Устройство стабилизации напряжения и частоты ветроэнергетической установки



Устройство стабилизации напряжения и частоты ветроэнергетической установки
Устройство стабилизации напряжения и частоты ветроэнергетической установки
Устройство стабилизации напряжения и частоты ветроэнергетической установки

 


Владельцы патента RU 2443903:

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет" (RU)

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 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. Техническим результатом является улучшение массогабаритных показателей и КПД устройства. 3 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для преобразования энергии ветра в электрическую энергию при стабильных параметрах выходного напряжения и частоты.

Известно устройство (авт. св. СССР №1443119, 1988), состоящее из асинхронного генератора, реакторов, конденсаторов, блоков фазового управления, инвертора, коммутационных тиристоров и трансформатора. Недостатками устройства являются низкие эксплуатационно-технические характеристики.

Наиболее близким по техническому решению является устройство (патент РФ №2225531, F03D 7/04, Бюл. №7, 2004), состоящее 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.

Техническим решением предлагаемого изобретения является улучшение массогабаритных показателей и КПД устройства стабилизации напряжения и частоты ветроэнергетической установки.

Техническое решение достигается тем, что в устройстве стабилизации напряжения и частоты ветроэнергетической установки, содержащем ветроколесо, мультипликатор, электромагнитную муфту, блок конденсаторов возбуждения и генератор электроэнергии, согласно изобретению в качестве генератора электроэнергии применяют синхронный генератор с постоянными магнитами, в пазах статорной обмотки которого размещена обмотка подмагничивания, ротор генератора установлен на выходном валу электромагнитной муфты, входной вал которой через мультипликатор соединен с ветроколесом, статорные обмотки генератора соединены с выходными зажимами, с блоком конденсатора возбуждения, с первым, вторым и третьим входами блока стабилизации напряжения, а также с первым, вторым и третьим входами блока стабилизации частоты, блок стабилизации напряжения содержит первый транзистор, первый усилитель импульсов, формирователь импульсов, задающий генератор, первый трансформаторно-выпрямительный блок, причем первый, второй и третий входы первого трансформаторно-выпрямительного блока являются входами блока стабилизации напряжения, первый выход первого трансформаторно-выпрямительного блока соединен с первым входом формирователя импульсов, а его второй и третий выходы соединены с эмиттером первого транзистора и с концом обмотки подмагничивания генератора соответственно, второй вход формирователя импульсов соединен с выходом задающего генератора, выход формирователя импульсов через первый усилитель импульсов соединен с управляющими входами первого транзистора, коллектор которого соединен с началом обмотки подмагничивания синхронного генератора с постоянными магнитами, блок стабилизации частоты содержит второй транзистор, генератор ведущих импульсов и второй трансформаторно-выпрямительный блок, второй усилитель импульсов, причем первый, второй и третий входы второго трансформаторно-выпрямительного блока являются входами блока стабилизации частоты, первый выход второго трансформаторно-выпрямительного блока соединен с входом генератора ведущих импульсов, выход которого через второй усилитель импульсов соединен с управляющими входами второго транзистора, второй выход второго трансформаторно-выпрямительного блока через эмиттер-коллекторный переход второго транзистора соединен с началом обмотки управления электромагнитной муфты, конец которой соединен с третьим выходом трансформаторно-выпрямительного блока.

Новизна заявленного предложения обусловлена тем, что в качестве автономного источника электроэнергии используют бесконтактный синхронный генератор с постоянными магнитами, упрощена схема стабилизации напряжения за счет использования обмотки подмагничивания в конструкции генератора и блока стабилизации напряжения и упрощена схема блока стабилизации за счет использования импульсного способа изменения величины тока обмотки управления электромагнитной муфтой, что позволяет улучшить массогабаритные показатели и КПД устройства стабилизации напряжения и частоты ветроэнергетической установки.

По данным научно-технической и патентной литературы авторам неизвестна заявляемая совокупность признаков, направленная на достижение технического решения, и это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения изобретательскому уровню.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена функциональная схема устройства стабилизации напряжения и частоты ветроэнергетической установки; на фиг.2 - диаграммы напряжений, поясняющие работу блока стабилизации напряжения; на фиг.3 - диаграммы напряжений, поясняющие работу блока стабилизации частоты.

Устройство стабилизации напряжения и частоты ветроэнергетической установки содержит ветроколесо 1, соединенное с мультипликатором 2 (редуктором), выход которого соединен через ведущий вал с электромагнитной муфтой 3, имеющей обмотку управления 4, с ротором синхронного генератора с постоянными магнитами 5, который имеет выводы 6, 7 и 8, к выводам генератора подключены блок конденсаторов возбуждения 9, блок стабилизации напряжения 10, блок стабилизации частоты 11. Блок стабилизации напряжения 10 содержит первый трансформаторно-выпрямительный блок 12, задающий генератор 13, формирователь импульсов 14, первый усилитель импульсов 15, первый транзистор 16, эмиттер-коллекторный переход которого последовательно соединен с обмоткой подмагничивания 17, размещенной в пазах статора синхронного генератора с постоянными магнитами 5 с основной обмоткой. Блок стабилизации частоты 11 содержит генератор ведущих импульсов 18, второй усилитель импульсов 19, второй трансформаторно-выпрямительный блок 20 и второй транзистор 21, эмиттер-коллекторный переход которого последовательно соединен с обмоткой управления 4 электромагнитной муфты 3.

Устройство стабилизации напряжения и частоты ветроэнергетической установки работает следующим образом.

Мультипликатор 2 увеличивает частоту вращения ветроколеса 1 с n1 до n2 (фиг.1). Ведущий вал электромагнитной муфты 3 и соответственно ротор генератора 5 также вращаются с частотой n2. Через обмотку управления 4 электромагнитной муфты 3 и обмотку подмагничивания генератора 5 протекают постоянные токи. Генератор 5 возбуждается за счет магнитного потока, создаваемого постоянными магнитами, и емкостного тока блока конденсаторов возбуждения 9 и на его выводах статорных обмоток 6, 7 и 8 наводится трехфазная система ЭДС. При дестабилизирующих факторах: изменениях частоты вращения ветроколеса 1, отклонениях напряжения на нагрузке и изменениях ее величины и характера блоки стабилизации 10 и 11 автоматически осуществляют стабилизацию напряжения и частоты.

Блок стабилизации напряжения 10 работает следующим образом.

На первый вход формирования импульсов 14 поступает сигнал постоянного тока от трансформаторно-выпрямительного блока 12, пропорциональный выходному напряжению генератора 5 UТВБ, а на второй его вход поступает сигнал от задающего генератора 13 UЗГ пилообразной формы (фиг.2, а). Когда UЗГ<UТВБ, формирователь импульсов управления 14 формирует сигнал UУ1 (фиг.2, б), который через усилитель импульсов 15 поступает на управляющие электроды транзистора 16. К примеру, если напряжение на выводах 6, 7 и 8 генератора увеличится, тогда увеличится напряжение постоянного тока на выходе 12 (фиг.2, в), увеличится длительность сигнала управления UУ1, увеличится угол управления транзистора с α1 до α2 (фиг.2, г) и соответственно увеличится время открытого состояния транзистора 16, а это приведет к увеличению тока подмагничивания в обмотке 17 (фиг.1). Магнитный поток, создаваемый обмоткой 17, направлен встречно рабочему магнитному потоку, создаваемого статорными обмотками генератора 5, поэтому изменяется степень насыщения его магнитопровода и уменьшается напряжение на выводах 6, 7 и 8.

Блок стабилизации частоты 11 работает следующим образом.

На вход генератора ведущих импульсов 18 поступает сигнал UВС (фиг.3, а) от трансформаторно-выпрямительного блока 20, синхронный с частотой выходного напряжения преобразователя, генератор ведущих импульсов 18 формирует импульсы управления UУ2 при переходе синусоидального напряжения через ноль (фиг.3, а, б), которые через усилитель импульсов 19 поступают на управляющие электроды транзистора 21. К примеру, если частота напряжения увеличилась (фиг.3, в), тогда увеличится частота управляющего сигнала UУ2 и увеличится общее время открытого состояния транзистора 21 за период номинальной частоты. Это приведет к увеличению тока в обмотке управления 4 электромагнитной муфты 3 и соответственно к уменьшению крутящего момента на валу ротора генератора и уменьшению частоты напряжения.

Устройство стабилизации напряжения и частоты ветроэнергетической установки, содержащее ветроколесо, мультипликатор, электромагнитную муфту, блок конденсаторов возбуждения и генератор электроэнергии, отличающееся тем, что в качестве генератора электроэнергии применяется синхронный генератор с постоянными магнитами, в пазах статорной обмотки которого размещена обмотка подмагничивания, ротор генератора установлен на выходном валу электромагнитной муфты, входной вал которой через мультипликатор соединен с ветроколесом, статорные обмотки генератора соединены с выходными зажимами, с блоком конденсатора возбуждения, с первым, вторым и третьим входами блока стабилизации напряжения, а также с первым, вторым и третьим входами блока стабилизации частоты, блок стабилизации напряжения содержит первый транзистор, первый усилитель импульсов, формирователь импульсов, задающий генератор, первый трансформаторно-выпрямительный блок, причем первый, второй и третий входы первого трансформаторно-выпрямительного блока являются входами блока стабилизации напряжения, первый выход первого трансформаторно-выпрямительного блока соединен с первым входом формирователя импульсов, а его второй и третий выходы соединены с эмиттером первого транзистора и с концом обмотки подмагничивания генератора соответственно, второй вход формирователя импульсов соединен с выходом задающего генератора, выход формирователя импульсов через первый усилитель импульсов соединен с управляющими входами первого транзистора, коллектор которого соединен с началом обмотки подмагничивания синхронного генератора с постоянными магнитами, блок стабилизации частоты содержит второй транзистор, генератор ведущих импульсов и второй трансформаторно-выпрямительный блок, второй усилитель импульсов, причем первый, второй и третий входы второго трансформаторно-выпрямительного блока являются входами блока стабилизации частоты, первый выход второго трансформаторно-выпрямительного блока соединен с входом генератора ведущих импульсов, выход которого через второй усилитель импульсов соединен с управляющими входами второго транзистора, второй выход второго трансформаторно-выпрямительного блока через эмиттер-коллекторный переход второго транзистора соединен с началом обмотки управления электромагнитной муфты, конец которой соединен с третьим выходом трансформаторно-выпрямительного блока.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в низковольтных комплектных устройствах карьерных экскаваторов электрооборудования горнодобывающих машин.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электропитания. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в генераторах переменного тока. .

Изобретение относится к области электротехники, в частности к полупроводниковой технике, и может быть использовано на электроподвижном составе для управления тяговыми электрическими машинами постоянного тока, электротермическими установками и другими потребителями электроэнергии.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для электропитания объектов. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для возбуждения генераторов, имеющих широкое распространение. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для обеспечения экономного потребления электроэнергии. .

Изобретение относится к устройствам, используемым на транспортных средствах в качестве источника энергии. .

Изобретение относится к электрооборудованию автомобилей и гусеничных машин и может быть использовано в качестве источника энергии в системе электроснабжения. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для электропитания объектов. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в генераторах переменного тока. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для улучшения динамической устойчивости электроэнергетических систем, а также для демпфирования электромеханических колебаний ротора генератора.

Изобретение относится к области электротехники и энергетики, касается особенностей выполнения ветроэлектрических установок и может быть использовано при создании ветроэлектростанций, работающих как в автономном режиме, так и на общую электрическую сеть.

Изобретение относится к ветроэлектроэнергетике и может быть использовано при создании ветроэлектростанций и автоматизации режимов работы ветроэлектростанций, как автономных, так и работающих на общую электрическую сеть.

Изобретение относится к аппаратостроению, в частности к регуляторам отбора мощности от колеса. .

Изобретение относится к электротехнике , а именно к электромашинным системам генерирования многофазного перем. .

Изобретение относится к области ветроэнергетики, а именно к ветроэнергетическим агрегатам, предназначенным для заряда аккумуляторных батарей и электропитания различных потребителей.
Наверх