Розробка системи енергозабезпечення домогосподарств на основі малопотужного вітроелектрогенератора

Abstract

UA: В статті розроблена функціональна схема системи енергозабезпечення домогосподарств на основі вітроелектричної установки малої потужності з електричним генератором зі збудженням від постійних неодимових магнітів та здвоєним ротором спрощеної конструкції, що забезпечує заданий рівень напруги у споживача при нестаціонарних стохастичних динамічних режимах, які характеризуються випадковою швидкістю вітру і величиною навантаження. Наведено принцип дії вітроелектрогенератора зі здвоєним ротором спрощеної конструкції та запропоновано методику визначення його розрахункової потужність при будь якій швидкості вітру і струмі навантаження. Виконане математичне моделювання режимів роботи і отримана адекватна математична модель, що описує стаціонарні та перехідні процеси у запропонованій системі. EN: The article develops a functional scheme of the household energy supply system based on a low-power wind turbine with an electric generator with excitation from permanent neodymium magnets and a dual rotor of a simplified design that provides a given voltage level for the consumer under non-stationary stochastic dynamic modes, which are characterized by random wind speed and load. The principle of operation of a wind turbine with a dual rotor of a simplified design is given and a method for determining its calculated power at any wind speed and load current is proposed. A mathematical description of the operating modes of a generator with permanent magnets under the condition of a sinusoidal curve of the output voltage and an unsaturated magnetic circuit is made in orthogonal d, q - coordinates with a leading rotation of the longitudinal axis. Mathematical modeling of operating modes is performed and an adequate mathematical model describing stationary and transient processes in the proposed system is obtained. Graphical dependencies of the stationary wind turbine mode at a time interval from 0 to 70 s at a random wind speed, the value of which varied from 8.4 to 13.5 m/s (by 62%) and the random nature of the change in variable load resistance from 1.0 to 2.2 ohms (2.2 times), which corresponds to a fluctuation in load power from 1.8 to 3.0 kW, were obtained. The power of the wind wheel has sharp fluctuations in accordance with changes in wind speed. Generator power consists of load power, ballast resistance power, battery power and heating power of the generator windings. Due to the inertia of the system, the generator power changes smoothly and ranges from 2.5 kW to 3.7 kW. The obtained mathematical models adequately describe the stationary and transient modes of the wind power plant. The use of gearless wind turbines significantly improves the weight and size indicators of the system and leads to its cheapening. The use of a buffer battery of sufficient capacity, permanently connected to the load, provides a more stable voltage of the wind power plant in conditions of random fluctuations in wind speed and load power.