Система преобразования и стабилизации электрического напряжения возобновляемого источника энергии (варианты)

 

Изобретение относится к системе преобразования электрического переменного напряжения в переменное с промежуточным преобразованием в постоянный ток, с использованием электромашинного преобразователя для изменения напряжения и числа фаз со стабилизацией по частоте и напряжению и содержит несколько генераторов постоянного тока, выпрямителей, буферную аккумуляторную станцию, реверсивный электронный регулятор частоты вращения вала электродвигателя постоянного тока, приводной электродвигатель постоянного тока с тахогенератором и синхронный генератор. Система преобразования эффективна в силу согласованного махового момента приводного электродвигателя и синхронного генератора. Мощность выходного трехфазного напряжения может наращиваться отдельными модулями. Изобретение может преимущественно использоваться в свободнопоточных гидроэлектростанциях. Технический результат - повышение стабильности выходного напряжения. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к преобразователям напряжения с последующей стабилизацией напряжения и частоты для электроэнергии, получаемой со свободнопоточных гидроэлектростанций и может использоваться в системах энергопитания, вырабатываемых возобновляемыми источниками энергии (такими как ветроэлектростанции, солнечные электростанции, тепловые электростанции, геотермальные электростанции и др.).

Известно изобретение "Устройство для питания нагрузки", патент РФ N 1709461, H 01 J 7/35, предназначенное для питания постоянным током от генератора постоянного тока со стабильной частотой вращения и включающее в себя: генератор постоянного тока, буферную аккумуляторную батарею, систему ограничения тока нагрузки. Недостатком данного устройства является то, что невозможно использовать его для нестабильного вращающегося ротора генератора постоянного тока и для потребителей переменного тока.

Известно изобретение "Устройство" для защиты от превышения частоты вращения электромагнитного преобразователя", патент РФ N 1569930, H 02 H 7/093, в котором приводной двигатель постоянного тока, имеющий регулятор частоты вращения, связан по валу с синхронным генератором. Данное устройство позволяет стабилизировать частоту и напряжение выходного синхронного генератора регулятором частоты вращения приводного электродвигателя постоянного тока при наличии постороннего источника электропитания. Недостатком данного устройства является то обстоятельство, что невозможно его использовать при отсутствии постороннего источника электропитания или при наличии нестабильного источника переменного напряжения.

Предлагаемое изобретение представляет собой многоканальное соединение генераторов постоянного тока, работающих на одну буферную аккумуляторную станцию. Так как валы каждого из генераторов постоянного тока крутит гидравлическая часть свободнопоточной гидроэлектростанции, то вращение вала нельзя стабилизировать, т.к. нет обратной связи между скоростью течения реки и частотой вращения вала генератора постоянного тока. Поэтому каждый генератор постоянного тока заряжает свой аккумулятор или конденсатор через выпрямитель. Буферная аккумуляторная станция содержит как минимум два аккумулятора или конденсатора, соединенные последовательно или параллельно для получения необходимого напряжения на выходе аккумуляторной станции. В виде варианта выполнения системы буферная аккумуляторная станция может содержать по меньшей мере три аккумулятора и конденсатора, соединенные параллельно и последовательно. Мощность аккумуляторной станции определяется суммарной мощностью генераторов постоянного тока.

Напряжением аккумуляторной станции запитывается реверсивный электронный регулятор частоты вращения вала приводного электродвигателя постоянного тока. На валу реверсивного приводного электродвигателя постоянного тока расположен тахогенератор, который имеет связь с электронным регулятором частоты вращения. Вал приводного электродвигателя постоянно тока кинематически соединен с валом синхронного трехфазного генератора. Регулятор частоты вращения стабилизирует частоту оборотов на заданном уровне, для получения стабильной частоты и напряжения на выходе синхронного генератора. Для оптимального преобразования электрической мощности буферной аккумуляторной станции механический маховый момент приводного электродвигателя согласуется с маховым моментом синхронного генератора, причем электродвигатель постоянного тока выбирается с наибольшим маховым моментом, а синхронный генератор с минимальным маховым моментом, для определенных номинальных мощностей.

Предлагаемое изобретение представлено на чертеже, где 1 - генераторы постоянного тока, 2 - выпрямители, 3 - буферная аккумуляторная станция, 4 - реверсивный электронный регулятор частоты вращения вала электродвигателя постоянного тока, 5 - тахогенератор, 6 - электродвигатель постоянного тока, 7 - синхронный генератор.

Несколько генераторов 1 постоянного тока заряжают буферную аккумуляторную станцию 3 через выпрямители 2. Цепь питания реверсивного электронного регулятора частоты вращения вала электродвигателя 4 постоянного тока связана с аккумуляторной станцией 3, цепь управления связана с тахогенератором 5, исполнительная цепь связана с приводным реверсивным электродвигателем 6 постоянного тока, причем последний связан кинематически по валу с валом синхронного генератора.

Сопоставительный анализ с аналогом позволяет сделать вывод, что заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения "новизна".

Повышение экономичности и эффективности системы достигается: за счет использования стандартных отработанных моделей электродвигателей и генераторов, за счет согласования напряжения и мощности потребления, за счет согласования механических характеристик электродвигателя постоянного тока и синхронного генератора, за счет преобразования нестабильного переменного напряжения в постоянный вид тока, а затем путем запитывания согласованного по механическим характеристикам электродвигателя достигается стабилизация частоты вращения его вала и получение на выходе стабилизированного трехфазного напряжения.

При поиске в патентной и научно-технической литературе не обнаружено системы преобразования и стабилизации электрического напряжения возобновляемых источников энергии с генератором постоянного тока, реверсивным регулятором частоты вращения вала электродвигателя постоянного тока, буферной аккумуляторной станцией, выпрямителями, электродвигателем постоянного тока, синхронным генератором. Таким образом, предложенное техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

Использование предлагаемой системы повышает эффективность свободнопоточных гидроэлектростанций. Позволяет суммарную мощность доводить до необходимой потребителю путем суммирования мощностей отдельных модулей. Позволяет использовать нестабильное напряжение путем его преобразования для запитывания промышленных потребителей стабильным трехфазным напряжением.

Формула изобретения

1. Система преобразования и стабилизации электрического напряжения возобновляемого источника энергии, содержащая по меньшей мере два генератора постоянного тока, которые через выпрямители связаны с буферной аккумуляторной станцией, содержащей как минимум два аккумулятора или конденсатора, соединенных последовательно или параллельно, причем к аккумуляторной станции присоединена цепь питания реверсивного электронного регулятора частоты вращения, который связан по цепи управления с тахогенератором, а по исполнительной цепи - с реверсивным приводным электродвигателем постоянного тока, на валу которого расположен тахогенератор, а также вал реверсивного приводного электродвигателя постоянного тока кинематически соединен с валом синхронного генератора, а маховый момент реверсивного приводного электродвигателя постоянного тока согласован с маховым моментом синхронного генератора.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что возобновляемым источником электроэнергии является свободнопоточная гидроэлектростанция.

3. Система преобразования и стабилизации электрического напряжения возобновляемого источника энергии, содержащая по меньшей мере два генератора постоянного тока, которые через выпрямители связаны с буферной аккумуляторной станцией, содержащей по меньшей мере три аккумулятора и конденсатора, соединенных параллельно и последовательно, причем к аккумуляторной станции присоединена цепь питания реверсивного электронного регулятора частоты вращения, который связан по цепи управления с тахогенератором, а по исполнительной цепи - с реверсивным приводным электродвигателем постоянного тока, на валу которого расположен тахогенератор, а также вал реверсивного приводного электродвигателя постоянного тока кинематически соединен с валом синхронного генератора, а маховый момент реверсивного приводного электродвигателя постоянного тока согласован с маховым моментом синхронного генератора.

4. Система по п. 3, отличающаяся тем, что возобновляемым источником энергии является свободнопоточная гидроэлектростанция.

РИСУНКИ

Рисунок 1