Пристрій регулювання навантаження вітродвигуна в залежності від швидкості вітру

Реферат: Пристрій регулювання навантаження вітродвигуна в залежності від швидкості вітру містить вимірювач швидкості вітру, електрогенератор та комутатор електронавантаження вітродвигуна. Вимірювач швидкості вітру містить диск радіусом R, до якого прикріплені лопаті. Диск обертається зі швидкістю, яка пропорційна швидкості вітру на вертикальній осі. Електрогенератор містить якір, який підключений до навантаження та до паралельної обмотки збудження. Електронавантаження містить демультиплексор, на сигнальний вхід якого подається постійна напруга від джерела живлення. На комутуючий вхід демультиплексора надходить сигнал пропорційний реальній швидкості вітру у двійковому коді від мікроконтролера. Кожний з n виходів демультиплексора з'єднаний з відповідним управляючим входом одного із транзисторних ключів. UA 84825 U (12) UA 84825 U UA 84825 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до вітроенергетики і дозволяє поліпшити можливість використання енергії малопотужних вітрів та підвищити технічну надійність роботи вітродвигуна шляхом регулювання його електроенергетичного навантаження в залежності від швидкості вітру. Відомий пристрій [1], який призначений для вимірювання швидкості та визначення напрямку вітру на відстані. Недоліком цього пристрою є відсутність контролю технічної зміни електроенергетичного навантаження в залежності від зміни швидкості вітру. Відомий пристрій [2] технічної діагностики на відстані для комплексів малопотужних вітроенергетичних установок. Недоліком цього пристрою є технічна складність діагностики та відсутність регулювання навантаження вітроенергетичної установки в залежності від зміни швидкості вітру. В основу корисної моделі поставлена задача реалізації автоматичного регулювання електроенергетичного навантаження вітроенергетичної установки (ВЕУ) в залежності від поточної зміни швидкості вітру для поліпшення можливостей використання енергії малопотужних вітрів та підвищення технічної надійності ВЕУ. Поставлена задача регулювання навантаження вітродвигуна в залежності від швидкості вітру за допомогою вимірювача швидкості вітру, електрогенератора та комутатора електронавантаження вітродвигуна вирішується тим, що вимірювач швидкості вітру містить диск радіусом R, до якого прикріплені лопаті, при цьому диск обертається зі швидкістю, яка пропорційна швидкості вітру на вертикальній осі, яка закріплена в підшипниках, навпроти лопатей по вертикалі розташовані світлодіод та фотодіод, на які подається електроживлення від джерела Е1, вихід фотодіода через інвертор з'єднаний з першим входом схеми співпадіння І, на другий вхід якої подається сигнал з лічильного тригера, на вхід якого надходять імпульси з темпом 1 сек. із таймера, з виходу схеми співпадіння І імпульсні сигнали надходять на двійковий лічильник СТ2, який визначає число вхідних імпульсів та в двійковому коді подає це число на один із портів мікроконтролера МК, який визначає швидкість вітру відповідно до вхідної інформації. Згідно з корисною моделлю, електрогенератор Г містить якір, який підключений до навантаження Rн та до паралельної обмотки L збудження, послідовно з обмоткою L збудження підключені n резисторів, на кожний із вибраних резисторів подається сигнал відключення через транзисторний ключ Kі. Згідно з корисною моделлю, електронавантаження містить демультиплексор ДМ, на сигнальний вхід якого подається постійна напруга від джерела Е 2 живлення, на комутуючий вхід демультиплексора ДМ надходить сигнал пропорційний реальній швидкості вітру у двійковому коді від мікроконтролера, а кожний із n виходів демультиплексора ДМ з'єднаний з відповідним управляючим входом одного із транзисторних ключів Kі, усі транзисторні ключі Kі в початковому стані закриті за винятком ключа Кі, на управляючий вхід якого подається позитивна напруга із одного із виходів демультиплексора ДМ. На кресленні показана загальна структурна схема запропонованого пристрою, який складається із трьох частин: вимірювача швидкості вітру, електрогенератора та комутатора навантаження вітродвигуна. Як показано на кресленні, вимірювач швидкості вітру містить диск 1 радіуса R, до якого прикріплені лопаті 2. Диск 1 обертається зі швидкістю, пропорційною швидкості вітру, яка закріплена на вертикальній осі в підшипниках 3. Навпроти лопатей по вертикалі розташовані світлодіод 4 та фотодіод 5, на які подається електроживлення від джерела Е 1 (6). При обертанні диска 1 світлодіод СД 4 випромінює світлові промені через лопаті 2, які надходять на фотодіод ФД 5. Ці промені на світлодіод надходять постійно за виключенням тих моментів, коли між світлодіодом та фотодіодом проходить лопать 2, тому електросигнали із фотодіода ФД 5 надходять на схему співпадання І (10) через інвертор 7, на виході якого сигнали з'являються тільки тоді, коли між світлодіодом СД 4 і фотодіодом ФД 5 не проходить лопать 2. На другий вхід схеми співпадіння І (10) надходять імпульсні сигнали від таймера 8 з періодом 1 сек. через лічильний вхід тригера 9. Вихід схеми співпадіння І (10) з'єднаний з лічильним входом двійкового лічильника СТ 2 (11), двійковий код на вході якого буде пропорційний числу імпульсів за 1 сек. і надходить через восьмирядний порт P1 в мікроконтролер МК (12), який визначає швидкість вітру відповідно до формули [1]: 2  R  n V m  t   , (1) 1 UA 84825 U 5 10 15 20 25 30 де n - число імпульсів за 1 сек; R - радіус диска; m - число лопатей Л диска; t - поточний час, який вимірюється в 1 сек.;  - коефіцієнт втрат швидкості V вітру за рахунок тертя вертикальної осі обертання диска (1) . З виходу мікроконтролера МК(12) через порт P1 надходить на управляючий вхід Ук демультиплексора ДМ (14) цифрове значення швидкості V вітру, яка визначається відповідно до формули (1). На сигнальний вхід демультиплексора ДМ (14) надходить постійна напруга із джерела Е2 (13), ця напруга з'являється на одному з виходів демультиплексора ДМ (14), який визначається цифровим управляючим кодом Ук із мікроконтролера МК. Електронавантаженням вітродвигуна є електрогенератор Г (16), який створює постійну напругу U на навантаження RH. До якоря генератора Г (16) паралельно підключена обмотка збудження L (17). Послідовно з обмоткою L (17) підключені резистори R (18). Вхід кожного резистора R через транзисторний ключ Кі (15) з’єднаний з відповідним входом демультипексора ДМ (14). Усі транзисторні ключі Кі будуть закриті за винятком одного, на який подається позитивна напруга із джерела Е2 (13) через один із виходів демультиплексора ДМ (14). Якщо швидкість вітру V буде максимальна, то обмотка збудження L (17) включається через ключ Кі безпосередньо на вихід генератора Г (16) і на його навантаженні RH буде максимальна напруга U, яка забезпечує максимальне навантаження на вітродвигун. Якщо швидкість вітру V мінімальна, то включається ключ Кn і обмотка збудження L (17) підключається на вихід генератора Г (16) через весь ряд послідовно з’єднаних опорів R (18), при цьому струм Ізб збудження буде мінімальним і на виході генератора Г (16) буде мінімальна напруга U, тобто навантаження на вітродвигун буде мінімальним та адекватним швидкості Vmin вітру. Виходячи з указаних умов, електронавантаження вітродвигуна буде пропорційно швидкості вітру. Такий результат корисний тим, що по-перше дозволяє ефективно використовувати потужність слабких вітрів, а по-друге захищає вітродвигун від поломок зносу, які з’являються тоді, коли вітер сильний, а електронавантаження мале. Запропонована корисна модель може знайти широке застосування в системах використання енергії вітрів в широкому діапазоні їх швидкостей. Джерела інформації: 1. Пристрій вимірювання швидкості та визначення напрямку вітру на відстані. Патент України № 44823 від 12.10.2009 p.; МПК G01W 1/00, G01P 5/00. 2. Пристрій технічної діагностики на відстані для комплексів малопотужних вітроенергетичних установок. Патент України № 52030 від 10.08.2010 р.; МПК G01R 27/02. 3. Сидоренко К.М., Соченко П.С. Відновлювальні джерела енергії. Розробки молоді - у життя. - К.: НАУ, 2011. - 230 с. 35 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 50 55 1. Пристрій регулювання навантаження вітродвигуна в залежності від швидкості вітру, який містить вимірювач швидкості вітру, електрогенератор та комутатор електронавантаження вітродвигуна, який відрізняється тим, що вимірювач швидкості вітру містить диск радіусом R, до якого прикріплені лопаті, при цьому диск обертається зі швидкістю, яка пропорційна швидкості вітру на вертикальній осі, яка закріплена в підшипниках, навпроти лопатей по вертикалі розташовані світлодіод та фотодіод, на які подається електроживлення від джерела Е1, вихід фотодіода через інвертор з'єднаний з першим входом схеми співпадіння І, на другий вхід якої подається сигнал з лічильного тригера, на вхід якого надходять імпульси з темпом 1 сек. із таймера, з виходу схеми співпадіння І імпульсні сигнали надходять на двійковий лічильник СТ2, який визначає число вхідних імпульсів та в двійковому коді подає це число на один із портів мікроконтролера МК, який визначає швидкість вітру відповідно до вхідної інформації. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що електрогенератор Г містить якір, який підключений до навантаження Rн та до паралельної обмотки L збудження, послідовно з обмоткою L збудження підключені n резисторів, на кожний із вибраних резисторів подається сигнал відключення через транзисторний ключ Kі. 3. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що електронавантаження містить демультиплексор ДМ, на сигнальний вхід якого подається постійна напруга від джерела Е2 живлення, на комутуючий вхід демультиплексора ДМ надходить сигнал пропорційний реальній швидкості вітру у двійковому коді від мікроконтролера, а кожний із n виходів демультиплексора ДМ з'єднаний з відповідним управляючим входом одного із транзисторних ключів Kі, усі 2 UA 84825 U транзисторні ключі Kі в початковому стані закриті за винятком ключа Кі, на управляючий вхід якого подається позитивна напруга із одного із виходів демультиплексора ДМ. Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3