RU2590929C1 - Устройство стабилизации напряжения и частоты ветроэнергетической установки - Google Patents
Устройство стабилизации напряжения и частоты ветроэнергетической установки Download PDFInfo
- Publication number
- RU2590929C1 RU2590929C1 RU2015127387/06A RU2015127387A RU2590929C1 RU 2590929 C1 RU2590929 C1 RU 2590929C1 RU 2015127387/06 A RU2015127387/06 A RU 2015127387/06A RU 2015127387 A RU2015127387 A RU 2015127387A RU 2590929 C1 RU2590929 C1 RU 2590929C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- frequency
- input
- generator
- speed
- Prior art date
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)
- Wind Motors (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электротехнике и предназначено для преобразования энергии ветра в электрическую энергию при стабильных параметрах выходного напряжения и частоты. Устройство стабилизации напряжения и частоты ветроэнергетической установки содержит мультипликатор, соединенный с ветроколесом и через выходной вал - с синхронным генератором с постоянными магнитами. В качестве мультипликатора устройство содержит электромагнитный редуктор, содержащий статор с многофазной обмоткой, а также первый и второй роторы, жестко установленные на входном и выходном валах соответственно, обмотка размещена в пазах внутренней поверхности статора с образованием полюсов и подключена к выходу преобразователя частоты, при этом конструктивный коэффициент редукции редуктора равен:
z - число зубцов ротора на входном, соединенном с ветроколесом валу электромагнитного редуктора;
p - число пар полюсов статора электромагнитного редуктора 2;
(z-p) - число зубцов второго ротора на выходном валу редуктора,
а выходная величина частоты преобразователя соответствует выражению
ω=Ω2(z-p)-zΩ1, где
ω - выходная частота преобразователя;
Ω1 - скорость вращения ветроколеса;
Ω2 - выходная скорость электромагнитного редуктора, она же входная скорость генератора,
причем управляющий вход преобразователя частоты подсоединен к выходу пропорционально-интегрального регулятора, выполненного с возможностью настройки коэффициентов усиления и постоянной времени, один из входов которого подсоединен к выходу датчика скорости генератора, а другой вход подсоединен к устройству задания скорости вращения вала генератора, который соединен с выходным валом редуктора. Изобретение направлено на увеличение передаваемой мощности в установившемся и динамическом режимах при улучшении массогабаритных показателей. 3 ил.
Description
Изобретение относится к электротехнике и предназначено для формирования стабильных параметров выходного напряжения и частоты ветроэнергетических установок.
Известно устройство (авт. св. СССР 1443119, 1988), состоящее из асинхронного генератора, реакторов, конденсаторов, блоков фазового управления, инвертора, коммутационных тиристоров и трансформатора. Установка состоит из ветродвигателя, сочлененного с асинхронным генератором, статорная обмотка которого через последовательно соединенные индуктивные и емкостные сопротивления, шунтированные первой и второй группами встречно-параллельных тиристоров, подключена к электрической сети большой мощности, причем блоки управления первой и второй тиристорных групп измерительными входами соединены соответственно с выходами узла выделения переменной составляющей момента датчика момента, установленного на валу ветродвигателя, и инвертора, подключенного на выход узла выделения переменной составляющей момента. Величины заказанных сопротивлений при таком подключении регулируются таким образом, что существенно снижаются колебания выходной мощности (тока) установки. Недостатками устройства являются низкие эксплуатационно-технические характеристики.
Известно устройство (патент РФ 2225531, F03D 7/04, бюл. 7, 2004), представляющую собой ветроэнергетическую установку, состоящую из асинхронного многоскоростного генератора, блока коммутации, устройства стабилизации напряжения, конденсаторов возбуждения и дополнительных конденсаторов, электромагнитной муфты и системы стабилизации частоты. Недостатками устройства являются низкий КПД, большая масса и габариты электротехнической части.
Наиболее близким по техническому решению является устройство ветроэнергетической установки (патент РФ 2443903, МПК F03D 9/00, 2012), которое содержит ветроколесо, соединенное с мультипликатором, выход которого соединен через ведущий вал с электромагнитной муфтой, имеющей обмотку управления, с ротором синхронного генератора с постоянными магнитами, к выводам генератора подключены блок конденсаторов возбуждения, блок стабилизации напряжения, блок стабилизации частоты. Блок стабилизации напряжения содержит первый трансформаторно-выпрямительный блок, задающий генератор, формирователь импульсов, первый усилитель импульсов, первый транзистор, эмиттер-коллекторный переход которого последовательно соединен с обмоткой подмагничивания, размещенной в пазах статора синхронного генератора с постоянными магнитами с основной обмоткой, блок стабилизации частоты содержит генератор ведущих импульсов, второй усилитель импульсов, второй трансформаторно-выпрямительный блок и второй транзистор, эмиттер-коллекторный переход которого последовательно соединен с обмоткой управления электромагнитной муфты.
Недостатками устройства являются большая масса и габариты электротехнической части. А именно: электромагнитная муфта с обмоткой управления и блоком стабилизации частоты, генератор с существенными доработками в виде последовательной обмотки подмагничивания, размещенной в пазах статора.
Заявляемое изобретение направлено на решение технической задачи создания несложной и недорогой конструкции устройства стабилизации напряжения и частоты ветроэнергетической установки.
Техническим результатом заявляемого устройства является увеличение передаваемой мощности в установившемся и динамическом режимах при улучшении массогабаритных показателей.
Этот технический результат достигается тем, что в устройстве стабилизации напряжения и частоты ветроэнергетической установки, содержащем мультипликатор, соединенный с ветроколесом и через выходной вал - с синхронным генератором с постоянными магнитами, в соответствии с изобретением в качестве мультипликатора устройство содержит электромагнитный редуктор, содержащий статор с многофазной обмоткой, а также первый и второй роторы, жестко установленные на входном и выходном валах соответственно, обмотка размещена в пазах внутренней поверхности статора с образованием полюсов и подключена к выходу преобразователя частоты, при этом конструктивный коэффициент редукции редуктора равен:
z - число зубцов ротора на входном, соединенном с ветроколесом валу электромагнитного редуктора;
p - число пар полюсов статора электромагнитного редуктора 2;
(z-p) - число зубцов второго ротора на выходном валу редуктора,
а выходная величина частоты преобразователя соответствует выражению
ω=Ω2(z-p)-zΩ1; где
ω - выходная частота преобразователя;
Ω1 - скорость вращения ветроколеса;
Ω2 - выходная скорость электромагнитного редуктора, она же входная скорость генератора,
причем управляющий вход преобразователя частоты подсоединен к выходу пропорционально-интегрального регулятора, выполненного с возможностью настройки коэффициентов усиления и постоянной времени, один из входов которого подсоединен к выходу датчика скорости генератора, а другой вход подсоединен к устройству задания скорости вращения вала генератора, который соединен с выходным валом редуктора.
На рис. 1 представлена принципиальная конструктивная схема заявляемого устройства стабилизации напряжения и частоты, на рис. 2 - график изменения скорости генератора и частоты преобразователя от изменения скорости ветра, на рис. 3 - результаты моделирования работы устройства.
Устройство стабилизации напряжения и частоты ветроэнергетической установки (рис. 1) содержит ветроколесо 1, соединенное с мультипликатором - электромагнитным редуктором 2 - с регулируемым коэффициентом редукции, содержащим статор 18 с многофазной обмоткой, а также первым 16 и вторым роторами 17, жестко установленными на входном и выходном валах соответственно, обмотка размещена в пазах внутренней поверхности статора с образованием полюсов (на рис. не показано), при этом первый ротор расположен коаксиально со статором и жестко связан с концом входного вала, а второй ротор расположен внутри первого. Выходной вал 3 редуктора 2 соединен с входным валом 19 синхронного генератора 4, выполненного с возбуждением от постоянных магнитов, второй конец вала генератора соединен с датчиком скорости 5. Обмотка статора 18 электромагнитного редуктора 2 подключена к выходу преобразователя частоты 6, управляющий вход которого соединен с выходом регулятора 7, выполненного с возможностью настройки коэффициентов усиления и постоянной времени. Для этого регулятор 7 имеет два входа, один из которых 9 (отрицательный) через резистор 12 соединен с выходом датчика скорости 5, а другой вход 8 (положительный), соединенный с устройством 20 задания частоты и напряжения, для задание скорости вращения входного вала 19 генератора 4, в результате осуществляют необходимое задание частоты и напряжения на выходе 15 генератора 4. Таким образом, величина стабилизированной частоты и напряжения выхода 15 задаются через вход 8 регулятора 7 с устройства 20. При этом регулятор 7 состоит из операционного усилителя 10, входных резисторов 11 и 12, резистора 13 и конденсатора 14, установленных в цепи обратной связи усилителя 10, причем коэффициенты усиления регулятора 7 - отношение величин сопротивлений резисторов 13 и 11 - осуществляется по схеме, включающей вход 8, а отношение величин сопротивления резисторов 13 и 12 - по входу 9, интегральная постоянная времени регулятора - произведение сопротивления входного резистора 12 и емкости конденсатора 14.
Устройство стабилизации напряжения и частоты работает следующим образом. В квазиустановившемся режиме угловая скорость вращения Ω1 ветроколеса 1 меняется в определенных пределах, заданных конструкцией ветроустановки, и зависит от скорости ветра V. Требуемая скорость вращения Ω2 вала 19 синхронного генератора 4 задается сигналом задания от устройства 20 через вход 8 регулятора 7, при этом выходные параметры на выходе 15 генератора 4 поддерживаются на определенном, заданном сигналом задания через вход 8 уровне. Поддержание параметров осуществляется заявляемым устройством стабилизации согласно зависимости:
Где ω - выходная (регулируемая) частота преобразователя 6,
постоянный (конструктивный) коэффициент редукции электромагнитного редуктора при выходной частоте ω преобразователя 6, равной нулю,
Ω1 - скорость вращения ветроколеса 1,
Ω2 - выходная скорость электромагнитного редуктора 2, она же входная скорость генератора 4,
z - число зубцов ротора 16 на входном, соединенном с ветроколесом 1 валу электромагнитного редуктора 2,
p - число пар полюсов статора электромагнитного редуктора 2,
(z-p) - число зубцов второго ротора 17 на выходном валу 3 редуктора 2,
причем выходная (регулируемая) частота преобразователя 6
ω=Ω2(z-p)-zΩ1.
Если скорость ветра достигает предельного уровня (скорость вращения ветроколеса 1 максимальна Ω1мах, (рис. 2) согласно конструкции установки), выходная частота преобразователя ω=0 при постоянном напряжении возбуждения обмотки статора 18 электромагнитного редуктора 2. Выходная скорость редуктора, она же входная скорость генератора 4 - Ω2 равна произведению скорости вращения ветроколеса 2 - Ω1 на постоянный коэффициент редукции i. При этом сумма входных сигналов 8 и 9 регулятора 7 равна нулю, а выходной сигнал регулятора 7 также равен нулю. При уменьшении скорости ветра V и ветроколеса 1 скорость вращения вала генератора 4 уменьшается, следовательно, уменьшается сигнал с выхода датчика скорости 5 на вход 9 регулятора 7. Сумма входных сигналов 8 и 9 регулятора 7 становится положительной. Регулятор 7 начинает интегрировать, увеличивая выходной сигнал, который в свою очередь увеличивает выходную частоту ω преобразователя 6. Появляется составляющая , при этом уменьшается составляющая iΩ1, а их сумма остается после переходного периода первоначальной - Ω2. Рис. 2 Восстановлению скорости способствует регулятор 7 с его пропорционально-интегральной функцией. Время регулирования будет зависеть от коэффициента усиления по схеме с входом 9 и постоянных времени регулятора 7. На рис. 2 показан график неизменной скорости Ω2, а также изменение выходной частоты ω преобразователя 6 при изменении скорости вращения ветроколеса Ω1 (скорости ветра V). Таким образом, получена стабилизация выходной скорости вращения электромагнитного редуктора 2 и стабилизация выходной скорости вращения состыкованного с ним входного вала 19 генератора 4. Отсюда величины частоты и напряжения на выходе генератора 4 и, следовательно, на выходе 15 заявляемого устройств являются стабилизированными.
На рис. 3 приведены результаты измерения угловой скорости Ω2 входного вала 19 генератора 4 на изготовленной модели устройства. Установившаяся скорость вращения генератора 4 имеет незначительные колебания, которые зависят от настройки регулятора 7. А колебания выходных параметров 15 будут еще меньше благодаря постоянным времени самого генератора.
Устройство по конструкции существенно отличается от известных малым количеством конструктивных элементов, весом и габаритами, простотой стандартных комплектующих, что предопределяет повышение кпд, надежности, удешевление всей ветроэнергетической установки, не требует дополнительных доработок уже известных устройств. Ветроколеса в рабочем режиме имеют относительно небольшую скорость вращения. Устройство позволяет снизить массу электрогенератора, приводимого во вращение ветроколесом через редуктор, то есть используются сравнительно легкий быстроходный электрогенератор. Преобразователь частоты можно применить любой конструкции с регулированием частоты от нуля. Для автономных ветроустановок напряжение питания преобразователя возможно от аккумулятора.
Claims (1)
- Устройство стабилизации напряжения и частоты ветроэнергетической установки, содержащее мультипликатор, соединенный с ветроколесом и через выходной вал - с синхронным генератором с постоянными магнитами, отличающееся тем, что в качестве мультипликатора устройство содержит электромагнитный редуктор, содержащий статор с многофазной обмоткой, а также первый и второй роторы, жестко установленные на входном и выходном валах соответственно, обмотка размещена в пазах внутренней поверхности статора с образованием полюсов и подключена к выходу преобразователя частоты, при этом конструктивный коэффициент редукции редуктора равен:
z - число зубцов ротора на входном, соединенном с ветроколесом валу электромагнитного редуктора;
р - число пар полюсов статора электромагнитного редуктора 2;
(z-р) - число зубцов второго ротора на выходном валу редуктора,
а выходная величина частоты преобразователя соответствует выражению
ω - выходная частота преобразователя;
Ω1 - скорость вращения ветроколеса;
Ω2 - выходная скорость электромагнитного редуктора, она же входная скорость генератора,
причем управляющий вход преобразователя частоты подсоединен к выходу пропорционально-интегрального регулятора, выполненного с возможностью настройки коэффициентов усиления и постоянной времени, один из входов которого подсоединен к выходу датчика скорости генератора, а другой вход подсоединен к устройству задания скорости вращения вала генератора, который соединен с выходным валом редуктора.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015127387/06A RU2590929C1 (ru) | 2015-07-07 | 2015-07-07 | Устройство стабилизации напряжения и частоты ветроэнергетической установки |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015127387/06A RU2590929C1 (ru) | 2015-07-07 | 2015-07-07 | Устройство стабилизации напряжения и частоты ветроэнергетической установки |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2590929C1 true RU2590929C1 (ru) | 2016-07-10 |
Family
ID=56372195
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015127387/06A RU2590929C1 (ru) | 2015-07-07 | 2015-07-07 | Устройство стабилизации напряжения и частоты ветроэнергетической установки |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2590929C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108474349A (zh) * | 2016-12-13 | 2018-08-31 | Vdm-泰克尼卡有限公司 | 调整风力涡轮机取力器的方法 |
RU206721U1 (ru) * | 2021-04-30 | 2021-09-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный технологический университет" | Автоадаптивная система стабилизации вырабатываемого напряжения ветрогенератора |
WO2022029601A1 (en) * | 2020-08-03 | 2022-02-10 | Vorobev Valerii Yurevich | Improved horizontal wind turbine |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3683249A (en) * | 1969-09-27 | 1972-08-08 | Fukuo Shibata | Electric machine arrangement combining electromagnetic coupling with electric rotating machine |
RU2191287C2 (ru) * | 2000-01-10 | 2002-10-20 | Чижиков Александр Арсентьевич | Ветроустановка |
US7068015B1 (en) * | 1999-10-07 | 2006-06-27 | Vestas Wind Systems A/S | Wind power plant having magnetic field adjustment according to rotation speed |
RU2443903C2 (ru) * | 2010-05-12 | 2012-02-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет" | Устройство стабилизации напряжения и частоты ветроэнергетической установки |
WO2012060931A1 (en) * | 2010-10-25 | 2012-05-10 | General Electric Company | Variable-speed magnetic coupling and method for control |
RU2529422C1 (ru) * | 2013-05-29 | 2014-09-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова" | Электромагнитный редуктор |
-
2015
- 2015-07-07 RU RU2015127387/06A patent/RU2590929C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3683249A (en) * | 1969-09-27 | 1972-08-08 | Fukuo Shibata | Electric machine arrangement combining electromagnetic coupling with electric rotating machine |
US7068015B1 (en) * | 1999-10-07 | 2006-06-27 | Vestas Wind Systems A/S | Wind power plant having magnetic field adjustment according to rotation speed |
RU2191287C2 (ru) * | 2000-01-10 | 2002-10-20 | Чижиков Александр Арсентьевич | Ветроустановка |
RU2443903C2 (ru) * | 2010-05-12 | 2012-02-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет" | Устройство стабилизации напряжения и частоты ветроэнергетической установки |
WO2012060931A1 (en) * | 2010-10-25 | 2012-05-10 | General Electric Company | Variable-speed magnetic coupling and method for control |
RU2529422C1 (ru) * | 2013-05-29 | 2014-09-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова" | Электромагнитный редуктор |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108474349A (zh) * | 2016-12-13 | 2018-08-31 | Vdm-泰克尼卡有限公司 | 调整风力涡轮机取力器的方法 |
CN108474349B (zh) * | 2016-12-13 | 2021-10-15 | Vdm-泰克尼卡有限公司 | 调整风力涡轮机取力器的方法 |
WO2022029601A1 (en) * | 2020-08-03 | 2022-02-10 | Vorobev Valerii Yurevich | Improved horizontal wind turbine |
RU206721U1 (ru) * | 2021-04-30 | 2021-09-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный технологический университет" | Автоадаптивная система стабилизации вырабатываемого напряжения ветрогенератора |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2928068A2 (en) | Systems utilizing a controllable voltage AC generator system | |
RU2590929C1 (ru) | Устройство стабилизации напряжения и частоты ветроэнергетической установки | |
CN103219940A (zh) | 一种电动机振动抑制方法 | |
CN104506106A (zh) | 一种双馈电机励磁控制及零速启动方法 | |
CN105207566A (zh) | 他控式双馈电机的失步振荡抑制方法及其双馈电机系统 | |
US9166510B1 (en) | Systems utilizing a controllable voltage AC generator system | |
RU2443903C2 (ru) | Устройство стабилизации напряжения и частоты ветроэнергетической установки | |
Chirapo et al. | P+ res controller applied to the direct power control of switched reluctance generator | |
CN101510693B (zh) | 一种获得次同步振荡转速信号的方法和装置 | |
RU168788U1 (ru) | Устройство генерирования стабильного напряжения переменного тока | |
Putri et al. | Modeling and control of permanent magnet synchronous generator variable speed wind turbine | |
Vongmanee | Emulator of wind turbine generator using dual inverter controlled squirrel cage induction motor | |
RU2554107C1 (ru) | Способ и система управления электродвигателем вращения антенны рлс | |
Mishra et al. | Modeling and control of standalone PMSG WECS for grid compatibility at varying wind speeds | |
RU2499352C1 (ru) | Устройство стабилизации напряжения и частоты ветроэлектрической установки | |
KR101966199B1 (ko) | 전기 모터의 소음을 감소시키는 방법 | |
JP2005224079A (ja) | 風力発電装置 | |
Pritchard et al. | Designing a continuously variable magnetic gear | |
Touaiti et al. | Direct voltage control of stand-alone DFIG in wind energy applications | |
RU2380821C2 (ru) | Электропривод переменного тока | |
CN106856394B (zh) | 交流变频调速系统及方法 | |
RU2299356C1 (ru) | Ветроэнергетическая установка | |
Huang et al. | Research on SRG wind power system based on MPPT control scheme | |
RU154540U1 (ru) | Система стабилизации выходного напряжения магнитоэлектрического синхронного генератора для автономных объектов | |
RU2513113C2 (ru) | Система генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока с инвертором напряжения |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180708 |