CS276478B6 - Apparatus for electrical speed control of hydraulic turbine in a small hydro-electric power plant - Google Patents

Description

Vynález se týká zařízeni pro elektrickou regulaci otáček vodní turbíny v malé vodni elektrárně, kde 35 pro jednoduchost a nízkou cenu používá jednoduchá vodni turbíny bez natáčivých lopatek rozváděcího kola, které by umožňovaly regulaci otáček otvíráním a přivíráním vstupu vody do oběžného kola vodni turbiny a kde vodni turbina pohání generátor buň synchronní, nebo samostatný asynchronní vybuzený kondenzátorem a opatřený dvěma přesycenými tlumivkami.

V těchto případech vznikají obtíže v tom, že při změně zatížení těchto generátorů, čili při zračně zatíženi vodní turbiny dochází k velkým změnám otáček soustrojí vodni turbina-genarátor, a tím ke značným změnám kmitočtu, popřípadě napětí.

Nejnepřiznivějšim případem je odepnuti plného výkonu od generátoru, kdy vodou plně protékaná turbina začne probíhat do průběžných otáček, které mohou dosáhnout hodnoty 2 až 2,5-násobku jmenovitých otáček. Dosud se tyto obtíže řeěily neúspěšně samočinným připínáním a odpínáním činného odporu ke generátoru složitou kontaktní automatikou, ovládanou elektronikou, takže taková regulace byla velmi nespolehlivá a poruchová.

Tyto obtíže odstraňuje zařízeni pro elektrickou regulaci otáček vodní turbíny podle vynálezu, jehož podstatou je, že na hřídeli generátoru je umístěn asynchronní stroj s klečovou kotvou s dvojitou kleci soustavy Boucherotovy, upravený pro stejné jmenovité synchronní otáčky, jako má generátor, přičemž statorové vinuti asynchronního stroje je připojeno k synchronnímu stroji, upravenému pro stejný Jmenovitý kmitočet a stejné jmenovité napětí jako má asynchronní stroj a kde stejnosměrný stroj je připojen k akumulátorové baterii.

Zařízení podlé vynálezu pracuje zcela plynule a bezkontaktním způsobem, takže je bezporuchové.

Synchronní stroj a stejnosměrný stroj mohou být provedeny pro podstatně vyšší jmenovité otáčky, než má při stejném kmitočtu generátor a asynchronní stroj, takže soustrojí synchronní stroj-stejnosměrný stroj vyjde typově malé.

V případě, že se použije převodu mezi hřídelem generátoru a hřídelem asynchronního stroje tak, aby jmenovité otáčky asynchronního 3troje byly vyšši než j3cu jmenovité otáčky generátoru, může mít asynchronní 3troj menši typovou velikost, než by měl při přímém spojeni s hřídelem generátoru. Na připojeném výkresu je na obr. 1 naznačena dispozice jednotlivých strojů a akumulátorové baterie a jejich vzájemné elektrické spojení.

Budicí soustava generátoru a synchronního stroje není pro přehlednost naznačena. Trojfázové spojovací vedeni a trojfázová vinuti jsou pro přehlednost nakresleny jednofázově.

Na obr. 1 je příkladně naznačen případ, že turbina i a generátor 2 mají společný hřídel i když je možné mezi turbínu a generátor vložit převod. Na obr. 2 je naznačena charakteristika 10 vodní turbíny a charakteristika 20 asynchronního stroje .3, tj. průběh jejich momentu na otáčkách a výsledná charakteristika 30 soustrojí vodní turbina-asynchronni stroj, tj. závislost otáček vodni turbíny na jejím momentu při funkci zařízeni pro elektrickou regulaci otáček vodní turbiny, podle vynálezu. Z charakteristiky 30 je patrno, že otáčky soustrojí vodni turbina-generátor jsou samočinně a plynule vyregulovány tak, že mezi plným zatížením vodni turbíny daném jejím jmenovitým momentem M_n a jejím plným odlehčením, dochází jen k malé změně otáček e tim kmitočtu. Na obr. 1 značí 1 jednoduchou vodní turbinu, tj. bez vlastni regulace otáček, 2 značí generátor buň synchronní, nebo samostatný asynchronní, 3 je asynchronní stroj na hřídeli generátoru, například motor s klečovou kotvou e dvojitou kleci soustavy Boucherotovy, upravený pro stejné jmenovité synchronní otáčky jako má generátor 2, 4 jo synchronní stroj mechanicky spojený se stejnosměrným strojem 5 na společné základní desce 6, elektricky připojeným k akumulátorové baterii 7. Synchronní stroj 4 je upraven pro stojný jmenovitý a stojné jmenovité napětí jako má asynchronní stroj 3.

Pří plném výkonu vodni turbíny _1 s charakteristikou 10, tj. při synchronních otáčkách n a při jmenovitém mommentu M_n je asynchronní stroj 3 magnetován ze synchronního stroje 4, běžícího jako generátor, poháněný stejnosměrným strojem 5, běžícím jako motor, napájený z akumulátorové baterie 7.

CS 276 478 86 2

Při synchronních otáčkách n_g nevyvíjí asynchronní stroj 3 točivý moment. V případě odlehčeni generátoru 2, tj. i při odlehčeni vodní turbiny JL zvětší so jejich dosavadní synchronní otáčky da> nadsynchronnich. otáček stroje 2 i stroje a asynchronní stroj 3 se stane asynchronním generátorem, který začne brzdit vodní turbínu 1 svým brzdným momentem daným charakteristikou 20, přičemž dodává činný výkon do zdroje, z nějž js magnetován, tj. do synchronního stroje 4, který se stone synchronním motorem, pohánějícím stejnosměrný stroj 5, který pracuje nyni jako dynamo a nabízí akumulátorovou baterii 7.

Charakteristika 20 brzdného momentu asynchronního stroj 3 se sčítá o charakteristikou 10 vodní turbiny JL na charakteristiku 30, z níž jo patrno, že dává jen malou změnu otáček při změně momentu Vodní turbiny _1. Aby charakteristika 30 dávala jen malou změnu otáček při změně momentu vodní turbíny JL je nutné, aby charakteristika 20 asynchronního stroje 3 v jeho nadsynchronni oblasti, dávala při průběžných otáčkách n_Q vodní turbíny 1 velký brzdný moment a aby lineární část charakteristiky 20 byla co nejstrmějši. To splňuje asynchronní stroj 3 s klečovou kotvou s dvojitou klecí soustavy Boucherotovy. V připadě zvýšeného zatíženi vodní turbiny 1. momentem větším než je moment jmenovitý M_n, klesnou otáčky pod hodnotu synchronních otáček n_g. Asynchronní stroj 3 se stane motorem, napájeným ze synchronního stroje 4, který se 3tane generátorem, poháněným stejnosměrným strojem 5, který pracuje jako motor, napájoný z akumulátorové baterie 7. Otáčky soustrojí 1-2 klesnou potom méně než bez funkce zařízení pro elektrickou regulaci otáček vodní turbiny. Tato funkce zařízeni neni pro jednoduchost v obr. 2 zakreslena.

Zařízeni pro elektrickou regulaci otáček vodní turbiny v malé vodní elektrárně podle vynálezu jo jednoduché a proto spolehlivé. Brzděni vodní surbiny je elektrická asynchronním strojem. Odbrzděná energie se vrací do akumulátorové baterie, respektive se z ní odbiró, když asynchronní stroj přejde do motorové oblasti a pomáhá vodní turbině. Zařízení podle vynálezu pracuje zcela plynule,' bezkontaktním způsobem, takže je bezporuchové.

Možnosti využiti zařízeni podle vynálezu jsou zejména u tzv. drobných zdrojů s výkonem pod 1 MW a u tzv. mikrozdrojů s výkonem pod 100 klV, kde by bylo neekonomické použiti vědních turbin s natáčivými lopatkami rozváděcího kola, vyžadujících složitá a drahá elektrohydraulická regulační zařízeni.

Claims (1)

1. Zařízeni pro elektrickou regulaci otáček vodní turbiny v malé vodní elektrárně, sestávající z jednoduché vodní turbíny, generátoru a aoynchronniho 3troje na společném hřídeli, synchronního stroje, mechanicky spojeného se stejnosměrným strojem na společné základní •desce a akumulátorové baterie, vyznačující se tím, že na hřídeli generátoru (2) je umístěn asynchronní stroj (3) s klečovou kotvou a dvojitou kleci soustavy Boucherotovy, upravený pro stejné jmenovité synchronní otáčky, jako má generátor (2), přičemž statorové vinutí asynchronního stroje (3) je připojeno k synchronnímu stroji (4) upravenému pro stejný Jmenovitý kmitočet a stejné Jmenovité napětí jako má asynchronní stroj (3) a kde stejnosměrný stroj (5) Je připojen k akumulátorové baterií (7).