоря подвозбудителя.

Возбудитель состоит из радиального магнитопровода 32 с основной однофазной обмоткой 30 возбуждения возбудителя, подключенной к многофазной обмотке 36 якоря подвозбудителя через первый многофазный двухполупериодный выпрямитель 34, и радиального магнитопровода 28 с многофазной обмоткой 29 якоря возбудителя.

Основной генератор состоит из выполненных в форме усеченного конуса магнитопровода 22 индуктора с однофазной обмоткой 24 возбуждения основного генератора, подключенной к многофазной обмотке 29 якоря возбудителя через второй многофазный двухполупериодный выпрямитель 35, закрепленный на внутренней поверхности крышки 49, и магнитопровода 23 с многофазной обмоткой 25 якоря основного генератора.

Корпус 2 установлен с возможностью вращения посредством переднего 9 и заднего 39 подшипниковых узлов, внутренние кольца которых установлены с натягом на неподвижной оси 10. Наружное кольцо переднего подшипникового узла 9 уложено в посадочное отверстие в центре передней части корпуса 2. Наружное кольцо заднего подшипникового узла 39 уложено в посадочное отверстие в центральной части крышки 49 корпуса 2.

Неподвижная ось 10 разделена на переднюю и заднюю части буртиком и запрессована в отверстие, выполненное в центре неподвижной платформы 41, которая жестко закреплена на штанге-держателе 40.

На внешней стороне боковой поверхности средней секции корпуса 2 жестко закреплены лопатки 1 изогнутой формы. На внешней стороне передней секции корпуса 2 жестко закреплен обтекатель 8.

Аксиальные постоянные магниты 38 индуктора подвозбудителя жестко закреплены на внутренней стороне крышки 49.

Аксиальный магнитопровод 37 якоря подвозбудителя с многофазной обмоткой 36 якоря подвозбудителя и радиальный магнитопровод 32 индуктора возбудителя с основной однофазной обмоткой возбуждения возбудителя 30 жестко закреплены на неподвижной оси 10 посредством первого диска 33.

Радиальный магнитопровод 28 якоря возбудителя с многофазной обмоткой 29 якоря возбудителя жестко закреплен на внутренней боковой поверхности задней секции корпуса 2 соосно с аксиальным магнитопроводом 37 якоря подвозбудителя и радиальным магнитопроводом 32 индуктора возбудителя, а их общей осью симметрии является ось симметрии неподвижной оси 10.

Магнитопровод 22 индуктора основного генератора с однофазной обмоткой 24 возбуждения основного генератора жестко закреплен на внутренней стороне боковой поверхности средней секции корпуса 2.

Магнитопровод 23 якоря основного генератора с многофазной обмоткой 25 якоря основного генератора жестко закреплен на неподвижной оси 10 посредством второго диска 20 и конической ступицы 3, закрепленной от перемещения в осевом направлении стопорным кольцом 50.

На передней части неподвижной оси 10 установлен гидронасос системы жидкостного охлаждения, закрепленный от перемещения в осевом направлении буртиком и состоящий из корпуса 4 с полостью 5, восьми поршней 6 с полостями 7, пружинами 15, камерами всасывания 14 и камерами нагнетания 18, клапанами всасывания 12 и клапанами нагнетания 17.

Внутренняя часть передней секции корпуса 2 выполнена в форме наклонной площадки с входными полостями 11, соединенными с выходными полостями 27, выполненными в задней части корпуса 2, трубопроводами охлаждения 13. Трубопроводы охлаждения 13 проложены вдоль наружной поверхности лопаток 1 изогнутой формы.

Между внутренней стороной боковой поверхности средней секции корпуса 2 и магнитопроводом 22 индуктора основного генератора проложены первые дренажные трубки 21, между внутренней стороной боковой поверхности задней секции корпуса 2 и радиальным магнитопроводом 28 якоря возбудителя проложены вторые дренажные трубки 26.

Передняя часть каждой камеры нагнетания 18 соединена со своей первой форсункой 16, а задняя часть каждой камеры нагнетания 18 соединена через свой аксиальный трубопровод 19, свой первый тройник 42 со своей второй форсункой 43 и одним концом своего радиального трубопровода 44, который другим концом соединен посредством своего второго тройника 47 со своими третьей 46 и четвертой 48 форсунками.

Генераторная установка дополнительно оборудована фотоэлектрическим преобразователем 51 (фиг. 2), выполненным с возможностью установки в наиболее освещенном месте электроснабжаемого объекта. В корпусе 2 между конической ступицей 3 и вторым диском 20 установлен блок регулирования напряжения БРН 45 (фиг. 1), первый вход которого подключен к выходу первого многофазного двухполупериодного выпрямителя 34, а второй вход - к многофазной обмотке 25 якоря основного генератора. В пазы радиального магнитопровода 32 индуктора возбудителя уложена дополнительная однофазная обмотка 31 возбуждения возбудителя, подключенная к выходу фотоэлектрического преобразователя 51.

Автономная ветросолнечная генераторная установка (АВСГУ) работает следующим образом. При движении АВСГУ в набегающем воздушном потоке обтекатель 8 направляет воздушный поток на внешнюю поверхность корпуса 2 ветрогенератора, установленного на неподвижной оси 10 с возможностью вращения посредством переднего 9 и заднего 39 подшипниковых узлов, который воздействует на лопатки 1 изогнутой формы, жестко закрепленные на внешней стороне боковой поверхности средней секции корпуса 2 ветрогенератора, и приводит этот корпус во вращение.

При вращении корпуса 2 с жестко закрепленными на внутренней стороне крышки 49 аксиальными постоянными магнитами 38 индуктора подвозбудителя (фиг. 1, 2), жестко закрепленным на внутренней боковой поверхности задней секции корпуса 2 радиальным магнитопроводом 28 якоря возбудителя с многофазной обмоткой 29 якоря возбудителя, жестко закрепленным на внутренней стороне боковой поверхности средней секции корпуса 2 магнитопроводом 22 индуктора основного генератора с однофазной обмоткой 24 возбуждения основного генератора, магнитный поток аксиальных постоянных магнитов 38 индуктора подвозбудителя взаимодействует с многофазной обмоткой 36 якоря подвозбудителя, уложенной в пазы выполненного с одной активной торцовой поверхностью аксиального магнитопровода 37. В результате этого взаимодействия в многофазной обмотке 36 якоря подвозбудителя наводится многофазная ЭДС, которая выпрямляется первым многофазным двухполупериодным выпрямителем 34 и подается на первый вход блока регулирования напряжения БРН 45, с выхода которого напряжение поступает на основную однофазную обмотку 30 возбуждения возбудителя, уложенную в пазы радиального магнитопровода 32 индуктора возбудителя, жестко закрепленного посредством первого диска 33 на неподвижной оси 10, запрессованной в отверстие, выполненное в центре неподвижной платформы 41, жестко закрепленной на штанге-держателе 40.

Под действием этой ЭДС в однофазной обмотке 30 возбуждения возбудителя протекает электрический ток, который создает вокруг однофазной обмотки 30 возбуждения возбудителя магнитный поток.

Одновременно в фотоэлектрическом преобразователе 51 происходит преобразование световой энергии в электрическую энергию постоянного тока. Протекающий по дополнительной однофазной обмотке 31 возбуждения возбудителя, подключенной к выходу фотоэлектрического преобразователя 51 (фиг. 2), постоянный ток создает магнитный поток, сонаправленный с магнитным потоком, создаваемым основной однофазной обмоткой 30 возбуждения возбудителя.

Созданный основной 30 и дополнительной 31 однофазными обмотками возбуждения возбудителя суммарный магнитный поток взаимодействует с многофазной обмоткой 29 якоря возбудителя, уложенной в пазы радиального магнитопровода 28 якоря возбудителя, и наводит в ней многофазную систему ЭДС, которая выпрямляется закрепленным на внутренней поверхности крышки 49 вторым многофазным двухполупериодным выпрямителем 35 и подается в однофазную обмотку 24 возбуждения основного генератора (фиг. 1, 2), уложенную в пазы выполненного в форме усеченного конуса магнитопровода 22 индуктора основного генератора. Под действием этой ЭДС в однофазной обмотке 24 возбуждения основного генератора протекает электрический ток, который создает вокруг однофазной обмотки 24 возбуждения основного генератора магнитный поток возбуждения основного генератора. Этот магнитный поток при вращении корпуса 2 взаимодействует с многофазной обмоткой 25 якоря основного генератора, уложенной в пазы выполненного в форме усеченного конуса магнитопровода 23 якоря основного генератора, жестко закрепленного на неподвижной оси 10 посредством второго диска 20 и конической ступицы 3, закрепленной от перемещения в осевом направлении стопорным кольцом 50. В результате этого взаимодействия в многофазной обмотке 25 якоря основного генератора наводится многофазная система ЭДС, которая подается в сеть (фиг. 2).

Охлаждение внутренних элементов автономного вентильного ветрогенератора переменного тока осуществляется следующим образом. Охлаждающая жидкость, находящаяся в полости 5 корпуса 4 гидронасоса попадает на передний подшипниковый узел 9 и охлаждает его (фиг. 1).

Восемь поршней 6 гидронасоса, расположенные вокруг неподвижной оси 10, своей передней частью упираются во внутреннюю часть передней секции корпуса 2, выполненную в форме наклонной площадки, а своей задней частью поджаты пружинами 15 (фиг. 1).

В связи с тем что площадка передней секции корпуса 2 имеет наклон, поршни 6 выдвинуты на разную длину. При вращении корпуса 2 наклонная площадка поворачивается. В результате этого каждый из поршней 6 совершает возвратно-поступательное движение. За один оборот корпуса 2 вокруг своей оси каждый поршень совершает одно возвратно-поступательное колебание. Фаза колебаний каждого поршня 6 сдвинута относительно соседних поршней на 1/8.

Фаза колебания 0° каждого поршня 6 соответствует максимальному выходу поршня 6 (его пружина 15 максимально растянута), фаза 180° соответствует минимальному выходу поршня 6 (его пружина 15 максимально сжата).

В фазе 0° полость 7 поршня 6 соединена с полостью 5 гидронасоса, клапан 12 всасывания открыт (фиг. 1). При этом охлаждающая жидкость поступает из полости 5 корпуса 4 гидронасоса в камеру всасывания 14 и заполняет ее. После изменения фазы колебания поршня 6 подача охлаждающей жидкости прекращается, наклонная площадка внутренней части передней секции корпуса 2 давит на поршень 6, пружина 15 сжимается, поршень 6 перемещается к задней части корпуса 4 гидронасоса. При этом в камере всасывания 14 повышается давление, под действием которого открывается клапан нагнетания 17, и охлаждающая жидкость выдавливается поршнем 6 в камеру нагнетания 18. Этот процесс продолжается до достижения поршнем 6 крайнего заднего положения при фазе колебания 180°, в которой в камере нагнетания 18 создается максимальное давление. Из камеры нагнетания 18 при таком движении поршня охлаждающая жидкость перетекает к своей первой форсунке 16, а также через свой аксиальный трубопровод 19, первый тройник 42 к своей второй форсунке 43 и далее через свой радиальный трубопровод 44, свой второй тройник 47 к своим третьей 46 и четвертой 48 форсункам.

Через первые форсунки 16 охлаждающая жидкость распыляется на лобовые части однофазной обмотки 24 возбуждения основного генератора и многофазной обмотки 25 якоря основного генератора и охлаждает их. Через вторые форсунки 43 охлаждающая жидкость распыляется на лобовые части многофазной обмотки 36 якоря подвозбудителя, аксиальные постоянные магниты 38 индуктора подвозбудителя и задний подшипниковый узел 39 и охлаждает их. Через третьи форсунки 46 охлаждающая жидкость распыляется на лобовые части многофазной обмотки 36 якоря подвозбудителя, диоды первого 34 и второго 35 многофазных двухполупериодных выпрямителей и охлаждает их. Через четвертые форсунки 48 охлаждающая жидкость распыляется на лобовые части однофазной обмотки возбуждения 24 основного генератора и многофазной обмотки 25 якоря основного генератора, многофазной обмотки 29 якоря возбудителя, основной 30 и дополнительной 31 однофазных обмоток 30 возбуждения возбудителя и охлаждает их.

Охлаждающая жидкость, попадая на горячие части перечисленных выше элементов АВСГУ, отбирает у них тепло, облегчая тепловой режим их работы, и при этом нагревается. Под действием центробежной силы распыленная охлаждающая жидкость перетекает по внутренней поверхности корпуса 2 от передней к средней секции через первые дренажные трубки 21, а далее от средней секции к задней секции через вторые дренажные трубки 26, попадая через выходные полости 27 в трубопроводы 13 охлаждения. Через трубопроводы 13 охлаждения охлаждающая жидкость поступает во входные полости 11 наклонной площадки передней секции корпуса 2 и из них - в полости 5 корпуса 4 гидронасоса. Перетеканию охлаждающей жидкости по трубопроводам 13 охлаждения способствует понижение давления в полости 5 корпуса 4 гидронасоса при колебательном движении каждого из восьми поршней 6. Во время протекания нагретой охлаждающей жидкости через проложенные вдоль наружной поверхности лопаток 1 изогнутой формы трубопроводы 13 охлаждения, тепло охлаждающей жидкости передается лопаткам 1, и с поверхности этих лопаток отбирается атмосферным воздухом, обеспечивая понижение температуры охлаждающей жидкости для более эффективного охлаждения нагретых элементов АВСГУ, одновременно нагревая лопатки 1 изогнутой формы, минимизируя вероятность их обледенения.

Стабилизация выходного напряжения U_вых осуществляется следующим образом (фиг. 2).

При отклонении выходного напряжения U_вых АВСГУ от заданного значения (например, при изменении скорости набегающего воздушного потока, вызывающего изменение частоты вращения корпуса 2 с установленными в нем элементами электромагнитной системы АВСГУ: аксиальными постоянными магнитами 38 индуктора подвозбудителя, радиальным магнитопроводом 28 якоря возбудителя с многофазной обмоткой 29 якоря возбудителя, магнитопроводом 22 индуктора основного генератора с однофазной обмоткой 24 возбуждения основного генератора или изменении нагрузки) блок регулирования напряжения БРН 45, второй вход которого подключен к многофазной обмотке 25 якоря основного генератора, то есть на выходное напряжение U_выx АВСГУ, обеспечивает корректировку электрического тока в основной однофазной обмотке 30 возбуждения возбудителя, соответствующую по величине и направлению отклонению выходного напряжения U_вых АВСГУ от заданного значения. При этом основной магнитный поток, создаваемый электрическим током, протекающим по основной обмотке 30 возбуждения возбудителя корректируется по величине и направлению.

По принципу суперпозиции магнитных полей скорректированный магнитный поток, создаваемый основной однофазной обмоткой 30 возбуждения возбудителя, суммируется с магнитным потоком, создаваемым дополнительной однофазной обмоткой 31 возбуждения возбудителя. Следовательно, наводимая этим суммарным магнитным потоком в многофазной обмотке 29 якоря возбудителя ЭДС корректируется, то есть увеличивается или уменьшается (в зависимости от отклонения выходного напряжения от заданного), а, соответственно, увеличивается (или уменьшается) напряжение, прикладываемое к однофазной обмотке возбуждения 24 основного генератора, и, соответственно, напряжение U_вых, наводимое в многофазной обмотке якоря основного генератора, то есть выходное напряжение АВСГУ изменяется, стремясь к заданному значению.

Таким образом, совокупность представленных признаков позволяет улучшить технико-эксплуатационные характеристики автономной ветросолнечной генераторной установки, а именно облегчить тепловой режим работы генераторной установки, повысить ее надежность в условиях низких температур, а также обеспечить стабилизацию выходного напряжения и минимизировать вероятность обледенения лопаток путем их обогрева.

Изобретение относится к автономной ветросолнечной генераторной установке. Технический результат заключается в облегчении теплового режима работы генераторной установки, повышении ее надежности в условиях низких температур, а также обеспечении стабилизации выходного напряжения и минимизации вероятности обледенения лопаток. Для этого в предложенной установке трубопроводы охлаждения проложены вдоль наружной поверхности лопаток изогнутой формы, а генераторная установка дополнительно оборудована фотоэлектрическим преобразователем, выполненным с возможностью установки в наиболее освещенном месте электроснабжаемого объекта, при этом в корпусе между конической ступицей и вторым диском установлен блок регулирования напряжения, первый вход которого подключен к выходу первого многофазного двухполупериодного выпрямителя, второй вход - к многофазной обмотке якоря основного генератора, а выход - к основной обмотке возбуждения возбудителя, при этом в пазы радиального магнитопровода индуктора возбудителя уложена дополнительная однофазная обмотка возбуждения возбудителя, подключенная к выходу фотоэлектрического преобразователя. 2 ил.

Автономная ветросолнечная генераторная установка, содержащая корпус, в котором установлены подвозбудитель, возбудитель и основной генератор, при этом корпус разделен на переднюю, заднюю и среднюю секции, передняя и средняя секции выполнены в форме усеченных конусов с различными углами раствора α и β, а задняя секция выполнена цилиндрической, при этом внешнее основание задней секции образовано крышкой корпуса, основание средней секции совпадает с внутренним основанием задней секции, а усеченная часть средней секции совпадает с основанием передней секции, подвозбудитель состоит из аксиальных постоянных магнитов индуктора подвозбудителя и аксиального магнитопровода, выполненного с одной активной торцовой поверхностью с пазами, расположенными со стороны аксиальных постоянных магнитов индуктора подвозбудителя, в которые уложена многофазная обмотка якоря подвозбудителя, возбудитель состоит из радиального магнитопровода с основной однофазной обмоткой возбуждения возбудителя, подключенной к многофазной обмотке якоря подвозбудителя через первый многофазный двухполупериодный выпрямитель, и радиального магнитопровода с многофазной обмоткой якоря возбудителя, основной генератор состоит из выполненных в форме усеченного конуса магнитопровода индуктора с однофазной обмоткой возбуждения основного генератора, подключенной к многофазной обмотке якоря возбудителя через второй многофазный двухполупериодный выпрямитель, закрепленный на внутренней поверхности крышки, и магнитопровода с многофазной обмоткой якоря основного генератора, при этом корпус установлен с возможностью вращения посредством переднего и заднего подшипниковых узлов, внутренние кольца которых установлены с натягом на неподвижной оси, наружное кольцо переднего подшипникового узла уложено в посадочное отверстие в центре передней части корпуса, а наружное кольцо заднего подшипникового узла уложено в посадочное отверстие в центральной части крышки корпуса, при этом неподвижная ось разделена на переднюю и заднюю части буртиком и запрессована в отверстие, выполненное в центре неподвижной платформы, которая жестко закреплена на штанге-держателе, на внешней стороне боковой поверхности средней секции корпуса жестко закреплены лопатки изогнутой формы, а на внешней стороне передней секции корпуса жестко закреплен обтекатель, при этом аксиальные постоянные магниты индуктора подвозбудителя жестко закреплены на внутренней стороне крышки, аксиальный магнитопровод якоря подвозбудителя с многофазной обмоткой якоря подвозбудителя и радиальный магнитопровод индуктора возбудителя с основной однофазной обмоткой возбуждения возбудителя жестко закреплены на неподвижной оси посредством первого диска, радиальный магнитопровод якоря возбудителя с многофазной обмоткой якоря возбудителя жестко закреплен на внутренней боковой поверхности задней секции корпуса соосно с аксиальным магнитопроводом якоря подвозбудителя и радиальным магнитопроводом индуктора возбудителя, а их общей осью симметрии является ось симметрии неподвижной оси, магнитопровод индуктора основного генератора с однофазной обмоткой возбуждения основного генератора жестко закреплен на внутренней стороне боковой поверхности средней секции корпуса, магнитопровод якоря основного генератора с многофазной обмоткой якоря основного генератора жестко закреплен на неподвижной оси посредством второго диска и конической ступицы, закрепленной от перемещения в осевом направлении стопорным кольцом, при этом на передней части неподвижной оси установлен гидронасос системы жидкостного охлаждения, закрепленный от перемещения в осевом направлении буртиком и состоящий из корпуса с полостью, восьми поршней с полостями, пружинами, камерами всасывания и камерами нагнетания, клапанами всасывания и клапанами нагнетания, внутренняя часть передней секции корпуса выполнена в форме наклонной площадки с входными полостями, соединенными трубопроводами охлаждения с выходными полостями, выполненными в задней части корпуса, а между внутренней стороной боковой поверхности средней секции корпуса и магнитопроводом индуктора основного генератора проложены первые дренажные трубки, между внутренней стороной боковой поверхности задней секции корпуса и радиальным магнитопроводом якоря возбудителя проложены вторые дренажные трубки, передняя часть каждой камеры нагнетания соединена со своей первой форсункой, а задняя часть каждой камеры нагнетания соединена через свой аксиальный трубопровод, свой первый тройник со своей второй форсункой и одним концом своего радиального трубопровода, который другим концом соединен посредством своего второго тройника со своими третьей и четвертой форсунками, отличающаяся тем, что трубопроводы охлаждения проложены вдоль наружной поверхности лопаток изогнутой формы, а генераторная установка дополнительно оборудована фотоэлектрическим преобразователем, выполненным с возможностью установки в наиболее освещенном месте электроснабжаемого объекта, при этом в корпусе между конической ступицей и вторым диском установлен блок регулирования напряжения, первый вход которого подключен к выходу первого многофазного двухполупериодного выпрямителя, второй вход - к многофазной обмотке якоря основного генератора, а выход - к основной обмотке возбуждения возбудителя, при этом в пазы радиального магнитопровода индуктора возбудителя уложена дополнительная однофазная обмотка возбуждения возбудителя, подключенная к выходу фотоэлектрического преобразователя.