Устройство стабилизации напряжения и частоты ветроэлектрической установки



Устройство стабилизации напряжения и частоты ветроэлектрической установки
Устройство стабилизации напряжения и частоты ветроэлектрической установки
Устройство стабилизации напряжения и частоты ветроэлектрической установки

 


Владельцы патента RU 2499352:

Федеральное государственное бюджетное 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. Для достижения технического результата - повышения надежности работы и улучшения массогабаритных показателей в качестве асинхронного генератора использован односкоростной асинхронный генератор с короткозамкнутым ротором (5), статорные обмотки которого соединены с нагрузкой и системами стабилизации напряжения (10) и частоты (9). Система стабилизации напряжения (10) содержит блок конденсаторов возбуждения (11), выпрямитель (12), транзистор (13), усилитель импульсов (14), трансформаторно-выпрямительный блок (17). Входы трансформаторно-выпрямительного блока (17) являются входами системы стабилизации напряжения (10), выход трансформаторно-выпрямительного блока (17) соединен с первым входом формирователя импульсов (15), а его второй вход соединен с выходом задающего генератора (16), выход формирователя импульсов (15) через усилитель импульсов (14) подключен к управляющим электродам транзистора (13), эмиттер-коллекторный переход которого подключен к входу выпрямительного блока (12), выход выпрямительного блока (12) соединен с выходом асинхронного генератора (5) через блок конденсаторов возбуждения (11). Система стабилизации частоты (9) содержит транзистор (21), генератор импульсов (18), трансформаторно-выпрямительный блок (20) и усилитель импульсов (19). 3 ил.

 

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

Известно устройство (а.с. СССР №1443119, 1988), состоит 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 генератора, системы стабилизации напряжения, электромагнитной муфты с обмоткой управления и системы стабилизации частоты, состоящей из формирователя импульсов, задающего генератора и усилителя импульсов.

Недостатками устройства являются завышенная масса и сложная конструкция генератора электрической энергии, что снижает показатели его надежности.

Техническим решением предлагаемого изобретения является повышение надежности работы и улучшение массогабаритных показателей генератора электрической энергии.

Техническое решение достигается тем, что в устройстве стабилизации напряжения и частоты ветроэлектрической установки, содержащем ветроколесо, асинхронный генератор, электромагнитную муфту с обмоткой управления и системы стабилизации напряжения и частоты, состоящие из формирователя импульсов, задающего генератора и усилителя импульсов, согласно изобретению в качестве асинхронного генератора использован односкоростной асинхронный генератор с короткозамкнутым ротором, статорные обмотки которого соединены через выходные зажимы с нагрузкой и системами стабилизации напряжения и частоты, система стабилизации напряжения содержит блок конденсаторов возбуждения, выпрямитель, первый транзистор, первый усилитель импульсов, первый трансформаторно-выпрямительный блок, причем первый, второй и третий входы первого трансформаторно-выпрямительного блока являются входами системы стабилизации напряжения, выход первого трансформаторно-выпрямительного блока соединен с первым входом формирователя импульсов, а его второй вход соединен с выходом задающего генератора, выход формирователя импульсов через первый усилитель импульсов, подключен к управляющим электродам первого транзистора, эмиттер-коллекторный переход которого подключен к входу выпрямительного блока, выход выпрямительного блока соединен с выходом асинхронного генератора через блок конденсаторов возбуждения, система стабилизации частоты содержит второй транзистор, генератор импульсов, второй трансформаторно-выпрямительный блок и второй усилитель импульсов, причем первый, второй и третий входы второго трансформаторно-выпрямительного блока являются входами системы стабилизации частоты, первый выход второго трансформаторно-выпрямительного блока соединен с входом генератора 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 заявляемого предложения обусловлена тем, что в качестве генератора электрической энергии использована упрощенная конструкция асинхронного генератора с емкостным возбуждением и упрощенные схемы стабилизации его напряжения и частоты, что позволяет повысить надежность работы и улучшить массогабаритные показатели генератора электрической энергии.

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 ветроэлектрической установки; на фиг.2 - диаграммы напряжений, поясняющие работу системы стабилизации частоты; на фиг.3 - диаграммы напряжений, поясняющие работу системы стабилизации напряжения.

Устройство стабилизации напряжения и частоты ветроэлектрической установки содержит ветроколесо 1, соединенное с мультипликатором 2 (редуктором), выход которого соединен через ведущий вал с электромагнитной муфтой 3, имеющей обмотку управления 4, с короткозамкнутым ротором асинхронного генератора 5, к выводам 6, 7 и 8 которого подключается нагрузка, система стабилизации частоты 9 и система стабилизации напряжения 10, система стабилизации напряжения 10 содержит блок конденсаторов возбуждения 11, выпрямитель 12, первый транзистор 13, первый усилитель импульсов 14, формирователь импульсов 15, задающий генератор 16, первый трансформаторно-выпрямительный блок 17, вход которого соединен с выходами асинхронного генератора 6, 7 и 8, выход первого трансформаторно-выпрямительного блока 17 соединен с первым входом формирователя импульсов 15, а его второй вход соединен с выходом задающего генератора 16, выход формирователя импульсов 15 через первый усилитель импульсов 14, подключен к управляющим электродам первого транзистора 13, эмиттер-коллекторный переход которого подключен к входу выпрямительного блока 12, выход выпрямительного блока 12 соединен с выходом асинхронного генератора 5 через блок конденсаторов возбуждения 11. Система стабилизации частоты 9 содержит генератор 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, первый выход второго трансформаторно-выпрямительного блока 20 соединен с входом генератора импульсов 18, выход которого через второй усилитель импульсов 19 соединен с управляющими входами второго транзистора 21, второй выход второго трансформаторно-выпрямительного блока 20 через эмиттер-коллекторный переход второго транзистора 21 соединен с началом обмотки управления 4 электромагнитной муфты 3, конец которой соединен с третьим выходом трансформаторно-выпрямительного блока 20.

Устройство стабилизации напряжения и частоты ветроэлектрической установки работает следующим образом.

Мультипликатор 2 увеличивает частоту вращения ветроколеса 1 с n1 до n2 (фиг.1). Ведущий вал электромагнитной муфты 3 и соответственно короткозамкнутый ротор асинхронного генератора 5 также вращаются с частотой n2. Через обмотку управления 4 электромагнитной муфты 3 протекает постоянный ток. Асинхронный генератор 5 возбуждается за счет емкостного тока блока конденсаторов возбуждения 11 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 системы стабилизации 9 и 10 автоматически осуществляют стабилизацию частоты и напряжения.

Система стабилизации частоты 9 работает следующим образом. На вход генератора импульсов 18 поступает сигнал uBC (фиг.2, а) от вторичных обмоток второго трансформаторно-выпрямительного блока 20, синхронный с частотой выходного напряжения асинхронного генератора, генератор импульсов 18 формирует импульсы управления uУ1 при переходе синусоидального напряжения через ноль (фиг.2, а, б), которые через второй усилитель импульсов 19 поступают на управляющие электроды второго транзистора 21. Длительность импульсов может регулироваться схемами задержки. К примеру, если частота напряжения увеличилась (фиг.2, в), тогда увеличится частота управляющего сигнала uУ1 (фиг.2, г) и увеличится общее время открытого состояния второго 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.

Система стабилизации напряжения 10 (фиг.3) работает следующим образом.

На первый вход формирователя импульсов 15 поступает сигнал постоянного тока от первого трансформаторно-выпрямительного блока 17, пропорциональный выходному напряжению асинхронного генератора 5 uТВБ, а на второй его вход поступает сигнал от задающего генератора 16 uЗГ пилообразной формы (фиг.3, а). Когда uЗГ>uТВБ, формирователь импульсов управления 15 формирует сигнал uУ (фиг.3, б), который через первый усилитель импульсов 14 поступает на управляющие электроды первого транзистора 13. К примеру, если напряжение на выводах 6, 7 и 8 асинхронного генератора уменьшится, тогда уменьшится напряжение постоянного тока на выходе первого трансформаторно-выпрямительного блока 17 (фиг.3, в), увеличится длительность сигнала управления uУ, увеличится угол управления транзистора с α1 до α2 (фиг.3, г) и, соответственно, увеличится время открытого состояния первого транзистора 13, а это приведет к увеличению емкостного тока блока конденсаторов возбуждения и обеспечит компенсацию реактивной мощности, что приводит к увеличению (стабилизации) напряжения на выходе асинхронного генератора 5 и соответственно устройства стабилизации напряжения.

Устройство стабилизации напряжения и частоты ветроэлектрической установки, содержащее ветроколесо, асинхронный генератор, электромагнитную муфту с обмоткой управления и систему стабилизации напряжения и частоты, состоящую из формирователя импульсов, задающего генератора и усилителя импульсов, отличающееся тем, что в качестве асинхронного генератора использован односкоростной асинхронный генератор с короткозамкнутым ротором, статорные обмотки которого соединены через выходные зажимы с нагрузкой и системами стабилизации напряжения и частоты, система стабилизации напряжения содержит блок конденсаторов возбуждения, выпрямитель, первый транзистор, первый усилитель импульсов, первый трансформаторно-выпрямительный блок, причем первый, второй и третий входы первого трансформаторно-выпрямительного блока являются входами системы стабилизации напряжения, выход первого трансформаторно-выпрямительного блока соединен с первым входом формирователя импульсов, а его второй вход соединен с выходом задающего генератора, выход формирователя импульсов через первый усилитель импульсов подключен к управляющим электродам первого транзистора, эмиттер-коллекторный переход которого подключен к входу выпрямительного блока, выход выпрямительного блока соединен с выходом асинхронного генератора через блок конденсаторов возбуждения, система стабилизации частоты содержит второй транзистор, генератор импульсов, второй трансформаторно-выпрямительный блок и второй усилитель импульсов, причем первый, второй и третий входы второго трансформаторно-выпрямительного блока являются входами системы стабилизации частоты, первый выход второго трансформаторно-выпрямительного блока соединен с входом генератора 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 электротехнике и предназначено для преобразования энергии ветра в электрическую энергию при стабильных параметрах выходного напряжения и частоты.

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 средствам генерации и накопления электрической энергии. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей. Устройство аккумулирования энергии при использовании механического накопителя энергии на основе спиральной пружины содержит корпус, педальный привод, коробку передач, ручки коробки передач, панель управления, индикатор, валы, механический накопитель энергии, состоящий из спиральной пружины, блокиратор, датчик, обратимую электромашину, преобразователь, коммутаторы, выпрямитель, устройство сравнения, систему управления. Коробка передач предназначена для изменения частоты и крутящего момента при передаче вращения между валами и педальным приводом в разных режимах работы устройства. Вращение от педального привода через вал с помощью коробки передач может передаваться в накопитель за счет закрутки спиральной пружины. Так может осуществляться запасание механической энергии. Информация о состоянии спиральной пружины фиксируется датчиком, а ее фиксация или освобождение определяется блокиратором. Обратимая электромашина используется как в режиме двигателя, так и в режиме генератора. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроэнергетических системах распределения генерируемой электроэнергии. Техническим результатом является обеспечение эксплуатационной надежности электроэнергетической системы за счет трансформации отношения между тихоходным и быстроходным валами для исключения режима аварийного перехода генераторов в асинхронный режим. Электромеханическая система состоит из двигателя, выполненного с функцией преобразования тепловой энергии во вращение выходного элемента, и кинематически связанного с по крайней мере одним генератором, который через блок измерения частоты сети, напряжения, фазы, угла нагрузки связан с потребителем. Система снабжена электромагнитной трансмиссией с переменным передаточным отношением, размещенной в кинематической цепи связи двигателя, с по крайней мере одним генератором и выполненной в виде кольцевого ротора синхронной машиной с постоянными магнитами, внутри которой размещен ротор асинхронной машины с вращающимся магнитным полем, созданным постоянными магнитами, при этом между ними размещена многофазная обмотка управления, которая обеспечивает изменение передаточного отношения между тихоходным и быстроходным валами. 11 ил.
Наверх