Ветроэлектрический агрегат Советский патент 1980 года по МПК H02P9/06 F03D7/00 

(54) ВЕТРОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АГРЕГАТ

1

Изобретение относится к области ветроэнергетики.и может быть использовано при создании ветроэлектрических агрегатов, предназначенных для параллельной работы с сетью, мощность которой превышает мощность самого агрегата.

Современные ветроэлектрические агрегаты указанного назначения включают в себя ветродвигатель, снабженный регулятором оборотов, силовую передачу и электрогенератор - пре; имущественно синхронного типа, имеющий регулятор напряжения. При этом силовая передача состоит обычно из редуктора, повышающего.обороты ветродвигателя, и муфты скольжения, например, гидравлического типа, установленной между редуктором и генератором. С помощью муфты скольжения регулируют активную мощность, отдаваемую генератором в сеть .

Вместо муфты гидравлического типа в существующих ветроэлектрических агрегатах средней мощности применяют электромагнитную муфту скольжения, а для предотвращения вентиляторного режима-работы ветродвигателя, возниvawnf -rn ппи неоабочих СКОРОСТЯХ ветполнительно вводят обгонную муфту. Эта муфта устанавливается между редуктором и электромагнитной муфтой скольжения,

5 Известен ветроэлектрический агрегат, содержащий ветродвигатель с регулятором оборотов, синхронный генератор с регулятором напряжения и силовую передачу, связывающую вал

10 ветродвигателя с валом генератора ивключающую в себя редуктор, обгонную муфту и электромагнитную муфту скольжения с устройством управления ее ра,ботой. Названное устройство управ 5 ления выполнено при этом в виде стабилизированного по напряжению источника постоянного тока, подключенного через электрощетки и контактные кольца к обмотке возбуждения электромагнитной муфты 2.

. При наличии регулятора оборотов ветродвигателя и неизменном токе возбуждения электромагнитная муфта, механические характеристики которой такие

25 же, как и у асинхронного двигателя, рГаботает в известном ветроэлектрическом агрегате при скоростях ветра, превышающих расчетную, примерно с постоянными значениями скольжения и мовают регулирование активной могдности синхронного генератора при параллель ной работе с сетью и защиту оборудования агрегата от электромеханических перегрузок. Обгонная муфта расцепляет силовую передачу ветроэлектрического агрега.та при переходе генератора в элект-рЬдвигательный режим работы, что не имеет место, при естественных спадах скорости ветра. Синхронный генератор .функционирует в этом случае лишь как синхронный компенсатор, не потребляющий активную мощность от сети на бесполезное вращение ветродвигателя. Это повышает эффективность использования ветроэлектрического агрегата при параллельной работе с мощнойсетью. . Известный ветроэлектрический- а-г- регат имеет однако ряд существенных недостатков... Так, устройство-управления электромагнитной муфтой агрегата не обеспечивает регулирования момента вра щения муфты пропорционально квадрату оборотов ветродвигателя, что необ ходимо, поскольку момент вращения са мого ветродвигателя изменяется в такой же зависимости от его собственных оборотов. Это ухудшает совмещение характеристик мощности генератора и ветродвигателя, что приводит к снижению энергетических характернотик ветроэлектрического агрегата. Далее, ввиду наличия зоны нечувст вительности у регулятора оборотов ве родвигателя,а также по причине изменений частоты и напряжения сети имеют место резкие колебания активной мощности , вырабатываемой генератором агрегата. Это также снижает энергетические характеристики извест ного ветроэлектрического агрегата. Обгонная муфта в силовой передачи мощности от ветродвигателя кгенератору работает с коэффициентом полезн го действия меньше единицы. Поэтому данная муфта не только усложняет конструкцию ветроэлектрического агре гата, но и дополнительно снижает его энергетические характеристики. Кроме того, при существующем исполнении силовой передачи и устройс ва управления электромагнитной муфтой агрегата не обеспечивается возможность осуществлять отключение це пи питания обмотки возбуждения муфты при работе генератора синхронным ко пенсатором. Это обуславливает излиш ний расход электроэнергии на управл ние работой муфты, что в дополнител ной мере снижает энергетические характеристики известного ветроэлектрического агрегата. Целью изобретения является повышение энергетических характеристик ветроэлектрического агрегата. Указанная цель достигается тем, что в известном ветроэлектрическом агрегате, содержащем ветродвигатель с регулятором оборотов, синхронный генератор с регулятором напряжения, электромагнитную, муфту скольжения, связывающую вал генератора с валом ветродвигателя и устройство управления электромагнитной муфтой, - это устройство управления выполнено в . виде синхронного сервогенератора, вал которого связан с валом ведущей части муфты, регулятора напряжения сервогенератора,-выпрямительного моста в цепи питания обмотки возбуждения муфты и двойной интегрирующей RС-цепочки, выход которой подключен на вход измерительного органа регулятора напряжения сервогенератора, причем вход выпрямительного моста и вход двойной RC-цепочки присоединены на зажимы сервогенератора. Кроме того устройство управления электромагнитной муфтой содержит измеритель активной мощности, цепи питания и выход которого подключен соответственно на зажимы синхронного . генератора и на вход измерительного органа регулятора напряжения сервогенератора, стабилизирующую ячейку, транзисторный ключ и реле напряжения, -при этом цепь питания ключа присоединена через стабилизирующую ячейку и выходу выпрямительного моста, обмотка реле подключена к выходу ключа, а замыкающий контакт реле включен в цепь питания обмотки возбуждения муфты. На чертеже изображен схематически ветроэлектрический а.грегат. Ветроэлектрический агрегат включает в себя ветродвигатель 1, снабженный регулятором оборотов, редуктор 2, синхронный сервогенератор 3, механическую передачу 4, выпрямительный мост 5, электромагнитную муфту 6 скольжения, обмотку 7 возбузкдения муфты, синхронный генератор 8, снабженнцй регулятором напряжения, трансформатор 9 тока, трансформатор 10 напряжения, регулятор 11 напряжения сервогенератора, исполнительный орган 12 и измерительный орган 13 регулятора напряжения сервогенерато- ра,двойную интегрирующую RС-цепочку 14, стабилизирующую ячейку 15, транзисторный ключ 16, реле 17 напряжения и измеритель 18 активной мощности. Вал ветродвигателя 1 связан с валом синхронного генератора 8 посредством силовой передачи, состоящей из редуктора 2 и электромагнитной муфты 6 скольжения. Вал синхронного сервогенератора 3 в свою очередь связан через механическую передачу 4 с валом ведущей части муфты б. Сервогенератор 3 снабжен регулятором 11 напряжения, содержащем измерительный орган 13 и исполнительный орган 12, К зажимам сервогенератора присоединены входы двойной интегрирующей RC-цепочки 14 и выпрямительного мос .та 5, при этом выход двойной RC-цепочки подключен на вход измерительного органа 13 регулятора 11 напряжения, а выход выпрямительного моста соединен через замыкающий контакт реле i напряжения, с обмоткой 7 возбу;кдения муфты 6. . Обмотка реле 17 .напряжения подклю чена к выходу транзисторного ключа 1 цепь питания которого присоединена через стабилизирующую ячейку 15 к вы ходу выпрямительного моста 5. Цепи питания измерителя 18 активной мощности подключены через трансформатор 9 тока и трансформатор 10 напряжения на зажимы синхронного генератора 8, а выход этого измерител подключен на вход измерительного органа 13 регулятора 11 напряжения, ко торым снабжен сервогенератор 3. При работе ветродвигателя 1. с постоянными оборотами, что имеет место при скоростях ветра выше расчетной, измерительный орган 13 регулятора 11 выявляет отклонение напряжения на вы ходе измерителя мощности от заданног значения ив соответствии с этим воз действует на систему возбуждения сер вогенератора 3. Тем самым обеспечивается регулирование активной мощнос ти синхронного генератора 8 при параллельной работе ветроэлектрического агрегата с мощной сетью. При скоростях ветра, ниже расчетной, ветродвигатель 1 работает с переменными оборотами. В данном случае .измерительный орган 13 также вует через исполнительный орган 12 на систему возбуждения сервогенератора 3, но уже в соответствии-с отклонением от заданного значения фактического напряжения на выходе двой ной интегрирующей RC-цепочки 14, бла годаря чему указанное фактическое на пряжение, пропорциональное отношение напряжения на зажимах сервогенератора к его частоте в квадрате, поддерживается постоянным. В результате на пряжение на зажимах сервогенератора 3, и, следовательно, ток в обмот- . ке 7 возбуждения электромагнитной муфты б скольжения регулируются про порционально квадрату частоты сервогенератора, а момент вращения муфты изменяется при этом пропорциональ но квадрату оборотов ветродвигателя При естественном спаде скорости ветра до значения, когда скольжение муфты 6 станет равным нулю, что сосответствует прекращению отдачи - активной мощности в сеть генератором 8 ветроэлектрического агрегата, транзисторный ключ 16 закрывается, а реле 17 напряжения обесточивается. замыкающим контактом отключает цепь питания обмотки 7 возбуждения муфты б. В итоге силовая передача ветроэлектоического агрегата расцепляется, а генеоатоо 8 продолжает оаботать в режиме синхронного компенсатора. Использование предлагаемого ветроэлектрического агрегата обеспечи- вает по сравнению с прототипом следующие преимущества: повышается точность совмещения характеристик мощности синхронного генератора и ветродвигателя при работе последнего с переменными оборотами; повышается точность поддержания постоянной активной мощности генератора при работе ветродвигателя с постоянными оборотами; снижается расход электроэнергии на осуществление процесса управления электромагнитной муфтой скольжения. Указанные преимущества существенно повысят энергетические характеристики ветроэлектрического агрегата. Формула изобретения Ветроэлектрический агрегат, содержащий ветродвигатель с регулятором оборотов, синхронный генератор с регулятором напряжения, электромагнитную муфту скольжения, связывающую вал генератора с валом электродвигателя и устройство управления указанной муфтой, отличающийся тем, что, с целью повышения энергетических характеристик агрегата, устройство управления муфтой состоит иа синхронного сервогенератора, вал которого связан с валом ведущей части муфты, регулятора напряжения сервогенератора, выпрямительного моста в цепи питания обмотки возбуждения муфты, вход которого подсоединен на зажимы сервогенератора, двойной интегрирующей. ftC-цепочки, выход которой подключен на вход измерительного органа регулятора напряжения сервогенератора, а вход - на зажитчы сервогенератора, измерителя активной мощности, цепи питания и выход которого подключены соответственно на зажимы синхронного генератора и на вход измерительного органа регулятора напряжения сервогенератора, стабилизирующ1ей ячейки, транзисторного ключа и реле напряжения, при этом цепь питания ключа присоединена через стабилизирующую ячейку к выходу выпрямительного моста, обмотка реле подключена к выходу ключа, а Зс1мыкающий контакт еле включен в цепь питания обмотки озбуждения муфты. Источники информации, ринятые во внимание при экспертизе 1.Фатеев Е.М, Ветродвигатели и етроустановки. М., .1948, с. 523. 2.Андрианов В.Н. Ветроэлектриеские станции. М-Л., 1960, с. 234