RU2673460C1 - Устройство для повышения эффективности использования электроэнергии от солнечных батарей электроприводами постоянного тока - Google Patents

Устройство для повышения эффективности использования электроэнергии от солнечных батарей электроприводами постоянного тока Download PDF

Info

Publication number
RU2673460C1
RU2673460C1 RU2018104959A RU2018104959A RU2673460C1 RU 2673460 C1 RU2673460 C1 RU 2673460C1 RU 2018104959 A RU2018104959 A RU 2018104959A RU 2018104959 A RU2018104959 A RU 2018104959A RU 2673460 C1 RU2673460 C1 RU 2673460C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
solar
parallel
solar radiation
intensity
motor
Prior art date
Application number
RU2018104959A
Other languages
English (en)
Inventor
Александр Тихонович Беленов
Валентин Александрович Гусаров
Ольга Вячеславовна Шеповалова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ)
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 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ)
Priority to RU2018104959A priority Critical patent/RU2673460C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2673460C1 publication Critical patent/RU2673460C1/ru

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P7/00Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P3/00Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters
    • H02P3/06Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter
    • H02P3/08Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter for stopping or slowing a dc motor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Multiple Motors (AREA)

Abstract

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение надежности и упрощение конструктивной схемы электроприводов. В устройстве для повышения эффективности использования электроэнергии от солнечных батарей электроприводами постоянного тока, содержащем солнечные батареи, регулятор отбора мощности, электродвигатель постоянного тока независимого или параллельного возбуждения и центробежный насос в качестве рабочего механизма, в цепь независимой или параллельной обмотки возбуждения электродвигателя введены дополнительные резисторы Rвеличины сопротивления которых задаются автоматически регулятором отбора мощности, потребляемой от солнечных батарей, в зависимости от текущего значения интенсивности солнечной радиации R=f(Ie), где R- величина сопротивления резистора, f(Ie) - функция величины интенсивности солнечной радиации, чтобы при суточном изменении интенсивности солнечной радиации Ie было выполнено условие P-P→0. Аналогично, для двигателя последовательного возбуждения параллельно последовательной обмотке возбуждения подключают дополнительные резисторы R, величины сопротивления которых задаются автоматически регулятором отбора мощности в зависимости от текущего значения интенсивности солнечной радиации R=f(Ie), где R- величина сопротивления резистора, включенного параллельно последовательной обмотке возбуждения, f(Ie) - функция величины интенсивности солнечной радиации, чтобы при суточном изменении интенсивности солнечной радиации Ie было выполнено условие P-P→0. 2 ил.

Description

Изобретение относится к области электротехники и гелиотехники и может быть использовано для запуска и регулирования частоты (скорости) вращения коллекторных электродвигателей постоянного тока с электромагнитным возбуждением при питании их от солнечных батарей с целью повышения электроэнергетической эффективности последних.
Известен электропривод постоянного тока, содержащий коллекторный электродвигатель постоянного тока, якорная обмотка которого шунтирована диодом и через разделительный диод и силовой ключ введена в диагональ измерительного моста, стабилизатор напряжения, делитель напряжения, параллельно включенные в диагональ измерительного моста (патент РФ №2219649, Н02Р 5/418, Н02Р 1/24, Н02Р 3/08, Н02Р 5/06, опубл. 20.12.2003). Выход делителя напряжения подключен к входу активного фильтра нижней частоты и инвертирующему входу компаратора, выход которого соединен с входом силового ключа, а выход активного фильтра нижней частоты подключен к входу задатчика частоты вращения. В электропривод введены диод и фильтр нижней частоты, вход которого подключен к выходу задатчика частоты вращения, а выход - к неинвертирующему входу компаратора. Дополнительный диод включен параллельно фильтру нижней частоты.
Недостатком известной конструкции является наличие большого количества электронно-преобразующих устройств, снижающих надежность конструкции и увеличивающих ее стоимость, а также отсутствие информации о работе этого электропривода при питании от солнечных батарей, имеющих нелинейную внешнюю характеристику.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство, применяемое в холодильных установках, питаемых от солнечных батарей (Aidan М., Recaries F., ets. Optimal coupling of PV solar panels to compression cold room. // 6-th Miami Int. Conf. Alternative Energy Sourse. Conf. Pap / - Miami Beach. Fla., 1983. Pp. 10-13). В данном устройстве предлагается встраивание в электродвигатель двух дополнительных намагничивающихся обмоток, включенных последовательно в цепь якоря электродвигателя, и магнитный поток которых в установившемся режиме работы был бы направлен встречно основному магнитному потоку электродвигателя. С ростом солнечной радиации ток якоря увеличивался и, следовательно, усиливалось размагничивающее действие этих дополнительных обмоток возбуждения. Таким образом, происходило ослабление общего магнитного потока, повышая частоту (скорость) вращения вала электродвигателя компрессора и увеличивая отбор мощности от солнечной батареи. В момент пуска и разгона электродвигателя эти дополнительные обмотки должны были временно включаться согласно основному магнитному потоку, способствуя более надежному запуску электродвигателя при низких уровнях солнечной радиации, и только после полного разгона электродвигателя по сигналу датчика скорости они переключались в предложенный режим регулятора скорости, обеспечивая в качестве звена обратной связи плавное изменение скорости вращения в нужной тенденции.
Необходимость вышеуказанного технического решения обусловлена тем, что в известных солнечных установках с генератором электроэнергии - солнечной батареей (СБ) и рабочим механизмом (РМ), приводимым в движение электродвигателем (ЭД) постоянного тока, соотношение между установленной мощностью СБ и номинальной мощностью ЭД привода РМ не может быть больше 1,25-1,3. И такие примеры не единичны (Jos van den Akker, Judith Lipp. Renavable Energy in Auroville // REFOCUS. May / June, 2004, p. 28., UNDP Project GLO/80/003/ Main report: Small-Scale Solar-Powered Pumping System: The Technology, its Economics and Advancement. - London, Swindonand Reading, UK, 1983, Ibrahim Odeh, Marwan Mahmoud. Field Resulds of Photovoltaic Water Pumping Systems // Гелиотехника. 1995, №1-3. С. 231-240).
Однако при работе автономной системы СБ-ЭД-РМ с соизмеримыми по мощности СБ и ЭД в условиях естественного хода облучения при варьировании в широком диапазоне (от 50 до 1000 Вт/м2) интенсивности солнечной радиации Ie зависимость наибольшей возможной генерации PMAX СБ PMAX=fM (Ie) и зависимость потребляемой от СБ нерегулируемым агрегатом ЭД-РМ мощности Pl=fH (Ie) не совпадают. При этом разность PMAX - Pl т.е. величина недоиспользования установленной мощности СБ, может достигать существенных величин. Это подтверждается экспериментально и особенно наглядно представлено на графиках фиг. 2, заимствованных из исследований (Roger J.A., Pivot., ets. [Оптимизация передачи энергии солнечной батареи к нагрузке с помощью электронного согласующего устройства] // Revuede Phys. Appl., Vol. 15 / p. 603 (1980). Пер. с фр., из фонда ГПНТБ СССР), где приведены семейство вольт-амперных характеристик СБ при изменении солнечной радиации в пределах 200…1000 Вт/м2 и две нагрузочные характеристики нерегулируемых систем ЭД-РМ в том же диапазоне радиации, которые установлены из расчета равенства PMAX=Pl при радиации 1000 Вт/м2 (кривая 2) и PMAX=Pl при радиации 200 Вт/м2 (кривая 1). Расчетным путем на основе данных этого эксперимента можно доказать, что фактический коэффициент использования установленной мощности СБ при изменении радиации от 1000 до 200 Вт/м2 и обратно для нагрузочной характеристики (2) нерегулируемого агрегата ЭД-РМ составил 1,0-0,59-0,48-0,0, а для нагрузочной характеристики (1) 0,96-1,0-0,75-0,26.
Исправить такое негативное явление можно, используя характеристики и свойства ЭД и РМ, например, центробежного насоса (НЦ) или компрессора, принудительно изменяя частоту (скорость) вращения приводного вала ЭД, учитывая, что частота (скорость) вращения вала ЭД постоянного тока легко регулируется.
Недостатком описанного выше технического решения (Aidan М., Recaries F., ets. Optimal coupling of PV solar panels to compression cold room. // 6-th Miami Int. Conf. Alternative Energy Sourse. Conf. Pap. - Miami Beach. Fla., 1983. Pp. 10-13) являются необходимость переделывать существующую конструкцию ЭД, чтобы можно было бы разместить эти две дополнительные обмотки, либо разрабатывать новую конструкцию двигателя с тремя обмотками возбуждения.
Задачей предлагаемого изобретения является оптимизация процесса генерации электроэнергии солнечной батарей при естественном суточном изменении интенсивности солнечной радиации Ie и для выполнения условия PMAX-Pl→0 путем создания устройства для повышения эффективности использования электроэнергии от солнечных батарей электроприводами постоянного тока и это техническое предложение не связано с переделкой ЭД встраиванием дополнительных намагничивающих обмоток.
В результате использования предлагаемого изобретения повышается надежность, упрощается конструктивная схема электроприводов, снижается себестоимость всего технического решения за счет использования дополнительных сопротивлений (резисторов), вводимых последовательно в цепь уже существующих намагничивающихся обмоток электродвигателей независимого или параллельного возбуждения либо подключаемых параллельно обмотке последовательного возбуждения двигателя.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом устройстве для повышения эффективности использования электроэнергии от солнечных батарей электроприводами постоянного тока, содержащем солнечные батареи, регулятор отбора мощности, электродвигатель постоянного тока независимого или параллельного возбуждения и центробежный насос в качестве рабочего механизма, согласно изобретению, в цепь независимой или параллельной обмотки возбуждения электродвигателя введены дополнительные резисторы RH,, величины сопротивления которых задаются автоматически регулятором отбора мощности, потребляемой от солнечных батарей, в зависимости от текущего значения интенсивности солнечной радиации RH=fI(Ie), где RH - величина сопротивления резистора, fI(Ie) - функция величины интенсивности солнечной радиации, чтобы при суточном изменении интенсивности солнечной радиации Ie было выполнено условие PMAX-Pl→0. Аналогично, для двигателя последовательного возбуждения параллельно последовательной обмотке возбуждения подключают дополнительные резисторы RП, величины сопротивления которых задаются автоматически регулятором отбора мощности в зависимости от текущего значения интенсивности солнечной радиации RП=f2(Ie), где RП - величина сопротивления резистора включенного параллельно последовательной обмотке возбуждения, f2(Ie) - функция величины интенсивности солнечной радиации, чтобы при суточном изменении интенсивности солнечной радиации Ie было выполнено условие PMAX-Pl→0..
Данное устройство представляет собой использование дополнительных сопротивлений (резисторов RH и RП) в регуляторе отбора мощности (РОМ) 3, вводимых последовательно в цепь уже существующих намагничивающих обмоток возбуждения электродвигателя 2 параллельного и независимого возбуждения или параллельно намагничивающей обмотке электродвигателя последовательного возбуждения. Резисторы RH и RП подключаются к внешним клеммам существующих обмоток возбуждения, а величина их сопротивления задается автоматически регулятором отбора мощности, потребляемой от солнечной батареи 1 мощности Pl в зависимости от величины интенсивности солнечной радиации, таким образом, чтобы в каждый момент светлого времени суток при любом уровне солнечной радиации потребляемая мощность Pl агрегата электродвигатель - насос центробежный (ЭД-НЦ) 4, практически не отличалась от величины максимально возможной генерируемой мощности PMAX СБ при данном уровне радиации вырабатываемой солнечной батареей, т.е. чтобы соблюдалось условие PMAX-Pl→0.
Сущность предлагаемого устройства для повышения эффективности использования электроэнергии от солнечных батарей электроприводами постоянного тока поясняется фиг. 1 и фиг. 2.
На фиг. 1 представлена общая схема предлагаемого устройства.
На фиг. 2 представлены взаимодействие и взаимосвязь характеристик СБ и агрегата ЭД-НЦ в нерегулируемых режимах.
Устройство для повышения эффективности использования электроэнергии от солнечных батарей электроприводами постоянного тока содержит электродвигатель постоянного тока независимого, параллельного или последовательного возбуждения 1, солнечную батарею 2, регулятор отбора мощности 3, насос центробежный 4.
Работает устройство следующим образом.
В солнечных установках с генератором электроэнергии - солнечной батареей 1 и насосом центробежным 4, приводимым в движение посредством электродвигателя постоянного тока 2, соотношение между установленной мощностью СБ и номинальной мощностью ЭД привода НЦ обычно не бывает больше 1,25-1,3. Метод оптимизации отбора мощности в системе СБ-ЭД-НЦ посредством принудительного изменения частоты (скорости) вращения вала ЭД путем ослабления магнитного потока, создаваемого его обмоткой возбуждения, основан на квадратичной зависимости потребляемой мощности Р на валу НЦ от частоты (скорости) вращения его рабочего колеса. В реализации этот способ регулирования достаточно прост, т.к. частота вращения вала ЭД постоянного тока любого типа электромагнитного возбуждения можно изменять в сторону увеличения путем ослабления общего магнитного потока. Известно (Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода. - М.: Энергоиздат. 1981. С. 102-105, 140-141), что регулирование частоты (скорости) вращения ЭД постоянного тока ослаблением магнитного потока энергетически экономично, может быть реализовано в ЭД независимого, параллельного и последовательного возбуждения путем введения дополнительных сопротивлений, входящих в состав регулятора отбора мощности (РОМ) 3, надежно обеспечивает пределы регулирования от 1:1,5 до 1:4 относительно величины частоты (скорости) вращения, имевшей место при номинальном магнитном потоке, для ЭД независимого и параллельного возбуждения и до 1:2 для ЭД последовательного возбуждения. Следовательно, можно, если это необходимо, принудительно изменять скорость вращения вала ЭД, производительность НЦ и, следовательно, потребляемую от СБ агрегатом ЭД-НЦ мощность Pl=Р/КПДЭД, по крайней мере, в 1,2-1,4 раза. Экспериментально и графоаналитическим расчетом доказано, что без всякого изменения в конструкциях СБ, ЭД и НЦ использование предлагаемого решения при изменении солнечной радиации в диапазоне 420-950 Вт/м2 обеспечило посредством регулирования прирост суточной выработки электроэнергии и, следовательно, суточного объема подачи воды в регулируемой системе до 18-29% по сравнению с вариантом без принудительного регулирования скорости (Беленов А.Т., Тарнижевский Б.В. Оптимизация режимов генерирования электроэнергии в автономной системе фотоэлектрический генератор - двигатель постоянного тока // В сб. Докл. Всесоюзн. конф. по использованию солнечной энергии (г. Ереван), С-2. - М.: изд. ВНИИТ, 1969. С. 151-166, Беленов А.Т. Способ повышения производительности фотоэлектрической водоподъемной установки. // Гелиотехника, 2000, №1. С. 35-39).

Claims (1)

  1. Устройство для повышения эффективности использования электроэнергии от солнечных батарей электроприводами постоянного тока, содержащее солнечную батарею, регулятор отбора мощности от солнечной батареи, коллекторный электродвигатель постоянного тока независимого, параллельного или последовательного возбуждения и центробежный насос в качестве рабочего механизма, отличающееся тем, что в цепь независимой или параллельной обмотки возбуждения электродвигателя введены дополнительные резисторы RH, а параллельно последовательной обмотке возбуждения подключены дополнительные резисторы RП, величины сопротивления которых задаются автоматически регулятором отбора мощности, потребляемой от солнечной батареи PI, в зависимости от текущего значения интенсивности солнечной радиации RH=fI(Ie) или RП=f2(Ie), где RH - величина сопротивления резистора в цепи обмотки независимого (параллельного) возбуждения, fI(Ie) - функция зависимости величины RH от интенсивности солнечного излучения, RП - величина сопротивления резистора, включенного параллельно последовательной обмотке возбуждения, f2(Ie) - функция зависимости величины RП от интенсивности солнечного излучения, причем при естественном суточном изменении интенсивности солнечной радиации Ie обеспечивается выполнение условия отбора максимально возможной при данной радиации мощности PMAX солнечной батареи, когда разность PMAX-P1→0, при подключении к солнечной батарее любого из коллекторных электродвигателей постоянного тока всех трех видов электромагнитного возбуждения.
RU2018104959A 2018-02-09 2018-02-09 Устройство для повышения эффективности использования электроэнергии от солнечных батарей электроприводами постоянного тока RU2673460C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018104959A RU2673460C1 (ru) 2018-02-09 2018-02-09 Устройство для повышения эффективности использования электроэнергии от солнечных батарей электроприводами постоянного тока

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018104959A RU2673460C1 (ru) 2018-02-09 2018-02-09 Устройство для повышения эффективности использования электроэнергии от солнечных батарей электроприводами постоянного тока

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2673460C1 true RU2673460C1 (ru) 2018-11-27

Family

ID=64556493

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018104959A RU2673460C1 (ru) 2018-02-09 2018-02-09 Устройство для повышения эффективности использования электроэнергии от солнечных батарей электроприводами постоянного тока

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2673460C1 (ru)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19522045A1 (de) * 1994-07-12 1996-01-18 Hans Hermann Rottmerhusen Elektronik für Stromwendermotoren
RU2219649C2 (ru) * 2001-10-08 2003-12-20 Федеральный научно-производственный центр закрытое акционерное общество "Научно-производственный концерн (объединение) "ЭНЕРГИЯ" Электропривод постоянного тока
RU2635663C1 (ru) * 2016-07-11 2017-11-15 Александр Вениаминович Рамат Устройство регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19522045A1 (de) * 1994-07-12 1996-01-18 Hans Hermann Rottmerhusen Elektronik für Stromwendermotoren
RU2219649C2 (ru) * 2001-10-08 2003-12-20 Федеральный научно-производственный центр закрытое акционерное общество "Научно-производственный концерн (объединение) "ЭНЕРГИЯ" Электропривод постоянного тока
RU2635663C1 (ru) * 2016-07-11 2017-11-15 Александр Вениаминович Рамат Устройство регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bhat et al. Performance optimization of induction motor-pump system using photovoltaic energy source
RU2576021C2 (ru) Возбудитель блока генерирования мощности, блок генерирования мощности и оборудование вывода энергии в электрической сети
US9431943B2 (en) Assembly operating in a variable regime
US20100013317A1 (en) Integrated fuel cell system with auxiliary power delivery
CN204559455U (zh) 开关磁阻风力发电机控制系统
JP2018530840A (ja) 可変速度最大電力点追尾、太陽光誘導電動モータコントローラ、及び永久磁石交流モータ
US20190348838A1 (en) Apparatus for use in a microgrid and methods of operating the same
CN104660129A (zh) 开关磁阻风力发电机控制系统及控制方法
Mishra et al. Stage solar PV powered water pump with a storage system
US9419556B2 (en) Method and arrangement for operating a pump
US20110018474A1 (en) Electromechanical system having a variable frequency drive power supply for 3-phase and 1-phase motors
RU2673460C1 (ru) Устройство для повышения эффективности использования электроэнергии от солнечных батарей электроприводами постоянного тока
Murthy et al. Experience in the development of microhydel grid independent power generation scheme using induction generators for Indian conditions
US20110019447A1 (en) Solar motor generator power converter
Mishra et al. Modified SEPIC converter utilizing an improved P&O algorithm for design of low cost and efficient solar energized water pump
CN103633667B (zh) 一种基于igbt控制的抽水功率调节系统及方法
Mahesh et al. Single stage pv water pumping system with mppt employing three phase induction motor
CN110729932B (zh) 多模态变压开关磁阻发电机变流系统及其调控方法
CN111917348B (zh) 智能发电设备
AU2020201449A1 (en) Control system
Kumar et al. Comparative analysis of dc-dc converter topologies and mppt techniques used in spv based water pumping system using bldc motor
Pirmatov et al. Excitation of autonomous synchronous machines by solar panel
Mufsina et al. A modified SEPIC converter based solar water pumping system using SRM drive
Visal et al. Performance Analysis of an Integrated Three Port Converter for Bldc Motor Based Applications
RU66635U1 (ru) Асинхронизированный синхронный генератор

Legal Events

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

Effective date: 20200210