Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Принципы построения и элементы систем управления автономных комплексов электроснабжения на возобновляемых источниках энергии Берг Олег Игоревич

Принципы построения и элементы систем управления автономных комплексов электроснабжения на возобновляемых источниках энергии
<
Принципы построения и элементы систем управления автономных комплексов электроснабжения на возобновляемых источниках энергии Принципы построения и элементы систем управления автономных комплексов электроснабжения на возобновляемых источниках энергии Принципы построения и элементы систем управления автономных комплексов электроснабжения на возобновляемых источниках энергии Принципы построения и элементы систем управления автономных комплексов электроснабжения на возобновляемых источниках энергии Принципы построения и элементы систем управления автономных комплексов электроснабжения на возобновляемых источниках энергии Принципы построения и элементы систем управления автономных комплексов электроснабжения на возобновляемых источниках энергии Принципы построения и элементы систем управления автономных комплексов электроснабжения на возобновляемых источниках энергии Принципы построения и элементы систем управления автономных комплексов электроснабжения на возобновляемых источниках энергии Принципы построения и элементы систем управления автономных комплексов электроснабжения на возобновляемых источниках энергии Принципы построения и элементы систем управления автономных комплексов электроснабжения на возобновляемых источниках энергии Принципы построения и элементы систем управления автономных комплексов электроснабжения на возобновляемых источниках энергии Принципы построения и элементы систем управления автономных комплексов электроснабжения на возобновляемых источниках энергии Принципы построения и элементы систем управления автономных комплексов электроснабжения на возобновляемых источниках энергии Принципы построения и элементы систем управления автономных комплексов электроснабжения на возобновляемых источниках энергии Принципы построения и элементы систем управления автономных комплексов электроснабжения на возобновляемых источниках энергии
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Берг Олег Игоревич. Принципы построения и элементы систем управления автономных комплексов электроснабжения на возобновляемых источниках энергии: диссертация ... кандидата технических наук: 05.13.05 / Берг Олег Игоревич;[Место защиты: Уфимский государственный авиационный технический университет, www.ugatu.su].- Уфа, 2015.- 236 с.

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1 Построения многоканального комплекса электроснабжения 12

1.1 Сравнительный анализ возобновляемых источников энергии 12

1.2 Структурная и функциональная схемы многоканального комплекса электроснабжения на возобновляемых источниках энергии 32

1.3 Элементы систем управления многоканальных комплексов электроснабжения на возобновляемых источниках энергии 38

Выводы по главе 1 55

Глава 2 Математическая модель магнитооптического преобразователя перемещений 57

2.1 Разработка чувствительной головки магнитооптического преобразователя перемещений 57

2.2 Моделирование структуры подвижного носителя магнитных шкал и меток 62

2.3 Определение основных параметров разработанного преобразователя перемещений с магнитными шкалами и метками 65

2.4 Проверка адекватности математической модели разработанного преобразователя перемещений с магнитными шкалами и метками 75

2.5 Особенности проектирования преобразователей перемещений с магнитными метками и шкалами для информационно-измерительных систем возобновляемых источников энергии 79

Выводы по главе 2 85

Глава 3 Методика проектирования вертикально-осевого ветродвигателя 88

3.1 Методы оптимизации ротора вертикально-осевого ветродвигателя 88

3.2 Способы повышения момента вращения и снижения момента торможения вертикально-осевого ветродвигателя

3.3 Разработка и исследование каркасной структуры вертикально-осевого ветродвигателя 113

3.4 Практическое применение методики проектирования вертикально-осевого ветродвигателя 117

Выводы по главе 3 120

Глава 4 Моделирование варианта автономного комплекса электроснабжения на возобновляемых источниках энергии для электропитания аппаратуры удаленных объектов 123

4.1 Расчет технических характеристик автономного комплекса электроснабжения на возобновляемых источниках энергии 123

4.2 Расчет функции преобразования ветроэлектрического модуля ветроэлектрической установки 156

4.3 Сопоставительный анализ разработанной ветроэлектрической установки и существующих аналогов 160

4.4 Принципы построения и основные аспекты проектирования автономных комплексов возобновляемых источников энергии материковых зон 163

Выводы по главе 4 169

Заключение 171

Список сокращений и условных обозначений 174

Список литературы

Структурная и функциональная схемы многоканального комплекса электроснабжения на возобновляемых источниках энергии

В большинстве случаев система, на которой укреплено ветроколесо, выполняется поворотной, ориентирующейся по направлению ветра. Для ограничения частоты вращения ВД при высоких скоростях ветра используются методы, включающие флюгерную установку ОВ по ветру и применение защитных устройств для вывода ВД из-под ветра экранированием боковым планом, расположенным параллельно плоскости вращения лопастей. Ось вращения ВД с закрепленными на ней лопастями может быть непосредственно связана с валом электрогенератора, или же вращающий момент может передаваться через вторичный вал редуктора к электрогенератору, или другой рабочей машине.

ГО ВД (рисунок 1.4) преобразуют энергию ветра в подъемную силу или силу сопротивления. Различают двухлопастные, многолопастные и барабанные виды ГО ВД.

ГО ВД с 2 лопастным пропеллером (рисунок 1.4, а) обладают большим пусковым моментом, что является существенным недостатком для районов, где большее количество дней скорость ветра не превышает V (3- 5) м/с. Скорость вращения существенно зависит от скорости ветрового потока: они более эффективны при сильном ветре V 5 м/с.

ГО ВД с много лопастным пропеллером [91] (рисунок 1.4, б) имеют следующие особенности: обладают большим пусковым моментом; при резких колебаниях ветра они значительно более стабильны, чем двухлопастные (рисунок 1.4, а), вращаются с постоянной скоростью. Обладают высоким КПД 18

до ЗО %. Всегда применяются с редуктором (усложнение конструкции). Преимущество: при очень простой геометрии рабочих профилей винта можно получить хорошие характеристики ВД. ГО ВД пропеллерного типа также обладают большей быстроходностью (отношением окружной скорости элемента поверхности к скорости ветра) и имеют лучшее соотношение мощность/масса при меньшей стоимости единицы установленной мощности по сравнению с ВД барабанного типа.

ГО ВД барабанного типа [92] (см. рисунок 1.4, г) используют подъемную силу для осуществления вращения и развивают в несколько раз больший момент вращения, чем ВЭУ с преобразованием силы сопротивления. При этом ВД барабанного типа не могут перемещаться со скоростью, превышающей скорость ветра: если все остальные ВД способны развивать в крайних точках лопастей скорость выше скорости ветра, то максимальная скорость барабанных - это скорость набегающего ветрового потока. Под действием энергии ветра образуется подъемная сила, которая разгружает опоры ВД, приводит к снижению трения в подшипниках, появляется возможность увеличения массы и поверхности лопастей, которые в свою очередь приводят к увеличению КПД ВД в целом. Однако, длина лопастей ограничена размерами рамки их подвеса. Перпендикулярное направление действия ветра на установки с ГО ВД барабанного типа является низкоэффективным (КПД 10 %): необходимо применение систем ориентации и сложных методов отбора мощности. Таким образом, барабанный тип ВД не имеет преимуществ по сравнению с другими типами ветродвигателей с ГО и ВО осями вращения лопастей и не нашли технического и промышленного применения.

К настоящему моменту ГО ВД пропеллерного типа с 2 -4 лопастями являются наиболее распространенными конструкциями ВЭУ и декларируются фирмами-производителями как безальтернативные. В результате все современные ветровые электростанции с гигантскими пропеллерами (ГП) выглядят однотипно, что определяется специалистами в области экологических систем как «энергетика пустынных пространств» [20] (рисунок 1.5), так как некоторые технические характеристики ВЭУ с ГП нельзя считать оптимальными.

Для начала вращательного движения ВЭУ (рисунок 1.5), даже при оптимальном направлении ветра, скорость воздушного потока должна быть не менее 4 -5 м/с [19]. Это объясняется наличием момента трогания МТр. (сопротивления моменту вращения МВр), который существует из-за эксцентриситета масс пропеллера и трения оси вращения ВД в опорах [20] (рисунок 1.6). Сложная форма лопастей ГО ВД пропеллеров является неизбежной причиной небаланса их роторов: любой ГП представляет собой маятниковую систему с устойчивым состоянием покоя MTP=const. Значение Mjp повышается с увеличением габаритов и массы ВД. Производители ВЭУ для снижения МТР применяют электродвигатели, раскручивающие лопасти. Подобные решения ведут к потерям энергии и снижению суммарной эффективности ВЭУ.

ВО ВД (рисунок 1.7) имеют важные преимущества перед ГО ветродвигателями. Для них отсутствует необходимость во флюгерах или устройствах ориентации ВД по ветру, чем достигается упрощение конструкции; обеспечивается снижение гироскопических нагрузок, вызывающих дополнительные напряжения в лопастях, редукторах и прочих конструкционных элементах.

ВО ВД системы Савониуса [48, 89, 96, 109] (рисунок 1.7, а) - это тихоходные агрегаты с КПД до 18%.

ВО ВД карусельного типа [88] (рисунок 1.7, б) - самый простой по изготовлению и форме лопастей тип конструкции. Недостатки: малая скорость вращения, низкая удельная мощность. Достоинства: простота конструкции, вертикальная ось вращения, КПД - до 10 %. Ветер а - системы Савониуса; б - карусельного типа; в - системы Дарье; г - ротоанемометр

ВО ВД системы Дарье [94] (рисунок 1.7, в) используют подъемную силу, которая появляется на выгнутых лопастях. Лопасти таких ВД имеют в поперечном сечении профиль крыла. Формы роторов (Ф-, А-, Y-и ромбообразные) выполняются с одной, двумя или большим числом лопастей. В сравнении с системой Савониуса [48, 109] имеют гораздо лучшее соотношение между площадью ометаемой поверхности и материалоемкостью лопастей, однако имеют худшие динамические показатели и значение КПД.

В ВО ВД системы ротоанемометр (рисунок 1.7, г) скорость вращения ротора существенно зависит от скорости ветрового потока. Для такой конструкции характерным является неравномерность стартового момента вращения от направления ветра: существуют такие положения ротора, при которых ламинарный ветровой поток, воздействующий ортогонально на поверхность лопастей, не вызовет никакого влияния на момент вращения.

Определение основных параметров разработанного преобразователя перемещений с магнитными шкалами и метками

Для определения расстояний от 20 до 400 мм используют лазерный дальномер в режиме триангуляции (рисунок 1.24, б). В таком режиме прямой луч лазера отражается от поверхности исследуемого объекта и поступает в объектив приемника оптического излучения, откуда попадает на фотоприемную матрицу. Сигнал соответствующего элемента матрицы позволяет определить угол отражения а, что дает возможность определить длину d — расстояние до объекта.

Недостатки ОЭПП: высокая стоимость и громоздкость [63], чувствительность к загрязнению чувствительных элементов источника и приемника оптического излучения, повышенная точность установки и настройки [63], чувствительность к посторонним источникам света.

Ультразвуковые преобразователи перемещений

В ультразвуковых преобразователях перемещений (УПП) используется принцип радара: способность волн ультразвукового диапазона, частотой более 20 кГц, распространяться в твердых, жидких и газообразных средах с отражением от неоднородностей сред [63]. Принцип работы УПП (рисунок 1.25) состоит в следующем. Генератор вырабатывает импульсы ультразвуковой частоты (обычно 40 кГц), которые через коммутатор поступают в источник ультразвуковых волн (излучатель) и передаются на объект. Отраженные от объекта импульсы воспринимаются приемником ультразвуковых волн (микрофоном), которые через коммутатор передаются в усилитель формирователь. Коммутатор переключает режимы приема и излучения ультразвуковых импульсов. В устройстве обработки информации сравнивают сигналы с усилителя-формирователя и излучаемого генератором импульсов. Разность фаз пропорциональна расстоянию d до объекта. В преобразователях определяют временную задержку между моментами отправки и приема ультразвуковых импульсов [76].

Недостатки УПП: невозможно измерять расстояние до звукопоглощающих объектов, выполненных из пористых материалов [63]; зона нечувствительности преобразователей более 50 мм [128]; высокая чувствительность элементов радиоэлектронной аппаратуры к ультразвуковым волнам, постоянно генерируемым УПП в процессе работы.

Магнитострикционные преобразователи перемещений Магнитострикционный преобразователь перемещений (МОП) (рисунок 1.26) представляет собой протяженный канал - волновод, вдоль которого может свободно перемещаться постоянный тороидальный магнит.

Магнитострикционный преобразователь перемещения Внутри волновода МПП содержится проводник, создающий магнитное поле вдоль всей своей длины при воздействии на него электрических импульсов.

Принцип работы МПП заключается в следующем. Электрический импульс опроса прикладывается к внутреннему проводнику волновода. Импульс распространяется со скоростью света вместе с магнитным полем, силовые линии которого представляют собой окружности с центрами на оси. Когда электромагнитная волна оказывается на уровне магнита, комбинация магнитных полей вызывает в соответствии с эффектом Видемана [10] локальное скручивание волновода, которое распространяется по нему со скоростью $ в форме упругой крутильной ответной волны. Приход ответной волны на приемник вызывает, согласно эффекту Виллари [10], изменение намагничивания, индуцирующее электрический сигнал ответа. Регистрация временной задержки tp между отправкой электрического импульса генератором и получением импульса вращения приемником позволяет определить расстояние d до постоянного магнита

Недостатки МСПП: сложность изготовления и громоздкость конструкции [76], низкая помехоустойчивость [10]. Волоконно-оптические преобразователи перемещений Волоконно-оптические преобразователи перемещений (ВОШІ) реагируют на пересечение (рисунок 1.27, а) или отражение (рисунок 1.27, б) светового потока, передаваемого через оптическое волокно. Принцип действия ВОШІ, работающего на пересечении светового потока, заключается в следующем. Поток света от ИОИ проходит по оптоволоконным световодам, имеющим в определенном месте разрыв для прохождения света через физическую среду. Объект, попадая в зону прохождения света в физической среде, изменяет мощность светового потока, попадающего на приемное оптоволокно и на ПОИ. Устройство обработки информации определяет изменение мощности в каждом световоде и отображает информацию о величине смещения объекта.

Оптоволокно источника и приемника в ВОШІ, реагирующего на отражение светового потока, является общим. В таком ВОШІ поток света от ИОИ проходит через оптоволокно и, отражаясь от исследуемого объекта, возвращается обратно, попадая в ПОИ. Расстояние до объекта определяют по времени между прямым и отраженным импульсами. Современные преобразователи имеют встроенную регулировку зоны чувствительности. Установка зоны чувствительности таких преобразователей осуществляется в режиме «обучение» срабатывания преобразователя.

Недостатки ВОШІ: высокая стоимость, чувствительность к загрязнению чувствительных элементов источника и приемника оптического излучения, чувствительность к посторонним источникам света.

Преобразователи перемещений с магнитными шкалами и метками В рамках исследований разработан преобразователь перемещений с магнитными метками, чувствительный элемент которого основан на магнитооптическом эффекте Фарадея (рисунок 1.28) [16, 87]. Преобразователь состоит из двух основных элементов: чувствительной магнитооптической головки и подвижного носителя магнитных меток в виде кодовой шкалы (1). N N

Способы повышения момента вращения и снижения момента торможения вертикально-осевого ветродвигателя

Согласно принятых допущений и ограничений, в соответствии с п. 1 (рассмотрен ламинарный безвихревой ветровой поток, с постоянными скоростью V = const и плотностью р = const) и п. 2 (идентичная конфигурация лопастей ротора) допущений и ограничений, воздейтствие ветра в вертикальной плоскости на лопасти ВД осуществляется равномерно. Таким образом, возможно рассмотрение действия потока Ф в горизонтальной плоскости (рисунок 3.2). В таком случае высота лопасти является величиной постоянной для всех лопастей ВД, и в качестве значимого коэффициента S можно принять проекцию d соответствующей лопасти на прямую, перпендикулярную Ф. Значение момента торможения при трогании ВД из статического режима предполагается постоянным (Мт = const). Таким образом, значимыми коэффициентами выражения (3.5) являются R, Сх, S или d.

Для разработки методики проектирования рассмотрено влияние формы и расположения лопастей, состоящих из прямолинейных (рисунок 3.3) и криволинейных (рисунок 3.4) поверхностей. С этой целью лопасти располагались на диске (1), ось вращения (2) проходила через его центр.

Исследование влияния расположения прямолинейных участков лопастей (рисунок 3.3) на формирование МВр. С этой целью исследована прямолинейная лопасть, расположенная под углом а = 45 (относительно плоскости, перпендикулярной Ф). Длина лопасти составляет 0,5 хорды 4-го квадранта. При воздействии Ф на лопасть, обеспечивается МВР, направленный по часовой стрелке (рисунок 3.3, а). При линейном смещении той же лопасти и ее закреплении на плоскости (1) (рисунок 3.3, б), МВР изменяет направление. Для обоих случаев миделево d сечение лопастей, плечо вектора силы давления R и коэффициент аэродинамического сопротивления Сх (таблица 3.1) [27, ПО] одинаковы. При размещении сразу двух лопастей на диске в положениях, рассмотренных выше (рисунок 3.3, в), МВР = 0. Подобное изменение модуля и направления МВР объясняется следующим образом. Ламинарный поток Ф равномерно воздействует на лопасть подобно распределенному давлению р и создает в каждой ее точке силу реакции п (рисунок 3.3, г). Проекции fRl реакций п на соответствующие им нормали плеч Rt (рисунок 3.3, в) формируют положительное МВР по часовой стрелке (для Rt, расположенных под углом 0 р 45) и отрицательное МВР против часовой стрелки (для Rt, расположенных под углом 45 Р 90).

Зависимость момента вращения ротора МВР от расположения прямолинейных участков лопастей (2) на плоскости крепления лопастей (1) относительно оси вращения (3): а, б - прямолинейные участки лопасти в 4-м квадранте; в - прямолинейный участок в 4-м квадранте; г - образование реакции лопастей п под действием Ф Таблица 3.1- Значения Сх для основных форм лопастей ротора ВО ВД № п/п Наименование тела Форма тела и направление потока Поверхность давления S (миделево сечение) Отношениесторонповерхности Сх

Исследование влияния выпукло-вогнутных участков лопастей на формирование МВР. С этой целью произведен сопоставительный анализ прямолинейной (рисунок 3.4, а) поверхности с вогнутой (рисунок 3.4, б) и выпуклой (рисунок 3.4, в) по отношению к направлению ветрового потока. Все указанные поверхности имеют одинаковую площадь d миделева сечения и плечо R. Моменты МВР прямолинейного и вогнутого участков (независимо от степени вогнутости Н) равны. Момент МВР выпуклого участка меньше прямолинейного участка (пропорционально степени вогнутости Н). Указанные зависимости сохраняются при повороте рассмотренных конструкций на угол -90 а 90. Полученные зависимости соответствуют коэффициентам Сх аэродинамического сопротивления соответствующих канонических форм (таблица 3.1).

В связи с цикличностью процесса вращения и симметричностью расположения лопастей ротора ВД (согласно принятым допущениям и ограничениям) рассмотренные в таблице 3.1 фигуры и их положения могут быть использованы в качестве базисных в методике построения роторов ВД с различной конфигурацией лопастей. Благодаря использованию свойства совмещения потока в различных частях лопасти (подобно рисунку 3.3, в), возможно получение высокопроизводительных роторов ВД с лопастями сложной формы (рисунок 3.4, г). При этом процесс оптимизации лопастей произвести математическим методом очень сложно, и выражение (3.5) является общим случаем определения момента инерции роторов. Более того, изменения конфигураций лопастей в формуле (3.5) не предусмотрено, а, следовательно, не предусмотрена и оптимизация ВД. Применение аналитических выражений, подобных (3.5) для оптимизации характеристик ротора, затруднительно.

В качестве альтернативного варианта оптимизации ВО ВД, автором предложен графоаналитический метод анализа и оптимизации ротора. Указанный метод позволяет отслеживать влияние на результирующий МВр параметров R, Сх, S; положения лопастей на плоскости их крепления; возможности создания замкнутой конструкции ротора (объединения лопастей в единую конструкцию). Метод основан на принципах итерационного анализа - сопоставления ротационных характеристик ВД после заданного изменения определенного параметра - с базовыми, полученными до изменения.

В качестве базовой конструкции ротора при оптимизации характеристик была принята конструкция ВД типа ротоанемометр [61, 115] (рисунок 3.5). Ротоанемометр предназначен для измерения скорости ветровых потоков и обладает наибольшим КИЭВ « 38 %. Он состоит из 4-х идентичных монолитных лопастей, равноудаленных от оси вращения (2) и точечно прикрепленных к ней при помощи крестовины. Внешние части лопастей при сечении горизонтальной плоскостью, расположенной между верхней и нижней (равноудаленно) крестовинами фермы для крепления подшипников (3), представляют собой полуокружности (рисунок 3.2). Такие полуокружности образуют окружность ротора в точках, отстоящих одна от других в горизонтальной плоскости на углы кратные 90.

Расчет функции преобразования ветроэлектрического модуля ветроэлектрической установки

Нагрузка трехфазной симметричной машины оказывает существенное влияние на скорость вращения синхронного электрогенератора. Она вызывает протекание по обмотке якоря системы токов и появление вращающегося магнитного поля якоря. Результирующее магнитное поле нагруженного синхронного генератора определяется совместным действием МДС обмоток возбуждения и якоря. Воздействие МДС якоря на поле возбуждения машины называется реакцией якоря.

Рассмотрим влияние нагрузки на магнитное поле якоря на примере явно полюсного синхронного генератора, для неявнополюсного полученные выводы сохраняются [28, 98]. Поле возбуждения Фв синхронного генератора, создаваемое током /в, направлено по оси полюсов (продольной оси х) и наводит в обмотке якоря ЭДС Е, направленную по поперечной оси у. Магнитное поле реакции якоря Фя совпадает с направлением тока якоря /я. Ориентация магнитного поля Фя зависит от характера сопротивления нагрузки и определяется углом сдвига ф между Е и током якоря /я. Векторные диаграммы синхронного генератора для одной фазы обмотки якоря при индуктивной, емкостной и активной типах нагрузок представлены на рисунке 4.7. При построении диаграмм учитывались следующие условия: активное сопротивление обмотки якоря пренебрежимо мало по сравнению с его индуктивным, магнитное поле возбуждения имеет синусоидальный характер [28]. индуктивной нагрузки /я отстает от Е (ф = —), а при емкостной - опережает на угол ф = -. Таким образом, при индуктивной нагрузке возникает продольная размагничивающая реакция якоря; результирующий магнитный поток и индуцированная в обмотке якоря ЭДС меньше, чем при холостом ходе. При емкостной нагрузке реакция якоря также продольная, но намагничивающая. Электромагнитный момент синхронного генератора при продольной реакции якоря стремится к нулю [28, 98].

При активной нагрузке угол ф = 0, и Фя направлено вдоль поперечной оси у. Магнитное поле токов якоря ослабляет значение магнитного потока насыщенной (нелинейной) и не изменяет значение магнитного потока для ненасыщенной (линейной) магнитных систем. На ротор синхронного генератора воздействует тормозной электромагнитный момент сил. Указанные силы являются уравновешивающими для электромагнитных сил, созданных токами якоря. Для компенсации тормозящего момента реакции якоря при активной нагрузке привод генератора должен развивать равный ему механический момент.

Согласование генератора

Особенности работы генераторов обусловливают наличие следующих согласующих элементов:

1. Устройства согласования скорости вращения ВД и генератора. В соответствии со скоростью вращения ВД (17 об/мин при скорости ветра 3,1 м/с) и скоростью вращения вала генератора (115 об/мин вырабатываемой мощности 40 Вт) необходимо осуществлять согласование указанных скоростей. Указанное обстоятельство обусловливает наличие функционального блока согласования скорости вращения ротора ВД и электрогенератора - устройства регулирования скорости вращения (УРСВ).

2. Реле заряд-разряд АБ. В соответствии со структурной схемой по рисунку 1.18, б в качестве нагрузки электрогенератора выступает АБ. Подключение АБ непосредственно к клеммам генератора приведет к высокому значению тормозящего момента генератора и, как следствие, высокому значению Мф ВД, а также к возможному превышению предельного уровня напряжения или тока АБ, что, в свою очередь, приведет к выходу ее из строя. В связи с этим необходимо применять устройство согласования АБ и генератора - реле заряд-разряд АБ.

Устройство регулирования скорости вращения генератора

В соответствии с характеристиками ротора ВД (рисунок 4.2) скорость вращения составляет 9- 14 об/мин. Указанную скорость необходимо повысить до номинальной скорости вращения генератора (200 об/мин). Таким образом, необходимо установить мультипликатор [66], повышающий обороты в 14-К22 раза. Указанную функцию обеспечивает устройство регулирования скорости вращения (УРСВ).

При разработке ВЭУ на этапе построения прототипа ВД (рисунок 3.21, а) был использован редуктор, повышающий частоту вращения ротора в 8 раз (рисунок 4.8, от). Применение редуктора отвечающего техническим требованиям УРСВ также возможно и для многоканального автономного комплекса. Однако, применение вариатора позволяет расширить диапазон соответствия скоростей вращения ВД и генератора. Зависимость коэффициента передачи вариатора Кп и скорости вращения ветродвигателя ювд представлена на рисунке 4.9.

Фирмой FallBrook Technologies (США) разработан вариатор N360 [131], обеспечивающий указанные технические требования. В вариаторе используются ведущий и ведомый диски с загнутыми кромками (рисунок 4.8, б). Края дисков упираются в систему металлических шариков, которые могут крутиться вокруг фиксированных осей вращения. Вращающий момент передается с диска на диск по поверхности металлических шариков. Конструкция вариатора позволяет осуществлять поворот оси вращения шариков направляющим шкивом. Если ось вращения шариков диска ортогональна плоскости дисков, передаточное число вариатора равно единице. Если она отклоняется в сторону того или иного диска, передаточное число плавно меняется. Тот диск, в чью сторону наклонились шарики, будет вращаться быстрее, а противоположный медленнее. Таким образом, обеспечивается плавный и непрерывный переход к любому передаточному соотношению внутри диапазона. Необходимый коэффициент трения шариков и диска обеспечивает смазочное вещество, содержащее твердые микрочастицы. Трансмиссия выполняется в герметичном исполнении. Вариатор обеспечивает следующий диапазон регулирования вращающих моментов: 0,8 -65 нм и обеспечивает максимальный коэффициент преобразования 1:3,5.

При использовании зубчатой передачи по рисунку 4.9, обеспечивающей коэффициент передачи 1:5 и соединенной своим ведомым валом с ведущим валом вариатора (рисунок 4.8, б), обеспечивается максимальный коэффициент передачи 1:17,5 и минимальный 1:5. Применение вариатора позволяет осуществлять плавное регулирование частоты вращения приводного вала генератора, что, в свою очередь, обеспечивает скорость вращения (115 об/мин) при скорости ветра менее 3,1 м/с и плавное снижение Кп до минимального в соответствии с рисунком 4.9.