Для достижения максимальной простоты, надежности и минимальных затрат на техобслуживание необходимо, чтобы вал ветродвигателя напрямую соединялся с валом ротора электрогенератора, а скорость вращения при максимальном ветре не превышала 150…200 об/мин. Обмотки генератора должны быть неподвижны, т.е. на полюсах статора, а ротор — из постоянного магнита. Никаких тормозящих, стабилизирующих скорость устройств и обмоток возбуждения не должно быть. Накопление энергии и получение одно или трехфазного напряжения должно осуществляться аккумуляторными батареями и инверторами, управляемыми следящей электронной системой. К такому варианту приходят и производители винтовых ветрогенераторов, так как ветер бывает в основном днем, а вечером и ночью, когда нужен свет, ветер стихает и бывает редко.

Примером может служить винтовой ветрогенератор производства ОАО «Мотор Сич», предназначенный для дачников, фермеров и т.п. Мощность генератора 0,8 кВт. Вместе с аккумуляторными батареями и инвертором он в течение 8 ч выдает мощность 3 кВт при напряжении 220 В/50 Гц. Стоимость такой установки 75 тыс. грн. Нетрудно представить, сколько будет стоить промышленный ветрогенератор большой мощности аналогичной конструкции.

Этих недостатков лишен ветродвигатель с вертикальным валом, имеющий простые, плоские и легкие лопасти, которые при движении против ветра автоматически, без каких-либо дополнительных устройств, становятся по ветру. Ветродвигатель можно снабдить подпружиненными упорами лопастей, которые будут срабатывать при ураганном ветре, вследствие чего лопасти станут по ветру, не создавая ему ощутимого сопротивления. После урагана вал ветродвигателя необходимо провернуть до момента, когда он начнет вращаться под воздействием ветра.

Развитие нетрадиционных методов получения энергии становится все более актуальным в связи с истощением природных ресурсов. При определенных технических решениях наиболее доступным может стать ветроэнергетика.

Основным препятствием широкому внедрению вет- рогенераторов является их высокая стоимость, связанная с тем, что взято направление на использование винтовых ветродвигателей с горизонтальной осью вращения вала.

Винтовые ветрогенераторы имеют следующие основные технико-экономические недостатки:

• сложная и дорогостоящая конструкция винта;

• горизонтальная ось вращения вала требует установки электрогенератора вверху возле винта, что существенно усложняет техобслуживание и увеличивает нагрузку на мачту;

• наличие устройства направления винта на ветер требует вращающихся токосъемных колец, дополнительной механической конструкции (хвоста) или следящей электронной системы;

• наличие гироскопического эффекта, что при резких изменениях направления ветра может привести к поломке вала винта;

• при больших оборотах винта максимально используется энергия ветра, но создается большой уровень шума, из-за чего такие установки нельзя использовать вблизи населенных пунктов, т.е. увеличивается длина ЛЭП до потребителей, а следовательно, стоимость и потери электроэнергии;

• при малых оборотах уровень шума может быть небольшим, но энергия ветра, действующего на круг, описываемый лопастями винта, используется частично, так как часть потока успевает пройти между лопастями;

• при сильном ветре и высоких оборотах винта центробежная сила может оторвать лопасти винта, поэтому нужны тормозные устройства, а это усложнение конструкции и потеря энергии ветра.

Для широкого внедрения ветрогенераторов нужны простые, надежные, недорогие конструкции, лишенные перечисленных выше недостатков.

Такой конструкцией, при соответствующем техническом решении, может быть тихоходный ветрогенератор с вертикальной осью вращения вала.

Теперь выясним, как осуществляется автоматическая регулировка выходного напряжения ветрогенератора. Чем сильнее ветер, тем больше ЭДС ветрогенератора. При этом ШИМ в каждый период сигнала управления увеличивает время открытого состояния силового ключа. Следовательно, среднее значение тока через DAMP RESISTOR R7 также увеличивается. Это приводит к уменьшению напряжения ветрогенератора. Кроме того, при больших значениях тока через R7 происходит большой отбор мощности от генератора, а значит, его притормаживание и уменьшение ЭДС на его выходе.

Практика использования описанного регулятора напряжения показала, что он включается и начинает шунтировать ветрогенератор даже при слабом ветре и небольшом напряжении (около 13 В) на его выходе. Таким образом, этот регулятор напряжения понижает эффективность работы всей схемы. Лишен этого недостатка модернизированный регулятор напряжения, схема которого показана на 8.

Этот регулятор отличается наличием порогового устройства на транзисторах Q2, Q3 и стабилитроне D2.

Потенциометром (Я 7 устанавливается значение порога срабатывания регулятора напряжения равным 14,2 В.

Пороговое устройство работает следующим образом. В цепи базы 02 установлен делитель напряжения Ш 6к 1 7Я1 8, а в цепи эмиттера — параметрический стабилизатор РЮ2. При изменении выходного напряжения, напряжение на эмиттере 02 за счет 02 меняется быстрее, чем на базе. С помощью ІЇ17 режим 02 выбран так, чтобы при выходном напряжении ветрогене-

ратора до 14,2 В транзистор 02, а значит, и 03 были открыты. 03 при этом шунтирует участок база-эмиттер 01, запирая его. Регулятор напряжения будет выключен, и не будет шунтировать выход ветрогенератора. Когда выходное напряжение ветрогенератора превысит порог (14,2 В), 02 и 03 закроются и не будут влиять на работу ключа регулятора напряжения, и он будет работать так, как описано выше.

Детали порогового устройства собраны навесным монтажом с тыльной стороны печатной платы регулятора напряжения. Чертеж этой печатной платы размерами 43×36 мм с расположением деталей регулятора напряжения показан на 9. Разделительный диод D1 и транзисторный ключ расположены на выносном радиаторе, а предохранитель, сама плата, DAMP RESISTOR R7, измерительные приборы, тумблера и этот радиатор — на силовом щите.

Ветрогенератор Aero4gen, аккумулятор 180 Ач и подвесной электромотор RHINO-44 использовались на яхте «Стихия» всю навигацию 2008 года. Яхта «Стихия» базировалась в Киевском городском крейсерском яхт-клубе в заливе Берковщина. Место стоянки защищено от ветров. Поэтому в промежутках между рейсами яхты ветрогенератор, заряжая аккумулятор, не успевал компенсировать его разряд полностью. Поэтому в течение сезона один раз пришлось заряжать аккумулятор на берегу. Поэтому в новом сезоне мы собираемся оснастить яхту кроме ветрогенератора солнечной батареей. О результатах этой работы будет рассказано после окончания навигации 2009 г.

Остановимся подробнее на микросхеме TL494 (производится фирмами TEXAS INSTRUMENT и MOTOROLA). Ее полным аналогом является микросхема КР1 1 1 4ЕУ4, производимая в СНГ. Аналоги микросхемы TL494 выпускают еще ряд зарубежных фирм. Наиболее распространенные из микросхем-аналогов следующие: КА7500 фирмы SAMSUNG, IR3M02 фирмы SHARP, А494 американской фирмы FAIRCHILD, МВ3759 фирмы FUJITSU (Япония), иРС494С фирмы NEC (Япония), DBL494, М5Т494Р и т.д.

Функциональная схема микросхемы TL494 показана на 7.

Микросхема TL494 содержит:

• источник опорного стабилизированного напряжения (Uref=+5B) с внешним выходом (вывод 1 4);

• генератор пилообразного напряжения (ГПН), частота работы которого определяется номиналами резистора и конденсатора, подключенных к выводам 5 и 6; в нашей схеме частота ГПН в схеме 6 выбрана равной 25 кГц;

• компаратор ШИМ;

• компаратор «мертвой зоны»;

• усилитель ошибки 1;

• усилитель ошибки 2;

• два выходных транзистора с открытыми коллекторами и эмиттерами;

• динамический Р-триггер, работающий в режиме счетного триггера. Он делит частоту входного сигнала на 2;

• источник постоянного тока 0,7 мА;

• вспомогательные логические элементы: один «ИЛИ», два «И» и два «ИЛИ-НЕ».

Эта микросхема выпускается в различных корпусах с 16-ю выводами: 601С, ббОР, СЭ1Р, Р01Р, 60, ТббОР и т.п. Назначение выводов микросхемы Т1494 приведено в 1.

Схема регулятора напряжения

В нашей конструкции в позиции ICI использована микросхема TL494N в стандартном пластмассовом корпусе PDIP.

Рассмотрим назначение основных деталей обвязки и особенности включения микросхемы ICI TL494N в соответствии со схемой.

С4, R15 — времязадающая цепь, задает частоту генератора (ГГ1Н) равной 25 кГц. С1 — конденсатор фильтра опорного напряжения. Делитель напряжения R3R2 задает такой режим усилителя ошибки 2, при котором он не влияет на работу схемы. R10C3R11 — фильтр нижних частот схемы ООС. Делитель R1 R6R8 и ограничивающий резистор R9 задают опорное напряжение на прямом входе усилителя ошибки 1, на инверсный вход которого, кроме сигнала ООС с вывода 3 (FB), поступает сигнал регулирующей обратной связи — часть выходного напряжения схемы с делителя RI2R14 через ограничивающий резистор R13.

Для отключения компаратора «мертвой зоны» (Dead-Time Control Comparator) вывод 4 (DTC) ICI TL494N подключен на корпус. Вывод 13 (ОС — output control) этой микросхемы также соединен с общей шиной (корпусом). Это значит, что на входы элементов «И» микросхемы ICI поступает уровень лог. «О», который создает на выходах этих элементов уровни лог. «О» независимо от логических уровней на других входах. Поэ-Ьэму логические элементы «ИЛИ-HE» будут работать как инверторы сигнала с входа триггера, синфазно управляя выходными транзисторами микросхемы. Эмиттеры этих транзисторов (выводы 9 и 10) соединены с корпусом, а коллекторы (выводы 8 и 1 1 ) нагружены на делитель напряжения R4R5 и эмиттерный переход транзистора выходного ключа Q1 КТ825Г.

Владелец данной яхты является активным сторонником использования альтернативных источников энергии. Поэтому, когда ему подарили 1 2-вольтовый ветро- генератор АегоДдеп, он решил заменить бензиновый подвесной мотор НОЫОА2, используемый для передвижения в штиль и маневрирования в Яхт-клубе, районах временной стоянки, маринах, шлюзах и узостях на подвесной электромотор 11Н1МО-44. Для этого, кроме самого подвесного электромотора, был приобретен необслуживаемый кислотный аккумулятор емкостью 180 Ач

фирмы BOSCH. Именно для подзарядки этого аккумулятора было решено использовать ветрогенератор. Следует заметить, что на «Стихии» существует штатная система электропитания навигационного и осветительного оборудования с аккумулятором меньшей емкости, изменения в которую было решено не вносить.

Ветрогенератор АегоДдеп был получен «как есть»: без мачты и реле-регулятора. Все работы по его запуску в работу были проделаны коллективом энтузиастов из четырех человек. Самодельная мачта ветрогенератора высотой около 3 м была установлена на корме яхты «Стихия» в диаметральной плоскости (ДП). ДП — это вертикальная плоскость, которая делит корпус судна вдоль на две равные симметричные части. Мачта установлена на пятке в ахтерпике и закреплена хомутом на транце. Кроме того, она поддерживается за ахтерштаг двумя металлическими упорами, а в плоскости транцевой доски двумя вантами. Основным критерием выбора высоты мачты является требование техники безопасности: стоящий на корме человек с поднятой вверх рукой не должен доставать до лопастей вращающегося ротора ветрогенератора.

Для оптимальной совместной работы ветрогенератора, аккумулятора и электромотора был изготовлен электрощит в соответствии со схемой, показанной на З.

Силовая разводка от аккумулятора до соединительной колодки произведена проводами сечением 1 6 мм^, красный «+», а черный «-». На колодке установлены клеммы (винты), к которым с помощью барашков подключается подвесной электромотор. Подключение силового щита к колодке и ветрогенерато- ру произведено двухжильным судовым кабелем КНР сечением 1 0 мм2.

Тумблер 61 обеспечивает переключение ветрогене- ратора из рабочего режима в режим торможения и наоборот. Для измерения напряжения на аккумуляторе используется трехразрядный цифровой вольтметр ВПТ- 0,56, а для измерения тока зарядки — трехразрядный цифровой амперметр АПТ-0,56.

Приборы приобретены на киевском радиорынке «Радиолюбитель», на Караваевых Дачах. К сожалению, в паспортах на приборы производитель не указан. Микросхема ІС2 типа 7808 обеспечивает получение напряжения питания +8 В для вольтметра и амперметра. Тумблер 62 служит для включения-отключения измерительных приборов. На силовом электрощите первоначально был установлен самодельный регулятор напряжения, схема которого показана на 6.

Регулятор напряжения — это регулятор шунтового типа, т.е. регулирующий элемент (транзистор) включен параллельно нагрузке, в данном случае — параллельно аккумулятору. Регулятор напряжения ветро-генератора отличается также от аналогичных автомобильных регуляторов тем, что не только ограничивает величину напряжения на аккумуляторе в процессе зарядки, но и при больших ветрах притормаживает вет- рогенератор за счет увеличения тока потребления. Основой регулятора напряжения является ШИМ (широтно-импульсный модулятор) микросхемы ICI TL494, который управляет транзисторным ключом Q1, коммутируя выход ветрогенератора на мощный проволочный резистор R7 (DAMP RESISTOR) мощностью не менее 200 Вт, который подбирают в пределах 0,7…2,0 Ом (в нашем случае 1,2 Ом) по оптимальному нагреву Q1. Мы использовали в качестве резистора R7 нагревательный элемент от промышленного печатного станка. D1 — разделительный диод.

В целях экономии строительства в ряде известных автору случаев опоры ЛЭП, пересекаемых поймы рек, вообще не имели ледозащитных устройств, что приводило к серьезным авариям. Особенно это касается сельских ЛЭП напряжением 6… 10 кВ. Так, на одной линии опоры вместе с проводами были унесены паводковыми водами и разбросаны по пойме на значительном расстоянии от места пересечения реки линией электропередачи. Пойма реки освободилась от паводковых вод только через две недели после повреждения линии. Восстановление линии в течение длительного времени нельзя было начинать из-за непроходимости трассы в следствие размыва и заиления поймы.

Надо отметить, что в паводковые периоды разрушения опор ЛЭП происходило не только на переходах через большие водные преграды, но и непосредственно на трассах линий, вследствие местного размыва оснований опор паводковыми водотоками, или на переходах просто через какие-то ручьи. Обычно такие ручьи (или очень маленькие реки) проектными организациями не учитываются, а зря, так как эти ручьи, между прочим, весной превращаются в бурные потоки и приводят к значительным повреждениям на ЛЭП.

При подготовке ледозащитных устройств к паводку и ледоходу переходы ЛЭП должны быть осмотрены работниками служб линий с целью определения объема и характера ремонта ледорезов и фундаментов переходных опор. Это позволяет своевременно установить уязвимые места ледозащитных устройств и принять наиболее эффективные меры при их ремонте.

Следует отметить, что при изысканиях и проектировании переходов не всегда удается в полной мере учесть особенности гидрологических характеристик пересекаемых рек, поэтому принятые в проектах решения по выбору ледозащитных устройств могут оказаться недостаточно эффективными. Как уже отмечалось выше, нередко допускаются ошибки в определении направлений паводковых и ледоходовых водотоков, что приводит к неправильному ориентированию ледорезов и повреждению опор ЛЭП. Так, в пойме одной реки во время ледохода была срезана опора ЛЭП 35 кВ. Ледорезная свайная защита из пропитанной древесины, предусмотренная для защиты этой опоры

от ледохода, осталась невредимой и в паводковый период никакой роли не сыграла, так как проектной организацией направление паводковых вод и преимущественное направление ледохода были выбраны неверно.

Выводы

1. Проектирование переходов ЛЭП через водные преграды является достаточно сложной инженерной задачей.
2. При проведении изысканий кроме изучения климатических особенностей местности, где проходит ЛЭП, требуется дополнительно провести комплекс исследований геолого-гидрографических характеристик водного препятствия и на основе этих исследований выбрать наиболее экономичный и надежный переход ЛЭП.