Система управления ветродвигателем Советский патент 1988 года по МПК F03D7/04 

:П.

.J

(риег

Изобретение относится / к йетро- энергетике, а именно к системам управления ветряным двигател.ем.

Цель изобретения - обеспечение пуска ветродвигателя под нагрузкой и повышение надежности его работы.

На фиг.1 представлена функциональная схема системы управления ветряным двигателем; на фиг.2 - функциональная схема регулятора угла повот рота лопастей; на фиг.З - функциональная схема логического блока.

Система управления ветряным двигателем (фиг.1) снабженным ротором 1 с поворотными лопастями 2, связанными с приводом 3, содержит датчик 4 скорости ветра, датчик 5 угловой скорости ротора 1 и пусковой переключатель 6, подключенные к входу регулятора 7 угла поворота лопастей 2 (фиг.2), выход которого подключен к входу 8 привода 3, датчик 9 угла установки лопастей, источник 10 опорного напряжения, подключенные к входу регулятора 7 угла поворота лопастей 2, который выполнен в .виде двух ключевых элементов 11, 12, последовательно соединенных первого сумматора

13,входы которого подключены к источнику 10 опорного напряжения и датчику 5 угловой скорости ротора 1, первого дифференциального усилителя

14,делителя 15, второго сумматора 16, второй вход которого подключен

к датчику Угла установки лопастей 2, звена 17 с зоной нечувствительности, второго дифференциального усилителя 18, выход которого соединен с приводом 3, логического блока 19, входы которого подключены к выходу первого дифференциального усилителя 14., датчику 5 скорости ротора 1 и пусковому переключателю 6, а выходыэлемента И 20 и при помощи последовательно соединенных первого инвертора

23и элемента задержки 24 - к перво- Cj му входу второго элемента И 20, второго и третьего релейных элементов 25, 26, входы которых объединены и подключены к датчику 4 скорости ветра, причем выход второго релейного

10 элемента 25 подключен к второму входу второго элемента И, выход третьего релейного элемента 26 - к первому входу элемента ИЛИ 21 и при помощи второго инвертора 27 к третьему вхо15 ду второго элемента И 20. , другие входы которого соединены с пусковым переключателем 6 и первым дифференциальным усилителем 14, а вькод - с вторым ключевым элементом и вторым

20 входом первого элемента И 20, выход которого подключен к второму входу элемента ИЛИ 21, а выход последнего к первому ключевому элементу 11.

Система реализует три режима работы.

Первый режим пуск ветродвигателя под нагрузкой. При скорости ветра большей, чем минимально допустимая, но меньшей, чем штормовая, на выходе второго релейного элемента 25 (фиг.З) появляется сигнал логической единицы, сигнализирующий о том, что ветродвигатель может отдавать в нагрузку по35 лезную мощность, а на выходе третьего релейного элемента 26 - логическо- гр нуля/ Угловая скорость ветроколеса равна нулю, поэтому на выходе перво - го релейного элемента 22 - логичес-

40 кий нуль, на выходе элемента задержки

24- логическая единица, а на выходе первого дифференциального усилителя 14 появляется сигнал логической еди30

ницы. Если пусковой переключатель 6 к входам первого 11 и второго 12 клю-д переведен в положение Пуск, то на чевых элементов, причем первый вход выходе второго элемента И 20.появля- первого 11 ключевого элемента подключен к выходу делителя 15, первый выход второго ключевого элемента 12 - к второму входу второго сумматора 16, а вторые выходы ключевых элементов 11, 12 соединены между собой и подключены к общей шине.

Логический блок 19 (фиг.З) вьшол50

ется сигнал логичес1фи единицы, что приводит к включению второго ключевого элемента 12, при этом его коммутирующая часть замьжает цепь, что приводит к обрыву обратной связи по . углу установки лопастей. На выходе первого дифференциального усилителя 14 будет установлен уровень и полярнен в виде двух элементов И 20, 20, 55 ность сигнала, соответствующие вклюэлемента ИЛИ 21, первого релейного элемента 22, вход которого подключен к датчику 5 угловой скорости ротора 1, а выход - к первому входу первого

элемента И 20 и при помощи последовательно соединенных первого инвертора

23и элемента задержки 24 - к перво- му входу второго элемента И 20, второго и третьего релейных элементов 25, 26, входы которых объединены и подключены к датчику 4 скорости ветра, причем выход второго релейного

элемента 25 подключен к второму входу второго элемента И, выход третьего релейного элемента 26 - к первому входу элемента ИЛИ 21 и при помощи второго инвертора 27 к третьему входу второго элемента И 20. , другие входы которого соединены с пусковым переключателем 6 и первым дифференциальным усилителем 14, а вькод - с вторым ключевым элементом и вторым

входом первого элемента И 20, выход которого подключен к второму входу элемента ИЛИ 21, а выход последнего к первому ключевому элементу 11.

Система реализует три режима работы.

Первый режим пуск ветродвигателя под нагрузкой. При скорости ветра большей, чем минимально допустимая, но меньшей, чем штормовая, на выходе второго релейного элемента 25 (фиг.З) появляется сигнал логической единицы, сигнализирующий о том, что ветродвигатель может отдавать в нагрузку полезную мощность, а на выходе третьего релейного элемента 26 - логическо- гр нуля/ Угловая скорость ветроколеса равна нулю, поэтому на выходе перво - го релейного элемента 22 - логичес-

кий нуль, на выходе элемента задержки

24- логическая единица, а на выходе первого дифференциального усилителя 14 появляется сигнал логической еди

ницы. Если пусковой переключатель 6 переведен в положение Пуск, то на выходе второго элемента И 20.появля-

ется сигнал логичес1фи единицы, что приводит к включению второго ключевого элемента 12, при этом его коммутирующая часть замьжает цепь, что приводит к обрыву обратной связи по . углу установки лопастей. На выходе первого дифференциального усилителя 14 будет установлен уровень и полярчению привода 3 на увеличение угла установки лопастей 2. Лопасти 2 поворачиваются до тех пор, пока не произойдет трогание ветроколеса, тогда

на выходе первого релейного элемента 22 появится логическая единица, что приведет к появлению логической единице на выходе первого элемента И 2-0 , и включению первого ключевого элемента 11, который замкнет цепь управления приводом 3 и дальнейшее увеличе- ние угла установки лопастей прекратится. Происходит разгон ветродвигателя. Одновременно на выходе элемента задержки 24 через время, равное трем эквивалентным постоянным времени ветроколеса после прекращения поворота лопастей, появляется сигнал логического нуля. При этом отключаются первый и второй ключевые элементы 11, 12. За это время ветродвигатель успевает разогнаться до установившейся скорости.

Второй режим - стабилизация угловой скорости ветроколеса. Ключевые элементы 11, 12 находятся в исходном состоянии(фиг.2) и регулятор 7 угла поворота лопастей управляет углом установки по отклонению от заданной величины, которая поступает на вход первого сумматора 13 с источника 10 опорного напряжения. На второй вход первого сумматора 13 поступает сигнал обратной связи с датчика 5 угловой скорости ротора. Сигнал с выхода первого дифференциального усилителя 14 является управляющим сигналом привода 3.

Сигнал отрицательной обратной связи по углу установки лопастей 2 с датчика 9 угла установки лопастей поступает на второй вход второго сумматора 16 и обеспечивает отключение привода 3, если фактический угол установки лопастей 2 соответствует заданному с точностью, определяемой звеном 17 с зоной нечувствительнос10

15

20

втором случае третий релейный элемент 26 срабатывает и включает первый ключевой элемент 11, при этом независимо состояние других сигналов, на привод 3 поступает управляющий сигнал, который уменьшает до нуля угол установки лопастей 2, что приводит к останову ветродвигателя.

I

Формула изобретения.

1. Система управления ветродвигателем, снабженным ротором с поворотными лопастями, связанными с приводом, содержащая датчик скорости ветра, датчик угловой скорости ротора и .пусковой переключатель, подключенные к входу регулятора угла поворота лопастей, выход которого подключен к входу привода, отличающая- с я тем, что, с целью обеспечения пуска ветродвигателя под нагрузкой

21- и повьшения надежности его работы, система дополнительно содержит датчик угла установки лопастей и источник опорного напряжения, а регулятор угла поворота лопастей вьтолнен в виде двух ключевых элементов, последовательно соединенных первого сумматора, входы которого подключены к источнику опорного напряжения и датчику угловой скорости ротора, первого дифференциального усилителя, де35 лителя, второго сумматора, второй вход которого подключен к датчику угла установки лопастей, звена с зоной нечувствительности и второго дифференциального усилителя, выход которого соединен с приводом, и логического блока, входы которого подключены к выходу первого дифференциального усилителя, датчику угловой скорости

30

40

ти. Второй дифференциальный усилитель g скорости ветра и пус18 усиливает сигнал ощибки Контура регулирования угла установки лопастей 2. Регулятор угла поворота лопастей работает в режиме поддержания скорости ветроколеса на заданном уровне.

Третий режим - останов для случаев останова ветродвигателя в нормальных условиях и при штормовом ветре. В первом случае отключается источник 10 опорного напряжения, а пусковой переключатель 6 включен в положение запрета пуска. При этом угол установки лопастей уменьшается до нуля и ветродвигател-ь останавливается. Во

ковому переключателю, а выходы - к входам первого и второго ключевых элементов, причем первый вход первого ключевого элемента подключен к выходу делителя, первый выход второго 50 ключевого элемента - к второму входу второго сумматора, а вторые выходы ключевых элементов соединены между собой и подключены к общей шине.

55 2. Система по п.1, о т л и ч а ю- щ а я с я тем, что логический блок вьтолнен в виде двух элементов И, элемента ИЛИ, первого релейного элемента, вход которого подключен к дат

5

0

втором случае третий релейный элемент 26 срабатывает и включает первый ключевой элемент 11, при этом независимо состояние других сигналов, на привод 3 поступает управляющий сигнал, который уменьшает до нуля угол установки лопастей 2, что приводит к останову ветродвигателя.

I

Формула изобретения.

1. Система управления ветродвигателем, снабженным ротором с поворотными лопастями, связанными с приводом, содержащая датчик скорости ветра, датчик угловой скорости ротора и .пусковой переключатель, подключенные к входу регулятора угла поворота лопастей, выход которого подключен к входу привода, отличающая- с я тем, что, с целью обеспечения пуска ветродвигателя под нагрузкой

1- и повьшения надежности его работы, система дополнительно содержит датчик угла установки лопастей и источник опорного напряжения, а регулятор угла поворота лопастей вьтолнен в виде двух ключевых элементов, последовательно соединенных первого сумматора, входы которого подключены к источнику опорного напряжения и датчику угловой скорости ротора, первого дифференциального усилителя, де5 лителя, второго сумматора, второй вход которого подключен к датчику угла установки лопастей, звена с зоной нечувствительности и второго дифференциального усилителя, выход которого соединен с приводом, и логического блока, входы которого подключены к выходу первого дифференциального усилителя, датчику угловой скорости

0

0

скорости ветра и пусковому переключателю, а выходы - к входам первого и второго ключевых элементов, причем первый вход первого ключевого элемента подключен к выходу делителя, первый выход второго ключевого элемента - к второму входу второго сумматора, а вторые выходы ключевых элементов соединены между собой и подключены к общей шине.

2. Система по п.1, о т л и ч а ю- щ а я с я тем, что логический блок вьтолнен в виде двух элементов И, элемента ИЛИ, первого релейного элемента, вход которого подключен к дат

Изобретение позволяет обеспечить пуск ветродвигателя под нагрузкой и повысить надежность его работы. Система содержит датчик угла установки лопастей и источник опорного напряжения. Регулятор угла поворота лопастей вьтолнен в виде двух ключевых элементов 11, 12, последовательно соединенных первого сумматора 13, первого дифференциального усилителя 14, делителя 15 второго сумматора 16, звена 17с зоной нечувствительности, второго дифференциального усилителя 18 и логического блока 19.. Логический блок выполнен в виде двух элементов И, элемента ИЛИ, первого, второго и третьего релейных элементов. При скорости ветра большей, чем минимально допустимая, но меньшей, чем штормовая, на выходе второго релейного элемента появляется сигнал, соответствующий включению привода на увеличение угла установки лопастей. Лопасти будут поворачиваться до тех пор, пока не произойдет трогание вет- роколеса, тогда появится сигнал, который замкнет цепь управления приводом и дальнейшее увеличение угла установки лопастей прекратится. В режиме стабилизации угловой скорости регулятор управляет углом установки по отклонению от заданной величины, которая поступает с источника опорного напряжения. В останова ветродвигателя в нормальных условиях отключается источник .опорного напряжения, а переключатель включается в положение запрета пуска. В случае останова при штормовом ветре срабатывает третий релейный элемент и включает элемент 11, при этом независимо от других сигналов на привод поступает сигнал, который уменьшает до нуля угол установки лопастей. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. сл 00 О5 О5 О) 00

К датчику угл. скор ротора- г -

К датчику скор. Ветра

i

с

Ю

t

1 5

Фиг.

« S

I l

1