Конструкция генератора

Конструкция генератора

Проанализировав часть разнообразных конструкций генераторов, опубликованных в журналах и литературе, пришел к выводу, что изготовить их без большого объема точных токарных и слесарных работ невозможно. Учитывая это и выше приведенные соображения, автором была разработана конструкция и изготовлена действующая модель генератора, вырабатывающего однофазное синусоидальное напряжение 1 5 В при скорости вращения ротора около 100 об/мин.

При разработке преследовалась цель создать простую технологичную конструкцию, доступную для изготовления даже любителями в домашних условиях.

В результате ряда экспериментов была разработана конструкция генератора, состоящая из ротора и статора. Ротор представляет собой кольцевой постоянный магнит или систему магнитов с зубчатыми полюсными наконечниками. Статор представляет собой ряд вертикальных катушек на сердечниках из прямоугольных пластин трансформаторной стали, закрепленных на цилиндрическом основании тремя винтами, позволяющими простым путем устанавливать необходимые зазоры между полюсными наконечниками ротора и статора.

На З обозначены:

1 — полюсные наконечники ротора;

2 — кольцевые магниты;

3 — сердечник статора;

4 — катушка;

5 — хомут сердечника.

Конструкция ветроэлектростанции

Конструкция ветроэлектростанции

Одна из разработанных автором конструкций показана на 1.

Для маломощных дачных ветрогенераторов вал ветродвигателя может служить мачтой, если закрепить его растяжками через радиально-упорные шарикоподшипники, как показано на 2.

На 2 обозначены:

1 — лопасти;

2 — упоры лопастей;

3 — вал-мачта;

4 — растяжки;

5 — подшипники;

6 — генератор.

Для реализации мощности ветродвигателя нужен соответствующий тихоходный электрогенератор, отличающийся от быстроходного большим количеством полюсов. Например, генератор «Днепрогэс 1» имеет 72 полюса, и при скорости 83,3 об/мин вырабатывает переменное напряжение с частотой 50 Гц.

Естественно, тихоходный генератор имеет значительно большие габариты и массу, чем быстроходный. Но учитывая то, что при вертикальном вале он может устанавливаться на земле или под ней, его масса и габариты не играют особой роли, а нйзкие обороты существенно снижают износ вращающихся деталей, что увеличивает срок службы и снижает затраты на техобслуживание и текущие ремонты. Благодаря простоте конструкции, при увеличении мощности, стоимость такого генератора возрастет не столь существенно по отношению к быстроходному. Применение редуктора для повышения оборотов с целью применения более дешевого высокооборотного генератора возможно, но это не снизит общей стоимости конструкции, зато существенно снизит надежность и срок службы, а также увеличит затраты на техобслуживание.

тихоходный ветрогенератор с вертикальной осью вращения вала

тихоходный ветрогенератор с вертикальной осью вращения вала

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.

Генератор для ветроэлектростанции

Генератор для ветроэлектростанции

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.

как осуществляется автоматическая регулировка выходного напряжения ветрогенератора?

как осуществляется автоматическая регулировка выходного напряжения ветрогенератора?

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.

Микросхема TL494

Микросхема TL494

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.

Опрос

Какая услуга Вам необходима?

Показать результаты

Загрузка ... Загрузка ...
Июль 2018
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
« Июн    
 1
2345678
9101112131415
16171819202122
23242526272829
3031