ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2299356
ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА
Имя изобретателя: Оськин Сергей Владимирович (RU); Харченко Дмитрий Павлович (RU); Харченко Павел Михайлович
Имя патентообладателя: Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кубанский государственный аграрный университет
Адрес для переписки: 350044, г.Краснодар, ул. Калинина, 13, КГАУ, ПИО
Дата начала действия патента: 2006.02.22
Изобретение относится к
электроэнергетике и предназначено для
преобразования энергии ветра в
электрическую энергию. Технический
результат, заключающийся в повышении
надежности работы установки в режимах
переключения обмоток n-полюсного
асинхронного многоскоростного генератора,
обеспечивается за счет того, что в
ветроэнергетической установке, состоящей
из последовательно соединенных
ветродвигателя, передаточного устройства,
датчика скорости, электромагнитной муфты, n-полюсного
асинхронного генератора, выводы которого
соединены через устройство коммутации с
конденсаторами возбуждения,
дополнительными конденсаторами,
устройством стабилизации напряжения,
формирователем импульсов, который соединен
с первым входом устройства синхронизации, а
его второй вход соединен с задающим
генератором частоты, при этом выход
устройства синхронизации соединен со
входом усилителя, выход которого соединен с
обмоткой управления электромагнитной
муфты, согласно изобретению устройство
коммутации выполнено в виде ячеек на
бесконтактных силовых элементах -
симисторах, а датчик скорости -
однолинейным, при этом ветроэнергетическая
установка содержит блок анализа и
управления, вход которого соединен с
датчиком скорости, а выходы - с ячейками
устройства коммутации.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к
электроэнергетике и предназначено для
преобразования энергии ветра в
электрическую при стабильных параметрах
выходной частоты и напряжения.
Известна "Ветроэлектрическая
установка с инерционным аккумулятором
энергии" (а.с. №951626, МКИ Н02Р 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 снабжена
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.
Недостатком известного устройства
являются низкие энергетические показатели
по причине многократного преобразования
электроэнергии.
Известно изобретение (см. патент RU №2133375,
F03D 7/00 от 20.07.1997 г.), состоящее из
ветродвигателя, передаточного устройства,
датчика частоты, n-полюсного асинхронного
генератора с конденсаторами возбуждения,
устройства коммутации. При этом
подключение нагрузки происходит в функции
скорости ветра. Недостатком известного
технического решения являются низкие
энергетические показатели в диапазоне
переключения полюсов и невысокая
стабильность частоты и напряжения.
В качестве прототипа нами выбрано
изобретение (патент RU №222531, 7 F03D 7/04 от 01.07.2002
г.), состоящее из ветродвигателя,
передаточного устройства, датчика скорости,
n-полюсного асинхронного генератора с
конденсаторами возбуждения, устройства
коммутации, дополнительно содержащее
электромагнитную муфту с обмоткой
управления, дополнительные конденсаторы,
устройство стабилизации напряжения,
формирователь импульсов, задающий
генератор частоты, устройство
синхронизации и усилитель, причем
ветродвигатель через передающее
устройство соединен с датчиком скорости и
ведущим валом электромагнитной муфты,
которая выходным валом соединена с ротором
n-полюсного многоскоростного асинхронного
генератора, обмотки которого соединены со
входом блока коммутации, выход которого
соединен 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 электромагнитной муфты.
Такое изобретение, как показал опыт его
эксплуатации, имеет серьезные преимущества
по сравнению с другими. Однако известное
изобретение имеет недостатки,
заключающиеся в невысокой надежности и
конструктивной сложности системы
управления и коммутации обмоток n-полюсного
асинхронного генератора, в частности:
1. Сложность конструктивного исполнения
датчика скорости (как указано, он имеет на
выходе исполнительные элементы по
количеству, равному числу переключаемых
пар полюсов генератора).
2. Невысокая надежность блока коммутации
обмоток n-полюсного асинхронного
генератора.
Техническим решением предлагаемого
изобретения является устранение указанных
недостатков, а именно повышение надежности
работы ветроэнергетической установки в
режимах переключения обмоток n-полюсного
асинхронного генератора.
Поставленная задача достигается тем, что
в ветроэнергетической установке, состоящей
из последовательно соединенных
ветродвигателя, передаточного устройства,
датчика скорости, электромагнитной муфты, n-полюсного
асинхронного генератора, выводы которого
соединены через устройство коммутации с
конденсаторами возбуждения,
дополнительными конденсаторами,
устройством стабилизации напряжения,
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,
выход которого соединен с обмоткой
управления электромагнитной муфты,
согласно изобретению устройство
коммутации выполнено в виде ячеек на
бесконтактных силовых элементах -
симисторах, а датчик скорости -
однолинейным, при этом ветроэнергетическая
установка содержит блок анализа и
управления, вход которого соединен с
датчиком скорости, а выходы - с ячейками
устройства коммутации.
Новизна технического решения обусловлена
тем, что применена более надежная система
переключения обмоток n-полюсного
асинхронного генератора: однолинейный
датчик скорости - блок анализа и управления
- бесконтактный блок коммутации обмоток n-полюсного
асинхронного генератора на симисторах.
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.
Сущность изобретения поясняется
чертежами, где на фиг.1 изображена схема
ветроэнергетической установки; на фиг.2 -
таблица состояний переключающих ячеек и
механические характеристики
ветроэнергетической установки в различных
режимах работы.
 |
Ветроэнергетическая установка содержит
ветроколесо 1, соединенное с передающим
устройством 2, выход передающего устройства
соединен с однолинейным датчиком скорости 3
и ведущим валом электромагнитной муфты 4,
выходной вал которой соединен ротором n-полюсного
асинхронного многоскоростного генератора 5
с обмотками 6, 7 и 8, соединенными со входом
блока коммутации 10, состоящего из
бесконтактных ячеек 11, 12, 13 и 14, при этом
датчик скорости соединен со входом блока
анализа и управления 9, выход которого
соединен с управляющими входами ячеек 11, 12,
13 и 14 блока коммутации 10, выход блока
коммутации соединен с конденсаторами
возбуждения 15, дополнительными
конденсаторами 16, устройством стабилизации
напряжения 17 и формирователем импульсов 18,
который соединен с первым входом
устройства синхронизации 19, а его второй
вход соединен с задающим генератором
частоты 20, выход устройства синхронизации
соединен со входом усилителя 21, который
соединен с обмоткой управления 22
электромагнитной муфты 4.
|
| |
|
 |
Установка работает следующим образом. В
начальный момент времени на обмотку 22
электромагнитной муфты 4 подается
постоянное напряжение, создается
максимальный крутящий момент, и ротор
асинхронного генератора вращается со
скоростью ведущего вала. Ячейка 11 блока
коммутации подключает конденсаторы
возбуждения 15 и дополнительные 16 к обмотке 6
генератора с большим числом пар полюсов.
При достижении ротором асинхронного
генератора заданной скорости последний
возбуждается, и, посредством ячейки 14,
напряжение подается к нагрузке (рабочая
точка А на механической характеристике, фиг.2).
|
В диапазоне скоростей от А до В
стабилизация скорости и частоты
асинхронного генератора происходит за счет
скольжения в электромагнитной муфте 4,
управляемой через усилитель 21, устройством
синхронизации 19, выходной сигнал которого
зависит от разницы выходных сигналов
формирователя импульсов 18 и задающего
генератора 20. При дальнейшем увеличении
скорости ветра и скорости вращения
ведущего вала электромагнитной муфты (выше
точки В, фиг.2) блок анализа и управления 9,
анализирующий сигнал с датчика скорости 3,
вырабатывает управляющие сигналы для
соответствующих ячеек блока коммутации, и
происходит переключение конденсаторов 15 и
16 на обмотку 7 с меньшим числом пар полюсов.
Асинхронный генератор переходит в
следующий режим работы (участок В-С, фиг.2),
где стабилизация частоты и скорости опять
достигается за счет электромагнитной муфты.
Аналогичным образом, при достижении
верхней отметки скорости вала в этом
диапазоне, происходит переключение
конденсаторов на обмотку 8, и асинхронный
генератор переходит в следующий режим (участок
С-D, фиг.2).
Таким образом, переключение обмоток
асинхронного генератора происходит по
закону:
где w1 - радиальная скорость вращения
вала передаточного устройства.
Вышесказанное позволяет заключить, что
коммутационному блоку необходимо обладать
большим быстродействием, что легко
достигается при использовании
бесконтактных переключающих элементов.
Схема одной переключающей ячейки проста:
три оптоэлектронных симистора, управляющие
электроды которых объединены в один общий
управляющий вывод. Датчик скорости выдает
сигнал (напряжение, импульсы), зависящий от
скорости вращения выходного вала
передающего устройства. Блок анализа и
управления может быть реализован на
микросхемах ТТЛ-логики либо на
микроконтроллере.
Достоинства представленного
технического решения заключаются в высокой
надежности работы ветроэнергетической
установки за счет полного отсутствия
контактной схемы при переключении обмоток
генератора, сравнительно простой схемной
реализации при стабильных параметрах
выходной частоты и напряжения.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ветроэнергетическая установка,
состоящая из последовательно
соединенных ветродвигателя,
передаточного устройства, датчика
скорости, электромагнитной муфты, n-полюсного
асинхронного генератора, выводы которого
соединены через устройство коммутации с
конденсаторами возбуждения,
дополнительными конденсаторами,
устройством стабилизации напряжения,
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, выход которого
соединен с обмоткой управления
электромагнитной муфты, отличающаяся тем,
что устройство коммутации выполнено в
виде ячеек на бесконтактных силовых
элементах - симисторах, а датчик скорости
- однолинейным, при этом
ветроэнергетическая установка содержит
блок анализа и управления, вход которого
соединен с датчиком скорости, а выходы - с
ячейками устройства коммутации.
Версия для печати
Дата публикации 26.05.2007гг
вверх
|
