RU2231686C1 - Wind-and-hydraulic power-generating plant - Google Patents

Wind-and-hydraulic power-generating plant Download PDF

Info

Publication number
RU2231686C1
RU2231686C1 RU2002130670/06A RU2002130670A RU2231686C1 RU 2231686 C1 RU2231686 C1 RU 2231686C1 RU 2002130670/06 A RU2002130670/06 A RU 2002130670/06A RU 2002130670 A RU2002130670 A RU 2002130670A RU 2231686 C1 RU2231686 C1 RU 2231686C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
wind
frequency
input
capacitors
voltage
Prior art date
Application number
RU2002130670/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002130670A (en
Inventor
Н.И. Богатырев (RU)
Н.И. Богатырев
Е.И. Трубилин (RU)
Е.И. Трубилин
С.М. Сидоренко (RU)
С.М. Сидоренко
ева Н.В. Сил (RU)
Н.В. Силяева
А.А. Кораченцов (RU)
А.А. Кораченцов
А.М. Поддубный (RU)
А.М. Поддубный
Original Assignee
Кубанский государственный аграрный университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Кубанский государственный аграрный университет filed Critical Кубанский государственный аграрный университет
Priority to RU2002130670/06A priority Critical patent/RU2231686C1/en
Publication of RU2002130670A publication Critical patent/RU2002130670A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2231686C1 publication Critical patent/RU2231686C1/en

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

FIELD: power engineering.
SUBSTANCE: invention is designed for conversion of wind and water energy into electric energy at stable parameters of output frequency and voltage. According to invention, wind-and-hydraulic power-generating plant consisting of wind-and-hydraulic motor, transmission device, induction generator with field capacitors contains additional capacitors, voltage stabilizer, pulse shaper, frequency master oscillator, synchronizer and amplifier. Planetary mechanism with electromagnetic brake is used as transmission device, and wind-and-hydraulic motor is connected with drive shaft of planetary mechanism. Driven shaft of planetary mechanism is connected with rotor of induction generator whose winding is connected with field capacitors, additional capacitors, output terminals, voltage stabilizer and pulse shaper which is connected with first input of synchronizer whose second input being connected with frequency master oscillator. Output of synchronizer is connected with input of amplifier and the latter is connected with control winding of electromagnetic brake.
EFFECT: stabilization of frequency and voltage of generator.
2 dwg

Description

Изобретение относится к энергетике, в частности к устройствам, преобразующим энергию ветра и воды в электрическую при стабильных параметрах частоты и напряжения.The invention relates to energy, in particular to devices that convert wind and water energy into electrical energy with stable parameters of frequency and voltage.

При использовании энергии ветра и воды основной технической проблемой является стабилизация частоты и напряжения генераторов из-за непостоянства механической энергии.When using wind and water energy, the main technical problem is the stabilization of the frequency and voltage of the generators due to the inconstancy of mechanical energy.

Известна "Ветроэлектрическая установка с инерционным аккумулятором энергии" (а.с. №951626, МКИ Н 02 Р 9/42, от 15.08.82 г.), содержащая ветроколесо, выходной вал которого соединен с валом генератора переменного тока, к которому подключен блок возбуждения и регулирования, и снабженная дополнительной электрической машиной, а генератор переменного тока выполнен в виде асинхронной машины с короткозамкнутым ротором, а вал дополнительной асинхронной машины соединен с валом инерционного аккумулятора энергии.Known "Wind electric installation with an inertial energy accumulator" (AS No. 951626, MKI N 02 P 9/42, 08/15/82, containing a wind wheel, the output shaft of which is connected to the shaft of the alternator, to which the unit is connected excitation and regulation, and equipped with an additional electric machine, and the alternator is made in the form of an asynchronous machine with a squirrel-cage rotor, and the shaft of the additional asynchronous machine is connected to the shaft of the inertial energy accumulator.

Недостатком известного устройства являются низкие энергетические показатели по причине многократного преобразования электроэнергии.A disadvantage of the known device is the low energy performance due to the multiple conversion of electricity.

Наиболее близким по технической сущности является изобретение (см. патент RU №2133375, F 03 D 7/00 от 20.07.1997 г.), состоящее из ветродвигателя, передаточного устройства, датчика частоты, асинхронного генератора с конденсаторами возбуждения. При этом подключение нагрузки происходит в функции скорости ветра.The closest in technical essence is the invention (see patent RU No. 2133375, F 03 D 7/00 from 07/20/1997), consisting of a wind turbine, transmission device, frequency sensor, asynchronous generator with excitation capacitors. In this case, the load is connected as a function of wind speed.

Недостатком известного технического решения являются низкие энергетические показатели в диапазоне переключения полюсов и невысокая стабильность частоты и напряжения.A disadvantage of the known technical solution is the low energy performance in the switching range of the poles and the low stability of frequency and voltage.

Техническим решением предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, а именно стабилизация частоты и напряжения генератора в широком диапазоне изменения механической энергии.The technical solution of the invention is to eliminate these drawbacks, namely, stabilization of the frequency and voltage of the generator in a wide range of changes in mechanical energy.

Поставленная задача достигается тем, что ветрогидроэнергетическая установка, состоящая из ветрогидродвигателя, передаточного устройства, асинхронного генератора с конденсаторами возбуждения, дополнительно содержит дополнительные конденсаторы, устройство стабилизации напряжения, формирователь импульсов, задающий генератор частоты, устройство синхронизации и усилитель, причем в качестве передающего устройства использован планетарный механизм с электромагнитным тормозом, а ветрогидродвигатель соединен с ведущим валом планетарного механизма, ведомый вал последнего соединен с ротором асинхронного генератора, обмотка которого соединена с конденсаторами возбуждения, дополнительными конденсаторами, с выходными зажимами, устройством стабилизации напряжения и формирователем импульсов, который соединен с первым входом устройства синхронизации, а его второй вход соединен с задающим генератором частоты, выход устройства синхронизации соединен со входом усилителя, а последний - с обмоткой управления электромагнитного тормоза.The task is achieved in that the wind turbine installation, consisting of a wind turbine, a transmission device, an asynchronous generator with excitation capacitors, additionally contains additional capacitors, a voltage stabilization device, a pulse shaper, a frequency generator, a synchronization device and an amplifier, and a planetary one is used as the transmitting device a mechanism with an electromagnetic brake, and the wind turbine is connected to the drive shaft planetary o the mechanism, the driven shaft of the latter is connected to the rotor of the asynchronous generator, the winding of which is connected to field capacitors, additional capacitors, with output terminals, a voltage stabilization device and a pulse shaper, which is connected to the first input of the synchronization device, and its second input is connected to the master frequency generator , the output of the synchronization device is connected to the input of the amplifier, and the latter is connected to the control coil of the electromagnetic brake.

Новизна технического решения обусловлена тем, что дополнительно содержит планетарный механизм с электромагнитным тормозом, дополнительные конденсаторы, устройство стабилизации напряжения, формирователь импульсов, задающий генератор частоты, устройство синхронизации и усилитель, что позволяет стабилизировать напряжение и частоту асинхронного генератора в больших пределах изменения ветрового и водяного потока.The novelty of the technical solution is due to the fact that it additionally contains a planetary mechanism with an electromagnetic brake, additional capacitors, a voltage stabilization device, a pulse shaper, a frequency generator, a synchronization device and an amplifier, which makes it possible to stabilize the voltage and frequency of the asynchronous generator within a wide range of changes in wind and water flow .

По данным научно-технической и патентной литературы авторам не известна заявляемая совокупность признаков, направленная на достижение поставленной задачи, и это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения уровню изобретения.According to the scientific, technical and patent literature, the authors are not aware of the claimed combination of features aimed at achieving the task, and this solution does not follow clearly from the prior art, which allows us to conclude that the solution corresponds to the level of the invention.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема функциональная; на фиг. 2 - графики, поясняющие работу схемы.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 presents a functional diagram; in FIG. 2 - graphs explaining the operation of the circuit.

Ветрогидроэлектростанция содержит ветро- или гидродвигатель 1, соединенный с ведущим валом 2 планетарного механизма 3, состоящего из коренной шестерни 4, сателлитов 5, водила 6, солнечной шестерни 7, ведомого вала 8 с подшипниками 9, электромагнитный тормоз 10 с обмоткой управления 11, асинхронный генератор 12 валом соединен с ведомым валом 8 планетарного механизма 3, а обмоткой статора соединен с конденсаторами возбуждения 13, дополнительными конденсаторами 14, с выходными зажимами 15, устройством стабилизации напряжения 16 и формирователем импульсов 17, который соединен с первым входом устройства синхронизации 18, а его второй вход соединен с задающим генератором частоты 19, выход устройства синхронизации соединен со входом усилителя 20, который соединен с обмоткой управления 11 электромагнитного тормоза 10.The wind hydroelectric power station contains a wind or hydraulic motor 1 connected to the drive shaft 2 of the planetary gear 3, consisting of the main gear 4, satellites 5, carrier 6, the sun gear 7, the driven shaft 8 with bearings 9, an electromagnetic brake 10 with a control winding 11, an asynchronous generator 12 is connected by a shaft to the driven shaft 8 of the planetary mechanism 3, and the stator winding is connected to field capacitors 13, additional capacitors 14, with output terminals 15, a voltage stabilization device 16 and a pulse shaper 17, which is connected to the first input of the synchronization device 18, and its second input is connected to the master frequency generator 19, the output of the synchronization device is connected to the input of the amplifier 20, which is connected to the control winding 11 of the electromagnetic brake 10.

В качестве ветро- или гидродвигателя 1 может использоваться любое техническое решение, обусловленное техническими условиями.As a wind or hydraulic motor 1 can be used any technical solution due to technical conditions.

Планетарный механизм 3 имеет следующие основные части: центральную солнечную шестерню 7, наружную коренную шестерню 4, сателлиты 5, вращающиеся вокруг центральной солнечной шестерни 7, и водило 6. Коренная шестерня 4 имеет внутренний зубчатый венец и соединена с ведущим валом 2, опирающимся на подшипники. Солнечная шестерня 7 с наружными зубьями на полом валу, который также опирается на подшипники и соединяется с диском электромагнитного тормоза 1, входит в зацепление с сателлитами.The planetary gear 3 has the following main parts: the central sun gear 7, the outer main gear 4, the satellites 5, rotating around the central sun gear 7, and the carrier 6. The main gear 4 has an internal gear ring and is connected to the drive shaft 2, which is supported by bearings. The sun gear 7 with the outer teeth on the hollow shaft, which also rests on the bearings and is connected to the electromagnetic brake disk 1, is engaged with the satellites.

Сателлиты 5 входят одновременно в зацепление с коронной 4 и солнечной 7 шестернями и свободно вращаются на осях и подшипниках, закрепленных на водиле 6. Водило 6 соединяется с ведомым валом 8.The satellites 5 are simultaneously engaged with the crown 4 and the sun 7 gears and rotate freely on the axes and bearings mounted on the carrier 6. The carrier 6 is connected to the driven shaft 8.

Если вращать коренную шестерню 4 посредством вращающегося вала 2, а солнечную шестерню 7 затормозить, то при вращении коронной шестерни 4 сателлиты 5, обкатываясь по неподвижной солнечной шестерне 7, будут вести за собой водило 6, вращая ведомый вал 8 с определенным передаточным числом, зависящим от диаметра сцепленных шестерен.If the main gear 4 is rotated by means of a rotating shaft 2 and the sun gear 7 is braked, then when the crown gear 4 rotates, the satellites 5, rolling around the stationary sun gear 7, will lead the carrier 6 by rotating the driven shaft 8 with a certain gear ratio, depending on diameter of interlocked gears.

Изменяя усилие торможения солнечной шестерни 7, т.е. возможность ее вращения, можно изменять (регулировать) или стабилизировать скорость вращения водила 6 и ведомого вала 8 независимо от скорости вращения ведущего вала 2.By changing the braking force of the sun gear 7, i.e. the possibility of its rotation, you can change (adjust) or stabilize the rotation speed of the carrier 6 and the driven shaft 8, regardless of the rotation speed of the drive shaft 2.

В качестве электромагнитного тормоза 10 может использоваться ленточный или дисковый механизм с приводом от электромагнитной катушки 11.As an electromagnetic brake 10, a tape or disk mechanism driven by an electromagnetic coil 11 can be used.

В качестве стабилизатора напряжения 16 применяется широтно-импульсный регулятор или аналогичный с минимальными потерями в регулирующих элементах.As a voltage stabilizer 16, a pulse-width regulator or the like with minimal losses in the regulating elements is used.

Формирователь импульсов 17 формирует короткие импульсы при переходе синусоиды напряжения через ноль (фиг. 2, Uсин).The pulse shaper 17 generates short pulses during the transition of the voltage sinusoid through zero (Fig. 2, Usyn).

Задающий генератор частоты 19 формирует импульсы прямоугольной формы заданной частоты, например 100 Гц (фиг. 2, Uзад).The master frequency generator 19 generates rectangular pulses of a given frequency, for example 100 Hz (Fig. 2, Uset).

Устройство синхронизации 18 сравнивает фазу между частотой асинхронного генератора 12 и частотой задающего генератора частоты 19 и формирует импульсы управления (фиг. 2, i упр.), которые усиливаются усилителем 20 и управляют работой электромагнитного тормоза 10 посредством катушки 11.The synchronization device 18 compares the phase between the frequency of the asynchronous generator 12 and the frequency of the master frequency generator 19 and generates control pulses (Fig. 2, i control), which are amplified by the amplifier 20 and control the operation of the electromagnetic brake 10 through the coil 11.

Ветрогидроэлектростанция работает следующим образом. В начальный момент на обмотку 11 электромагнитного тормоза 11 подается постоянное напряжение (например, от аккумулятора).Wind hydroelectric power station operates as follows. At the initial moment, a constant voltage (for example, from a battery) is supplied to the winding 11 of the electromagnetic brake 11.

Создается максимальный тормозной момент, и солнечная шестерня 7 находится в неподвижном состоянии.The maximum braking torque is created, and the sun gear 7 is stationary.

При достижении определенной (номинальной) скорости вращения ветро- или гидроколеса 1 вращающий момент через ведомый вал 2 планетарного механизма 3 передается коренной шестерне 4, которая вращает сателлиты 5. Сателлиты 5, вращаясь, обегают по неподвижной солнечной шестерне 7, вращают водило 6, ведомый вал 8 и ротор асинхронного генератора 12, последний возбуждается от конденсаторов возбуждения 13.When a certain (nominal) speed of rotation of the wind or hydro-wheel 1 is reached, the torque is transmitted through the driven shaft 2 of the planetary gear 3 to the main gear 4, which rotates the satellites 5. The satellites 5, rotating around the stationary sun gear 7, rotate the carrier 6, the driven shaft 8 and the rotor of the asynchronous generator 12, the latter being excited from the excitation capacitors 13.

Напряжение асинхронного генератора 12 поступает на дополнительные конденсаторы 14, выходные зажимы 15, формирователь импульсов 17 и регулятор возбуждения 16. Регулятор возбуждения 16 стабилизирует напряжение. Задающий генератор 19 формирует импульсы Uзад, которые сравниваются с импульсами Uсин формирователя импульсов 17 в устройстве синхронизации 18 и усиленные усилителем 20 поступают на обмотку управления 11 электромагнитного тормоза 10 (i упр, фиг. 2,а).The voltage of the asynchronous generator 12 is supplied to additional capacitors 14, output terminals 15, the pulse shaper 17 and the excitation regulator 16. The excitation regulator 16 stabilizes the voltage. The master oscillator 19 generates pulses U back, which are compared with the pulses U sin of the pulse shaper 17 in the synchronization device 18 and amplified by the amplifier 20 are fed to the control winding 11 of the electromagnetic brake 10 (i control, Fig. 2, a).

При увеличении скорости вращения ветро- или гидродвигателя 1 или снижении нагрузки на зажимах асинхронного генератора 12 угол фазового сдвига между синхроимпульсами uсин и задающими uзад уменьшается, уменьшается и длительность управляющего тока i упр (фиг. 2,б) в обмотке управления 11 электромагнитного тормоза 10. Последний снижает тормозной момент, и солнечная шестерня 7 проворачивается с некоторой скоростью, что снижает скорость ведомого вала 8, а следовательно, и частоту асинхронного генератора 12.With an increase in the rotation speed of the wind or hydraulic motor 1 or a decrease in the load on the terminals of the asynchronous generator 12, the phase angle between the sync pulses u sin and the preset u back decreases, the duration of the control current i control (Fig. 2, b) in the control winding 11 of the electromagnetic brake 10 also decreases. The latter reduces the braking torque, and the sun gear 7 rotates at a certain speed, which reduces the speed of the driven shaft 8, and therefore the frequency of the asynchronous generator 12.

Предлагаемая система стабилизации частоты отслеживает угол фазового сдвига каждый оборот, поэтому независимо от того, будет ли изменяться скорость приводного двигателя, скольжение асинхронного генератора или изменится нагрузка - выходная частота останется стабильной, определяемая точностью задающего генератора частоты 19.The proposed frequency stabilization system monitors the phase shift angle every revolution, therefore, regardless of whether the speed of the drive motor changes, the slip of the asynchronous generator or the load changes, the output frequency will remain stable, determined by the accuracy of the master frequency generator 19.

Основные достоинства планетарного механизма: универсальность, малые габариты и масса при возможности получения больших передаточных чисел и крутящего момента.The main advantages of the planetary mechanism: versatility, small dimensions and mass, with the possibility of obtaining large gear ratios and torque.

Claims (1)

Ветрогидроэнергетическая установка, состоящая из ветрогидродвигателя, передаточного устройства, асинхронного генератора с конденсаторами возбуждения, отличающаяся тем, что дополнительно содержит дополнительные конденсаторы, устройство стабилизации напряжения, формирователь импульсов, задающий генератор частоты, устройство синхронизации и усилитель, причем в качестве передающего устройства использован планетарный механизм с электромагнитным тормозом, а ветрогидродвигатель соединен с ведущим валом планетарного механизма, ведомый вал последнего соединен с ротором асинхронного генератора, обмотка которого соединена с конденсаторами возбуждения, дополнительными конденсаторами, с выходными зажимами, устройством стабилизации напряжения и формирователем импульсов, который соединен с первым входом устройства синхронизации, а его второй вход соединен с задающим генератором частоты, выход устройства синхронизации соединен со входом усилителя, а последний - с обмоткой управления электромагнитного тормоза.A wind turbine installation consisting of a wind turbine, a transmission device, an asynchronous generator with field capacitors, characterized in that it additionally contains additional capacitors, a voltage stabilization device, a pulse shaper, a frequency generator, a synchronization device and an amplifier, and a planetary mechanism with electromagnetic brake, and the wind turbine is connected to the drive shaft of the planetary gear the last shaft is connected to the rotor of the asynchronous generator, the winding of which is connected to field capacitors, additional capacitors, with output terminals, a voltage stabilization device and a pulse shaper, which is connected to the first input of the synchronization device, and its second input is connected to the master frequency generator, the output of the device synchronization is connected to the input of the amplifier, and the latter is connected to the control winding of the electromagnetic brake.
RU2002130670/06A 2002-11-15 2002-11-15 Wind-and-hydraulic power-generating plant RU2231686C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002130670/06A RU2231686C1 (en) 2002-11-15 2002-11-15 Wind-and-hydraulic power-generating plant

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002130670/06A RU2231686C1 (en) 2002-11-15 2002-11-15 Wind-and-hydraulic power-generating plant

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002130670A RU2002130670A (en) 2004-06-10
RU2231686C1 true RU2231686C1 (en) 2004-06-27

Family

ID=32846392

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002130670/06A RU2231686C1 (en) 2002-11-15 2002-11-15 Wind-and-hydraulic power-generating plant

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2231686C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2681731C1 (en) * 2017-12-05 2019-03-12 Дереник Смбатович Адамян Adamyanov wind power plant

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2681731C1 (en) * 2017-12-05 2019-03-12 Дереник Смбатович Адамян Adamyanov wind power plant

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4461957A (en) Speed tolerant alternator system for wind or hydraulic power generation
US8067847B1 (en) Variable speed machine assembly and method for making the same
US4087698A (en) Alternating current power generating system
EP0666633B1 (en) An electric energy generation and storage apparatus
US9441599B2 (en) Induction motor-permanent magnet generator tandem configuration starter-generator for hybrid vehicles
EP0635639A1 (en) Improved wind turbine transmission
DK2467600T3 (en) Wind power plant and method for operating control of a wind power plant
US20100276942A1 (en) Electrical Power Generation From Fluid Flow
CN101598113B (en) Wind power plant generation device
JP7341158B2 (en) Electromechanical systems and phasing gearing for transmitting rotational energy
CN103138480B (en) Wind power generation plant
FI115318B (en) Electrical mechanical gearbox
RU2231686C1 (en) Wind-and-hydraulic power-generating plant
JP2004266883A (en) Power generation provision
JPH06200864A (en) Variable speed output device
KR101028960B1 (en) Wind Turbine Equipment
RU2225531C1 (en) Windmill-electric power plant
GB1593969A (en) Windmills
RU2299356C1 (en) Wind power plant
EP0150884A2 (en) Wind turbine apparatus for electrical energy production
RU2313693C1 (en) Wind power-generating plant
WO2014016728A2 (en) Induction motor-permanent magnet generator tandem configuration starter-generator for hybrid vehicles
JPS61240900A (en) Windmill generator
WO2000017543A1 (en) Method and device for rotational speed control in high gear ratio transmissions
CN213279451U (en) Electromagnetic stepless speed change bidirectional switchable power distribution device

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20041116