Способ преобразования энергии

1 Область техники Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано в ветро- и гидроэнергетических установках для дополнительного обеспечения потребителей электрической энергией переменного тока и другими видами энергии, например тепловой. Предшествующий уровень техники Известные способы преобразования энергии двигателя энергоустановки, мощность и/или частота вращения вала которого непостоянны (в частности, ветроустановки), для приведения частоты вырабатываемого генератором электрического тока к промышленной предусматривают специальные преобразователи частоты и/или инверторы [патент РФ 2132483, 1999], а также другие дополнительные устройства, например, изменяющие угол атаки ветра [патент РФ 2099590, 1997]. Однако такие дополнительные устройства усложняют конструкцию и снижают КПД энергоустановки. В качестве прототипа выбран способ преобразования энергии двигателя ветроэнергетической установки, мощность и/или частота вращения вала которого являются непостоянными,причем вал механически соединен с ротором электрического генератора, содержащего nфазную обмотку статора. Согласно способу часть электрической энергии с обмоток передается потребителю, а часть ее может преобразовываться в другой вид энергии в аккумулирующем устройстве - электролизере [патент РФ 2015412, 1994]. Установка для реализации способа также содержит преобразователь частоты, она сложна конструктивно и имеет низкий КПД. Раскрытие изобретения Решаемая техническая задача - повышение КПД энергоустановки, частота и/или мощность на валу двигателя которой непостоянна. Предлагаемый способ преобразования энергии прежде всего может быть осуществлен для неавтономной энергоустановки, вал двигателя которой механически соединен с роторами как минимум двух электрических генераторов,содержащих соответственно n- и m-фазные обмотки статоров (n может быть не равно m). Часть электрической энергии с обмоток может преобразовываться в другой вид энергии в аккумулирующем устройстве. Часть электрической энергии, вырабатываемой хотя бы одним генератором, может передаваться потребителю только при частоте вращения ротора, соответствующей частоте тока потребителя, снимаемого с обмоток. Стабилизация такой частоты вращения производится за счет отключения или подключения и изменения нагрузки на аккумулирующее устройство одновременно всех фаз хотя бы одного генератора, одновременно подключенного к потребителю, и/или отдельных фаз хотя бы одного генератора, отсоединенного от потребителя. 2 Подключение и отключение потребителя и/или нагрузки на аккумулирующее устройство может осуществляться тиристорами с помощью процессора на основе показаний, как минимум,датчика частоты тока или вращения. Часть электрической энергии может преобразовываться в аккумулирующем устройстве в тепловую энергию, например, с помощью нагревательных элементов, погруженных в жидкость-теплоноситель, а изменение нагрузки на аккумулирующее устройство в этом случае может производиться за счет изменения сопротивления нагревательных элементов. В случае когда нагревательные элементы выполнены в виде параллельных проводящих поверхностей, изменение нагрузки лучше производить за счет изменения расстояния между поверхностями (погруженными в жидкость-теплоноситель). Краткое описание чертежа Изобретение поясняется электрической схемой вспомогательной энергетической установки. Вариант осуществления изобретения Ветроэнергетическая установка (ВЭУ) содержит два трехфазных электрических генератора 1 и 2, роторы которых жестко механически связаны с валом ветродвигателя (не показаны). Генератор 1 имеет мощность равную 1/3 мощности генератора 2. (В общем случае лучше,когда мощность обмотки одного генератора равна мощности одной фазы другого генератора). Фазы 3-5 обмоток статора генератора 2 подсоединены через тиристоры 6-8 к сети, а через тиристоры 9-11 - к пластинчатому водонагревателю 12, расстояние между парами пластин 1318 которого может изменяться. Фазы 19-21 генератора 1 через тиристоры 22-24 подключены к пластинам 13-15. Установка также снабжена датчиком частоты вращения вала (не показан),связанным с процессором 25, который управляет тиристорами 6-8, 9-11 и 22-24, и механизмом регулировки зазора межу пластинами 13-18 (не показан), соединенными с отдельными фазами 3-5, 19-21, и пластинами, соединенными с общей шиной 26. ВЭУ работает следующим образом. При безветренной погоде вал ветродвигателя не вращается и все тиристоры 6-8, 9-11 и 22-24 выключены. При появлении ветра вал ветродвигателя начинает вращаться в режиме холостого хода. После достижения валом частоты вращения, соответствующей частоте электрического тока 50 Гц, по сигналу датчика частоты вращения процессор 25 включает тиристор 22, подключая фазу 19 к пластинам 13 водонагревателя 12, причем зазор между пластинами максимален. При дальнейшем увеличении частоты вращения ее стабилизация торможением производится по сигналу процессора 25 за счет уменьшения зазора между пластинами 13 механизмом регулировки. После того, когда достигнуто минимальное значение зазора между пластинами 3 13, а частота вращения вала начинает превышать требуемую, процессор 25 подключает фазу 20 с помощью тиристора 23 к пластинам 14 водонагревателя 12, причем стабилизация частоты вращения производится также как и для фазы 20. Далее с увеличением мощности (и частоты вращения) на валу ветродвигателя к водонагревателю 12 подключается третья фаза 21 генератора 1. После того, когда мощность, вырабатываемая всеми фазами 19-21 генератора 1, достигает номинальной, процессор 25 с помощью тиристоров 22-24 отключает фазы 19-21 от водонагревателя 12 и с помощью тиристоров 9-11 с увеличением ветровой нагрузки последовательно подключает фазы 3-5 к пластинам 16-18 водонагревателя 12. После того, когда мощность, вырабатываемая всеми фазами 3-5 генератора 2, достигает номинальной он с помощью тиристоров 9-11 и 6-8 переключается на подачу электроэнергии в сеть (потребителю), а при увеличении ветровой нагрузки стабилизация частоты вращения осуществляется последовательным подключением фаз 19-21 генератора 1 к водонагревателю 12. Если электрическая энергия в сети является невостребованной, то оба генератора переключаются на водоподогреватель 12. При снижении ветровой нагрузки процессор 25 управляет фазами 3-5 и 19-21 в обратном порядке. ВЭУ может иметь и более двух генераторов,тогда диапазон ветровой нагрузки расширяется,время подачи и количество электроэнергии потребителю также увеличивается. Промышленная применимость ВЭУ может успешно применяться в ветрои гидроэнергетике как дополнительная энергетическая установка. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Энергоустановка, содержащая двигатель с валом, мощность на котором и/или частота вращения которого непостоянны, аккумулирующее устройство, основной электрический генератор с n-фазной обмоткой статора, ротор которого механически соединен с валом двигателя, а n-фазная обмотка статора выполнена с возможностью подключения к потребителю и к аккумулирующему устройству, а также средство стабилизации частоты вращения ротора, отличающаяся тем, что она содержит по меньшей мере один дополнительный генератор с mфазной обмоткой статора, ротор которого механически соединен с валом двигателя, а m-фазная обмотка статора выполнена с возможностью подключения к аккумулирующему устройству,при этом средство стабилизации частоты вращения ротора выполнено с возможностью отключения или подключения к аккумулирующему устройству фаз по меньшей мере одного из генераторов. 4 2. Энергоустановка по п.1, отличающаяся тем, что средство стабилизации частоты вращения ротора включает тиристоры, соединяющие фазы по меньшей мере одного из генераторов с аккумулирующим устройством, а также датчик частоты тока или вращения вала двигателя, связанный с процессором, выполненным с возможностью управления тиристорами. 3. Энергоустановка по п.1, отличающаяся тем, что аккумулирующее устройство выполнено в виде нагревательных элементов, погруженных в жидкость. 4. Энергоустановка по п.3, отличающаяся тем, что в качестве жидкости использована вода. 5. Энергоустановка по п.3, отличающаяся тем, что содержит средство изменения сопротивления нагревательных элементов. 6. Энергоустановка по п.5, отличающаяся тем, что нагревательные элементы выполнены в виде параллельных проводящих пластин, а средство изменения сопротивления выполнено в виде механизма регулировки зазора между пластинами. 7. Способ работы энергоустановки по п.1,согласно которому подачу электрической энергии потребителю осуществляют с обмоток части генераторов при частоте вращения роторов, соответствующей частоте тока потребителя, снимаемого с обмоток, а стабилизацию частоты вращения производят за счет отключения или подключения и изменения нагрузки на аккумулирующее устройство одновременно всех фаз по меньшей мере одного генератора, подключенного к потребителю, и/или отдельных фаз по меньшей мере одного генератора, отсоединенного от потребителя. 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что подключение и отключение нагрузки на аккумулирующее устройство осуществляют в зависимости от частоты тока, снимаемого с обмоток,или частоты вращения ротора. 9. Способ по п.7, отличающийся тем, что подключение и отключение потребителя осуществляют в зависимости от частоты тока, снимаемого с обмоток, или частоты вращения ротора. 10. Способ по п.7, отличающийся тем, что часть электрической энергии преобразуют в аккумулирующем устройстве в тепловую энергию. 11. Способ по п.10, отличающийся тем, что часть электрической энергии преобразуют в тепловую энергию жидкости. 12. Способ по п.10, отличающийся тем, что изменение нагрузки на аккумулирующее устройство производят за счет изменения сопротивления нагревательных элементов.