RO106906B1 - Dispozitiv pentru reglarea adaptivă a încărcării unui generator electric, dintr-o centrală eoliană - Google Patents

Abstract

Dispoxitivul pentru reglarea adaptivă a Încărcării unui generator electric, dintr-o centrală eoliană, automată, este format dintr-un convertor frecvență-tensiune (1), un transformator funcțional (4), un element de măsurare a curentului debitat de generator (6), un comparator (5), un monostabil (8) comandat de către un astabil (9), la frecvență de tact constantă, factorul dse umplere fiind controlat de comparator (monostâbilul Împreună cu comparatorul, alcătuiesc un regulator), și un variator de tensiune continuă (14), cu trei tiristoare cu stingere prin condensator, variator comandat de două formatoare de impulsuri (10, 11) și două transformatoare de aprindere (12, 13), curentul debitat de generatorul electric (2) fiind reglat proporțional cu pătratul turației la arbore, pentru a Încărca o baterie de acumulatoare (15).

Description

Invenția se referă la un dispozitiv pentru reglarea adaptivă a încărcării unui generator sincron trifazat, excitat cu magneți permanenți, ce alimentează o baterie de acumulatoare și care realizează menținerea turbinei la turația pentru care randamentul este maxim, în condițiile variației vitezei vântului.

Pentru încărcarea bateriei de acumulatoare de la un generator electric, se cunosc regulatoare electromecanice sau electronice, care realizează cuplarea și decuplarea integrală a sarcinii (bateriei) în funcție de tensiunea la bornele respective. Aceste regulatoare prezintă dezavantajul că pot duce la supraîncărcarea turbinei, scăderea turației și o funcționare neeficientă, cu randament redus.

Se cunosc, de asemenea, dispozitive pentru reglarea adaptivă a încărcării generatoarelor electrice autoexcitate. Aceste instalații (dispozitiv + excitație generator) au dezavantajul că sunt incapabile să debiteze energie la viteze mici ale vântului, prezintă contacte mobile sau o viteză de răspuns scăzută (Brevete RO nr. 81064; 88219; Brevete SUA nr. 414264; 4095128).

Problema pe care o rezolvă invenția este realizarea unui dispozitiv de reglare adaptivă, capabil să asigure o conversie cu randament maxim, începând de la viteze mici ale vântului.

Dispozitivul conform invenției înlătură dezavantajele menționate mai sus, prin aceea că, în scopul atingerii unui randament maxim într-un domeniu extins, începând cu viteze scăzute ale vântului, realizează o reglare adaptivă a încărcării generatorului electric excitat cu magneți permanenți, ceea ce face ca punctul de funcționare a turbinei să fie stabilit, aflându-se în permanență în apropierea randamentului maxim pe ramura descendentă a caracteristicii cupluturație, asigurând un curent debitat proporțional cu pătratul turației la arborele de antrenare, prin faptul că este alcătuit dintr-un convertor frecvență-tensiune, un transformator funcțional, care aproximează o caracterisitică pătratică, un element de măsurare a curentului debitat de generator, un comparator, un monostabil, comandat de către un astabil, la frecvență de tact constantă, care realizează un factor de umplere al tensiunii variabil, în funcție de semnalul dat de comparator, două formatoare de impulsuri, două transformatoare de aprindere, un varia tor de tensiune continuă cu tiristoare, o bobină și o diodă de fugă, variator care încarcă o baterie de acumulatoare.

Invenția permite valorificarea cu randament maxim a potențialului energetic al vântului.

Se dă în continuare un exemplu de realizare a invenției, în legătură cu fig. 1 și 2, care reprezintă:

- fig. 1, schema bloc a dispozitiviului;

- fig. 2, schema electronică a dispozitivului.

Conform fig. 1, dispozitivul este alcătuit, în principal dintr-un convertor frecvență-tensiune 1, având rolul unui traductor de turație pentru generatorul sincron trifazat excitat cu magneți permanenți 2, antrenat de tuibina 3, un transformator funcțional 4, care aproximează o caracteristică pătratică, un comparator 5 care efectuează diferența dintre semnalul dat de transformatorul funcțional 4 și semnalul dat de un șunt 6, ce măsoară curentul dat de un redresor cu filtru 7, un monostabil, comandat, la frecvență de tact constantă, de către un astabil 9, două formatoare de impulsuri 10 și 11, două transformatoare de aprindere 12 și 13, un variator de tensiune continuă 14, o baterie de acumulatoare 15, care alimentează una sau mai multe rezistențe balast 16 a căror conectare este comandată de relee de supratensiune 17. Dispozitivul este alimentat fie de la bateria 15, fie de la redresorul cu filtru 7, la 15 V/25 mA.

într-o altă variantă constructivă, generatorul este format din două module montate pe un arbore comun cu inductoarele (excitația) decalate spațial cu o jumătate de pas de crestătură statorică, redresorul va fi alcătuit din două module cu ieșirile conectate în paralel, ceea ce face să scadă cuplul de pornire al generatorului, cât și factorul de ondulare al tensiunii redresate.

Pentru instalații de putere mică, când variatorul de curent continuu 14 este realizat cu tranzistoare de putere, bobină și diodă de fugă, comanda pe baza tranzistorului este dată, conform fig. 1, de ieșirea monostabilului 8.

Sesizarea turației la arborele generatorului 2 se realizează de către traductorul de turație 1, care este un convertor frecvență-tensiune, compus dintr-un transformator de separație galvanică mi (fig. 2), un integrator format dintr-o rezistență Rt, un condensator CI, un limitator de semnal, alcătuit din rezistențele R2, Ra R4, un condensator C2, un tranzistor Ti și o diodiă Di, un monostabil realizat cu un circuit integrat ICi(l/2), un condensator C3 și o rezistență Rs, un filtru realizat cu rezistența Ri și un condensator C4 și un repetor de tensiune cu un circuit integrat IC2( 1/4). Traductorul de turație dă la ieșire o tensiune liniar-variabilă cu turația generatorului 2, antrenat de turbina eoliană 3.

Această tensiune este adusă la o variație pătratică cu turația de către transformatorul funcțional 4, realizat cu o diodă D2, niște rezistențe fixe R7, Rg, R9, alte rezistențe semireglabile R10, R11, Rl2 și doi tranzistori T2, T3. Grupurile RlO, T2, respectiv Ru, T3, realizează o multiplicare de tensiune bază-emiter, iar dioda D2, ansamblul R7, Rin, T2, respectiv Rg, R11, T3 și rezistența R9, aproximează variația pătratică prin trei subtangente ce nu trec prin origine.

Tensiunea de la ieșirea transformatorului funcțional 4 se aplică comparatorului 5 printr-un potențiometru R12. Traductorul de curent 6, format dintr-o rezistență R13, un filtru R14, Cs și un amplificator inversor, realizat cu trei rezistențe Ris, R16, Rl7 și un circuit integrat 102(2/4), măsoară valoarea medie a curentului dat de redresorul trifazat cu filtru 7 alcătuit din diodele D3 — De și condensatorul C&

Comparatorul 5, realizat cu un circuit integrat IC2(3/4) și două rezistențe Ris, Rl9, dă la ieșire un semnal de eroare proporțional cu diferența dintre tensiunea dată de transformatorul funcțional 4 și tensiunea dată de traductorul de curent 6, semnal care modulează durata impulsurilor monostabilului 8, realizat cu un circuit integrat ICi(2/2), un tranzistor T4, cu rol de rezistență comandată (activă), și niște rezistențe R20 ... R25 și un condensator C7, monostabil care primește impulsuri de la astabilul (generator de tact) 9, realizat cu un circuit integrat IC2(4/4), niște rezistențe R26 ... R30, un condensator C8 și o diodă D9.

Comparatorul 5 și monostabilul 8 realizează împreună funcția de regulator proporțional. O ieșire Q a monostabilului 8 comandă formatorul de impulsuri 10, alcătuit dintr-un circuit integrat IC3(l/2), o rezistență R31 și un condensator Cj. Cealaltă ieșire Q a monostabilului 8 comandă formatorul de impulsuri 11, alcătuit dintr-un circuit integrat IC3<2/2), o rezistență R32 și un condensator Cio. Formatoarele de impulsuri 10 și 11 furnizează la ieșire un impuls de lățime constantă pentru frontuLcrescător al semnalului Q, respectiv Q, dat de monostabilul 8.

Primarele transformatoarelor de aprindere 12, respectiv 13, sunt comandate prin câte două tranzistoare Ts, T6, respectiv T7, Tg în montaj Darlington, niște rezistențe R33, R34, respectiv R35, R36 și două diode D10, Du, respectiv D12, D13. Transformatorul de aprindere

12, cu două secundare, m2 și, respectiv

13, cu un secundar m3, comandă pe grilă trei tiristoare ale variatorului de curent continuu 14, printr-o rezistență și o dioda, și anume: Ryj, Dl4, comandă tiristorul principal T9, R» și D15 comandă tiristorul auxiliar Tio, iar R», Du comandă tiristorul de stingere Tu. Vânătorul de curent continuu 14 mai are în componență o bobină Ι4, o bobină auxiliară L& un condensator de stingere Cu și o dioda de circulație liberă D17.

Pentru a elimina riscul distrugerii bateriei 15 prin supraîncărcare, s-au prevăzut unul sau mai mulți consumatori 16, fiecare format dintr-o rezistență R42, conectata de releul de supratensiune 17, alcătuit dintr-un integrat IC4, niște rezistențe R41, R42, R43, un condensator C12, o diodă Dig și un releu Ki.

în schemă circuitele integrate IC 1 și IC3 sunt de tip MMC 4098, IC2 este de tip BM 324, iar IC4 este de tip BA 723. Schema se alimentează cu tensiune stabilizata 15 V, 24 mA, fie de la bateria 15, fie de la redresorul cu filtru 7.

într-o alta variantă constructivă, variatorul de curent continuu 14 este format dintr-o bobină Li, diodă de fugă D17 și un tranzistor de putere comandat pe bază de către monostabilul 8.

Invenția prezintă următoarele avantaje:

- conversie eficientă, deoarece asigură un randament maxim al grupului turbină-generator într-un domeniu larg de variație a vitezei vântului;

- începe să debiteze energie de la viteze miri ale vântului (2,5 m/s), datorită excitației cu magneți permanenți;

- instalația poate demara cu bateria descărcată;

- bateria este protejată contra distrugerii prin supraîncărcare prin consumatori balast;

- circuitele de tip CMOS, ce comandă aprinderea vânătorului de curent continuu, sunt insensibile la perturbații, ceea ce asigură o fiabilitate bună a instalației.

Claims (3)

1. Revendicări

   1. Dispozitiv pentru reglarea adaptivă a încărcării unui generator electric, dintro centrală eoliană, alcătuită, în principal, dintr-o turbină eoiliană, care antrenează un generator sincron, conectat la un redresor trifazat, care, printr-un filtru și un variator de curent continuu, alimentează o baterie de acumulatoare, dispozitivul cuprinzând un convertor frecvență tensiune, cu rol de traductor de turație, un circuit monostabil și un circuit astabil, pentru generarea unui tren de impulsuri modulate în durată, formatoare de impulsuri, transformatoare de aprindere pentru comanda variatorului de curent continuu, caracterizat prin aceea că, în scopul obținerii unei conversii eficiente într-un domeniu extins, începând cu viteze scăzute ale vântului, realizează o reglare adaptivă a încărcării generatorului electric (2) trifazat, excitat cu magneți permanenți, ceea de face ca punctul de funcționare al turbinei (3) sa fie stabil, aflându-se în permanență în apropierea randamentului maxim pe ramura descendentă a caracteristicii cuplu-turație, fiind prevăzut cu un transformator funcțional (4) care aproximează o caracteristică pătratică, conectat la ieșirea convertorului frecvență-tensiune (1), un comparator (4), care face diferența între curentul prescris de transformatorul funcțional (4) și curentul prin redresor furnizat de un traductor de curent (6), ieșirea comparatorului (4) comandând durata impulsurilor generate de monostabilul (8), comandat la frecvența de tact constantă de astabilul (9).
2. 2. Dispozitiv, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, pentru realizarea modulației în durată a impulsurilor de comandă a variatorului de curent continuu (14), folosește un circuit astabil (9) și un circuit monostabil (8), ce generează impulsuri cu o durată comandată de către un comparator (5), prin intermediul unui tranzistor CMOS (T4) cu rol de rezistență variabilă.
3. 3. Dispozitiv, conform revendicărilor 1 și 2, caracterizat prin aceea că, pentru protejarea bateriei de acumulatoare (15) la supraîncărcare, se utilizează una sau mai multe rezistențe balast (16) a căror conectare este comandată de niște relee de supratensiune (17).