5. Регулировка стабильности частоты вращения ветроколеса и мощности вэу.

Для выработки электроэнергии постоянной частоты и мощности необходимо, чтобы ротор генератора вращался с постоянной частотой порядка 1,5 тыс. об/сек, а это значит, что исходное ведущее звено - ветроколесо должно вращаться с постоянной частотой. В силу различных причин скорость ветра изменяется, причем она бывает неодинаковой даже по высоте ветрового потока.

Существует несколько способов обеспечения постоянной частоты вращения ветроколеса при переменных скоростях ветра - это сложная техническая задача в разные исторические времена использования ветродвигателей решалась по-разному и постоянно совершенствовалась. Особо высокие требования к постоянству частоты вращения ветродвигателя предъявляются для выработки переменного тока соответствующим генератором.

5.1. Регулировка частоты вращения ветроколеса с помощью центробежного регулятора.

Это осуществляется путем изменения положения лопастей или закрылков с помощью воздействия на них регулятора, соединенного с лопастями тягами.

Один из способов такого регулирования - с помощью грузиков, расположенных на лопастях.

Грузик располагается на лопасти в направляющих к подгруженным с двух сторон - находится в равновесии. При увеличении скорости ветра ветроколесо начинает вращаться с большей частотой, и центробежная сила отодвигает грузик в сторону от оси вращения, а грузик при этом поворачивает закрылки лопасти или даже саму лопасть, ухудшая её аэродинамику. И даже при большей скорости ветра лопасть начинает вращаться медленнее по необходимой программе.

В ряде случаев используется регулятор Уотса ,тоже состоящий из подгружаемых грузиков, но этот регулятор располагается вне ветроколеса и расходящиеся при небольшой скорости грузики воздействуют на лопасти через рычажную систему.

Недостаток способа - некоторая сложность механической системы, кроме того, при таком регулировании наблюдается пульсация (непостоянство) частоты вращения, особенно при частых или резких изменениях ветра.

5.2. Регулирование скорости вращения выводом ветроколеса из-под ветра с помощью боковой лопаты.

Рис.10. Поворот ветроколеса с помощью лопаты.

При воздействии ветра на колесо 1 с нужной скоростью, модуль 2 с флюгером удерживается в постоянном нужном направлении, при увеличении скорости ветра сила его воздействия на лопату 3 увеличивается и ветроколесо 1 с валом поворачивается относительно оси вращения модуля, при этом растягивает пружину и создается равновесие усилий пружины и ветра.

При уменьшении скорости ветра его давление на лопату 3 уменьшается и пружина 4 поворачивает ветроколесо, располагая его под нужным углом к направлению ветра или перпендикулярно к нему.

Такие устройства характерны для использования их для ветродвигателей малой мощности, так как с увеличением размеров ветроколеса и всего модуля создаются большие нагрузки вследствие гироскопического эффекта, что может привести к деформации или разрушению лопастей и других деталей.

5.3. Регулирование скорости вращения выводом ветроколеса из-под ветра, но при смещении оси ветроколеса относительно оси модуля.

Рис. 11. Поворот ветроколеса за счет его парусности и смещения оси вращения.

В данном случае отсутствует лопата, поворачивающая ветроколесо с валом, на котором оно удерживается, а поворот осуществляется за счет парусности ветроколеса. Операция поворота облегчается смещением оси ветроколеса относительно оси модуля. Используется на небольших ветросиловых установках, преодоление небольших усилий не сказывается разрушительным образом на деталях установки.

5.4. Регулирование частоты вращения ветроколеса поворотом лопастей относительно их продольной оси.

Поворотом лопасти достигается изменение угла атаки лопасти, т.е. изменение её аэродинамической характеристики, что приводит к изменению частоты вращения ветроколеса. Такая регулировка осуществляется с использованием отдельно расположенного датчика скорости ветра. При изменении скорости ветра датчик подает сигнал, который усиливается и поступает к электродвигателю, приводя его во вращение в нужном направлении. Вал двигателя соединен с редуктором, который приводит во вращение гайку, расположенную на резьбовом валу. Поскольку, в осевом направлении гайка закреплена, то перемещаться не может, а только вращаться - то она перемещает в осевом направлении резьбовой вал. Вал соединен с тягой и эксцентриком, который поворачивает лопасти, шарнирно закрепленные (на подшипниках) в ступице ветроколеса.

При достаточном повороте лопастей частота вращения ветроколеса снижается, и действие датчика прекращается, ветроколесо продолжает вращаться с установленной частотой до нового изменения скорости ветра.

Описанный механизм называется механизмом Питча. Это современное надежное устройство, которое используется в ВЭУ средней и большой мощности. В этом устройстве легко преодолеваются усилия гироскопического эффекта без дополнительного нагружения лопастей, а нагружаются редуктор и винтовая передача. Механизм надежен, но сложен по устройству и используется при больших размерах ветроколеса.