SU651143A1 - Ветроэлектрический агрегат - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к ветр ным двигател м , а именно к устройствам их автоматического управлени . Одной из основных задач ветроэнергетики  вл етс  создание таких систем, в которых мощностцпотребл ема  нагрузкой, максимально приближалась бы к той максимальной мощности, которую способен развить ветроэлектрический агрегат при данной скорости ветра. При этом достигаетс  максимально возможна  производительность (выработка электроэнергии) ветроэлектрического агрегата и, следовательно, повышаетс  эффективность его применени . Известны ветроэлектрические агрегаты, содержащие ветродвигатель, синхронный генератор и регул тор напр жени , в который нагрузка на генератор приводитс  в соответствие со средней мощностью, которую может развить ветроагрегат при данной сред ней скорости ветра путем присоединени  к ветроагрегату (вручную.или автоматически ) того или иного количества потребителей в зависимости, например, от величины развиваемого генератором напр жени  1. Недостатком известных агрегатов  вл етс  ступенчатый характер регулировани  нагрузки и невозможность их применени  в тех случа х, когда число потребителей ветроагрегата невелико. Известны также ветроэлектрические агрегаты , содержащие ветродвигатель, синхронный генератор, вал которого св зан с валом ветродвигател , регул тор напр жени , двухступенчатую интегрирующую RCцепочку , выход которой подключен на вход измерительного органа регул тора и коммутирующий элемент в цепи статора генератора 2. При этом напр жение регулируетс  пропорционально некоторой степени частоты генератора, причем показатель выбираетс  в зависимости от характера нагрузки в пределах от 1- до 2. Недостатком такого агрегата  вл етс  невозможность максимального использовани  мощности ветродвигател  в тех случа х, когда от ветроагрегата получ-ают электропитание несколько потребителей, имеющих разный хара:ктер (например, активна  нагрузка и центробежный электронасос), вследствие чего невозможно установить, какой показатель степени (в пределах от 1 до 2) следует применить дл  оптимального регулировани  напр жени . Это устройство также не обеспечивает полной нагрузки ветродвигател  при работе ветроагрегата на зар д аккумул тора батарей, так как в случае зар да аккумул торов напр жение генератора следует поддерживать на уровне, близком номинальному значению. Кроме того , в известном ветроагрегате практически невозможно учесть потери, завис щие от частоты, температуры и других факторов, в звень х, передающих энергию от ветроколеса потребителю. Поэтому мощностные характеристики ветродвигател  и нагрузки не могут быть точно совмещены даже при однородной нагрузке. Целью изобретени   вл етс  повыщение производительности ветроэлектрического агрегата. Указанна  цель достигаетс  тем, что в ветроэлектрическом агрегате, содержащем .™.,к гынуппннмй грнрп тпп « л ветродвигатель, синхронный генератор, вал которого св зан с валом ветродвигател , регул тор напр жени  генератора, двухступенчатую интегрирующую RC-цепочку, выход которой подключен на вход измерительного органа регул тора и коммутирующий элемент в цепи статора генератора, новым  вл етс  то, что агрегат снабжен параметрическим датчиком крут щего момента, например индуктивным, и стабилизатором напр жени , причем указанный датчик уста FjMjr новлен на валу ветродвигател , цепь его питани  подключена через стабилизатор на зажимы генератора, а выходна  цепь датчика подключена на вход двухступенчатой интегрирующей RC-цепочки. С целью обеспечени  пуска электродвигател  соизмеримой мощности, он снабжен реле напр жени  и реле врем,ени, причем катушка реле напр жени  подключена к выходу коммутирующего элемента, его размыкающий контакт включен между выходом датчика крут щего момента и интегрирующей цепочкой, а замыкающий контакт включен в цепь катушки реле времени, замыкающий контакт которого соединен параллельно с размыкающим контактом реле напр жени . Такое выполнение агрегата позвол ет оптимизировать его работу, поскольку выходное напр жение измен етс  таким образом, что суммарна  мощность, потребл ема  нагрузкой и тер ема  в передачах и генераторе всегда оказываетс  равной .максимальной мощности, которую может развить ветродвигатель . Дл  максимально возможного использовани  мощности генератора необходимо поддерживать посто нное соотношение между развиваемым на валу ветродвигате- 55 л  крут щим моментом и квадратом частоты тока генератора, т.е. это соотношение должно  вл тьс  регулируемым параметром. Электрический сигнал, амплитуда которого пропорциональна регулируемому параметру , формируетс  с помощью параметрического датчика крут щего момента, установленного на валу ветроколеса и питаемого от синхронного генератора ветроагрегата через стабилизатор напр жени , а также посредством двухступенчатой интегрирующей RCцепочки . Сигнал на выходе датчика крут щего момента будет U KAgSin2aft. а после двухкратного интегрировани  на выходе RC-цепочки Uey Ki sin2nft. Этот сигнал имеет амплитуду, пропорциональную квадрату крут щего момента и обратно пропорциональную квадрату частоты и, будучи поданным на измерительный орган регул тора напр жени , обеспечивает такое регулирование напр жение, которое создает оптимальную нагрузку на ветродвигатель . Однако при пуске от ветроэлектрического агрегата электродвигател  соизмеримой мощности на период пуска двигател  (0,3-0,5 с) может потребоватьс  работа ветроагрегата с нагрузкой, превышающей ее оп;:«; ;7Joe значениГтакГ 7ратТоГрем7нна  перегрузка оказываетс  возможной за счет использовани  кинетической энергии ветроколеса , которое при набросе нагрузки на ветроагрегат снижает частоту вращени , отдава  эту энергию через вал и редуктор генератору. f t t fj Обеспечение пуска электродвигател  соизмеримой мощности в предлагаемом устроистве достигаетс  тем, что в цепь нагрузки ветроагрегата к выходу коммутирующего устройства подключено реле напр жени , размыкающий контакт которого включен в измерительную цепь датчика крут щего момента, а замыкающий контакт включен в цепь питани  реле времени, причем замыкающий контакт последнего соединен параллельно размыкающему контакту реле напр жени . При включении нагрузки, например двигател , соизмеримой с генератором ветроагрегата мощности, по вление напр жени  на выходе коммутирующего устройства приводит к срабатыванию реле напр жени , размыкающий контакт которого размыкает цепь, формирующую контролируемый измерительным органом регул тора напр жени  сигнал. При этом крут щий момент на валу ветроколеса может превысить оптимальное значение, и это превышение произойдет без отработки регул тора напр жени  на снижение величины выходного напр жени . Одновременно замыкающий контакт реле напр жени  включает цепь питани  реле времени , определ ющее временной интервал, в котором возможна неконтролируема  перегрузка ветродвигател  по крут щему моменту . Включение цепи, соедин ющей датчик крут щего момента со входом RC-цепочки произойдет только после срабатывани  реле времени.

Такое техническое решение позвол ет ветродвигателю кратковременно развивать момент больше номинального, что бывает необходимо дл  успешного пуска электродвигателей соизмеримой мош,ности, включаемых под нагрузкой.

На чертеже представлена схема предлагаемого ветроэлектрического агрегата.

Ветроэлектрический агрегат содержит ветроколесо 1, жестко закрепленное на валу 2, редуктор 3, синхронный генератор 4, стабилизатор напр жени  5, подключенный к зажимам генератора 4, регул тор выходного напр жени  6, содержащий измерительный орган 7 регул тора напр жени  и исполнительный орган 8. К выходным зажимам регул тора напр жени  6 присоединено коммутирующее устройство 9, к выходу которого подключено реле напр жени  10. На валу 2 установлен параметрический датчик 11 крут щего момента, цепь питани  датчика 11 подключена к стабилизатору 5, а измерительна  цепь датчика 11 через размыкающий контакт 12 реле напр жени  10 подключена к двухступенчатой интегрирующей RC-цепочке 13, выходна  цепь которой соединена с измерительным органом 7 регул тора напр жени  6. Цепь питани  реле времени 14 присоединена к стабилизатору 5 через замыкающий контакт 15 реле напр жени  10, а замыкающий контакт 16 реле времени 14 присоединен параллельно размыкающему контакту 12 реле напр жени  10.

Ветроэлектрический агрегат работает следующим образом. При по влении рабочей скорости ветра ветроколесо 1 начинает вращатьс  и приводит во вращение через вал 2 и редуктор 3 генератор 4. При некотором значении частоты вращени  генератор 4 возбуждаетс , и на его зажимах, а также зажимах регул тора напр жени  6 и на выходе стабилизатора 5 по вл етс  напр жение .

Если ветроэлектрический агрегат не нагружен , на выходных зажимах регул тора 6 установитс  максимальное расчетное напр жение .

При работе ветроагрегата под нагрузкой , когда коммутирующее устройство 9 включено, включены также реле напр жени  10 и реле времени 14. На выходе датчика 11 крут щего момента при этом по вл етс  сигнал, амплитуда которого пропорциональна крут щему моменту на валу 2, а частота равна частоте тока генератора 4. Этот сигнал через замыкающий контакт 16 поступает на вход двухступенчатой интегрирующей RC-цепочки 13. На выходе RCцепочки 13 будет сигнал, амплитуда которого пропорциональна Дв/уСигнал с выхода RC-цепочки 13 поступает на вход измерительного органа 7 регул тора напр жени  6, а на выходе измерительного органа 7 по вл етс  сигнал рассогласовани , который поступит на исполнительный орган 8 регул тора напр жени  6. Пусть в текущий момент времени мощность , потребл ема  нагрузкой от ветроэлектрического агрегата и определ ема  его выходным напр жением, мала и не обеспечивает максимального использовани  той мощности , которую может развить ветродвигатель . При этом амплитуда выходного сигнала датчика 11 крут щего момента, а следовательно , и амплитуда сигнала на входе измерительного органа 7 регул тора напр жени  6 бадет меньше оптимальной величины (задани ), и исполнительный орган 8 регул тора напр жени  6 начнет увеличи вать выходное напр жение ветроэлектрического агрегата. Потребл ема  от него мощность будет увеличиватьс . Это увеличение будет происходить до тех пор, пока контролируемый сигнал (/Cig/f ) не достигнет заданного (оптимального)значени .

Если ветроэлектрический агрегат окажетс  перегруженным, контролируемый сигнал/tl /f будет больше оптимальной величины , и регул тор напр жени  6 будет уменьшать выходное напр жение, и следовательно , нагрузку на ветродвигатель, пока последн   не достигнет оптимального значени .

В результате предложенный ветроэлектрический агрегат обеспечивает выполнение услови  оптимального агрегатировани  ветродвигател  с нагрузкой в соответствии с соотношением

XJB/f-- BH/fV ° При пуске электродвигателей соизмеримой с генератором ветроагрегата мощности от ветродвигател  на врем  пуска может потребоватьс  (0,3-0,5с) развить момент, больший, чем определено заданием. Возможность такой перегрузки, необходимой дл  успешного пуска электродвигателей, обеспечиваетс  следующим образом. При пуске электродвигател  включают коммутирующее устройство 9 (например, контактор ), в результате на его выходе по вл етс  напр жение, и включаетс  реле напр жени  10, при срабатывании которого размыкаетс  контакт 12, отключа  измерительную цепь датчика 11 от двухступенчатой интегрирующей цепочки 13 и тем самым от измерительного органа 7 регул тора напр жени  6. Одновременно замыкаетс  контакт 15 реле напр жени  10, и обмотка реле времени 14 подключаетс  к стабилизатору 5. Уставка реле времени 14 выбираетс  большей времени пуска электродвигател . При срабатывании контакта 16 св зь между датчиком 11 крут щего момента и измеритель