Механізм регулювання частоти обертання вітродвигуна

Механізм регулювання частоти обертання вітродвигуна, що складається з електрогенератора змінного струму, механічно з'єднаного з валом вітродвигуна, який відрізняється тим, що додатково містить семістор, електричне навантаження і керувальний пристрій, який складається з резистора, трансформатора, автоматичного вимикача. (19) (21) u200511442 (22) 02.12.2005 (24) 15.09.2006 (46) 15.09.2006, Бюл. № 9, 2006 р. (72) Левін Роман Євгенович, Дмитренко Максим Анатолійович, Андрєєв Андрій Миколайович, Мінаєв Юрій Павлович (73) ЗАПОРІЗЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ 3 16959 4 струму електрогенератора, задатчик навантаження більшої величини керування номінального струму електрогенератора. здійснюється через другий керований Вал вітрового двигуна механічно з'єднаний з тиристорний випрямляч шляхом зміни струму валом електрогенератора змінного струму. Вхід збудження електромагнітного гальмакерованого тиристорного випрямляча з'єднаний теплогенератора. Недоліками такого способу є: зі статорною обмоткою генератора змінного - необхідність використання випрямлячів, що струму, а вихід підключений до навантаження. До не дозволяє використовувати отриману виходу датчика частоти обертання вала електричну енергію споживачами змінного вітродвигуна підключений вхід функційного струму. перетворювача. Входи суматора з'єднані з Спільними із заявленим рішенням ознаками виходом функційного перетворювача і з виходом є: датчика швидкості вітру через диференціатор; а регулювання частоти обертання вихід суматора через інтегратор підключений до вітродвигуна зміною електричного навантаження керувального входу керованого тиристорного електрогенератора змінного струму. випрямляча. Вал теплогенератора механічно В основу корисної моделі поставлено задачу з'єднаний з валом вітродвигуна; а роторна розробити механізм регулювання частоти обмотка закорочена і охолоджується обертання вітродвигуна і спосіб керування цим теплоносієм, котрий циркулює в контурі з механізмом, який шляхом постійної подачі теплообмінником за допомогою насоса; обмотка напруги, що виробляється електрогенератором збудження теплогенератора знаходиться на змінного струму, через додатково введений статорі та підключена до другого керованого керувальний пристрій на додатково введений тиристорного випрямляча. До другого входу сімістор, що автоматично керує часом роботи суматора підключено вихід датчика швидкості електричного навантаження, яке змінює загальне вітру; до третього входу суматора підключений електричне навантаження електрогенератора вхід задатчика режиму роботи; вихід суматора змінного струму, вал якого механічно з'єднаний з з'єднаний із входом першого інтегратора через валом вітродвигуна, дозволяє забезпечити комутатор, через котрий суматор з'єднується регулювання частоти обертання вітродвигуна при також із входом другого інтегратора. Вихід зміні швидкості вітру; використовувати отриману другого інтегратора підключений до керуючого електричну енергію споживачами змінного входу другого керованого тиристорного струму; підвищити коефіцієнт використання випрямляча. Силовий вхід другого керованого енергії вітрового потоку при швидкостях вітру, тиристорного випрямляча з'єднаний зі статорною більших за номінальне значення ( 8м/с); обмоткою електрогенератора; а вихід з'єднаний з спростити конструкцію; збільшити швидкість обмоткою збудження електромагнітного гальмареакції механізму регулювання на зміну теплогенератора. Вихід датчика струму швидкості вітру; збільшити точність регулювання електрогенератора з'єднаний з першим входом обертання вітродвигуна; встановлювати механізм другого суматора. Другий вхід другого суматора стабілізації частоти обертання на відстані від підключений до задатчика номінального струму вітродвигуна. електрогенератора; вихід другого суматора Суттєвими ознаками механізму регулювання з'єднаний з другим входом комутатора. частоти обертання вітродвигуна є наявність: Недоліками такого механізму регулювання електрогенератора змінного струму, частоти обертання вітродвигуна є: механічно з'єднаного з валом вітродвигуна; - неможливість використання отриманої - сімістора; електричної енергії споживачами змінного - електричного навантаження; струму; - керувального пристрою, який складається з - значна втрата енергії при регулюванні резистора, трансформатора, автоматичного частоти обертання вітродвигуна; вимикача. - складність конструкції. Відмінними від прототипу ознаками є Спільними ознаками із заявленим рішенням є наявність: наявність електрогенератора змінного струму, - сімістора; механічно з'єднаного з валом вітродвигуна. - електричного навантаження; Спосіб керування вітроенергетичною - керувального пристрою, який складається з установкою полягає в тому, що частотою резистора, трансформатора, автоматичного обертання вітродвигуна керують шляхом зміни вимикача. кута відкриття тиристорів керованого Суттєвими ознаками способу керування випрямляча, до якого підключене навантаження. механізмом регулювання частоти обертання Керування ним здійснюють за допомогою вітродвигуна є: програми керування, що закладається до пам'яті - постійна подача напруги, яка виробляється задатчика режиму роботи (наприклад, програма електрогенератором змінного струму, через отримання найбільшої кількості енергії, програма керувальний пристрій на сімістор, що стабілізації частоти обертання, програма захисту автоматичного фазового керування сімістором вітродвигуна при граничних швидкостях вітру та часом роботи електричного навантаження, яке його поривах). При струмах навантаження до змінює загальне електричне навантаження номінальної величини струму електрогенератора електрогенератора змінного струму. керування відбувається через перший керований Відмінними ознаками способу є: тиристорний випрямляч, а при струмі 5 16959 6 - постійна подача напруги, яка виробляється змінного струму 1 і подає електричний сигнал на електрогенератором змінного струму, через сімістор 2 (його керувальний електрод). керувальний пристрій на сімістор, що призводить Система працює таким чином: до автоматично керує часом роботи електрогенератор змінного струму 1 механічно електричного навантаження. з'єднаний з валом вітродвигуна, тому значення Така конструкція дозволяє: напруги на затискачах електрогенератора забезпечити регулювання частоти змінного струму 1 пропорційне частоті обертання обертання вітродвигуна при зміні швидкості вітру; вітродвигуна. При збільшенні швидкості вітру - використовувати отриману електричну збільшується частота обертання вітродвигуна. енергію споживачами змінного струму; Через це збільшується напруга на затискачах - підвищити коефіцієнт використання енергії електрогенератора змінного струму 1. До вітрового потоку при швидкостях вітру, більших електрогенератора змінного струму 1 за номінальне значення ( 8м/с); підключений сімістор 2. Причому його - спростити конструкцію; керувальний електрод також підключено до - збільшити швидкість реакції механізму електрогенератора змінного струму 1 через регулювання на зміну швидкості вітру; керувальний пристрій 4. Величина електричного - збільшити точність регулювання обертання сигналу uкер сімістора 2 пропорційна діючому вітродвигуна; значенню напруги електрогенератора змінного встановлювати механізм стабілізації струму 1. При перевищенні заданої швидкості частоти обертання на відстані від вітродвигуна. вітру сімістор 2 починає пропускати струм, що На Фіг.1 зображено структурну схему призводить до вмикається електричного механізму регулювання частоти обертання навантаження 3. Чим більша частота обертання вітродвигуна. вітродвигуна, тим більше часу сімістор 2 На Фіг.2 зображено принципову електричну пропускає струм, а тому електричне схему прикладу конкретного виконання механізму навантаження 3 працює більший проміжок часу. регулювання частоти обертання. Спосіб керування механізмом регулювання Запропонований механізм регулювання частоти обертання вітродвигуна полягає в тому, частоти обертання вітродвигуна містить: що керування відбувається автоматичною зміною електрогенератор змінного струму 1, сімістор 2, електричного навантаження електрогенератора навантаження 3 та керувальний пристрій 4. змінного струму 1 за допомогою фазового Електрогенератор змінного струму 1 керування сімістором 2 часом роботи механічно з'єднаний з валом вітродвигуна (на електричного навантаження 3. При деякій схемі не зображено). Сімістор 2 та електричне швидкості вітру величина електричного 1 навантаження 3 з'єднані між собою послідовно та сигналу uкер керувального пристрою 4 менша за підключені до електрогенератора змінного струму блокуюче значення (відмикаюче значення 1 паралельно споживачам електричного струму напруги постійного струму) uблок, тому сімістор 2 (на схемі не зображено). знаходиться у непровідному стані. При цьому Електрогенератор змінного струму 1 крім електричне навантаження 3 не працює. головної функції виконує, функцію датчика При збільшенні швидкості вітру до значення частоти обертання вала вітродвигуна. Як величина електричного сигналу керувального 2 електрогенератор змінного струму 1 пристрою 4 стає більшою за блокуюче значення використовують синхронні або індукторні uб. При цьому сімістор 2 автоматично переходить електричні машини. Потужність у провідний стан, і електричне навантаження 3 електрогенератора змінного струму 1 відповідає працює, створюючи електромагнітний гальмівний максимальній потужності вітродвигуна, яка може момент електрогенератора змінного струму 1 досягатися при критичній швидкості вітру (20 25м/с). протягом інтервалу часу 2 півперіоду Т2 зміни Сімістор 2 має номінальні параметри, які напруги електрогенератора змінного струму 1. задовольняють роботі навантаження 3 на всьому Те ж саме відбувається протягом другого діапазоні регулювання частоти обертання півперіоду. Якщо швидкість вітру зростає до вітродвигуна. значення 3 , то інтервал часу роботи 3 Електричне навантаження 3 включено в нагрівача протягом півперіоду Т3 збільшується: схему для створення електромагнітного гальмівного моменту електрогенератора змінного 3 2 (1) струму 1, яке також є виконавчим органом 3 2 механізму регулювання частоти обертання При цьому зростає електричний гальмівний вітродвигуна. Як електричне навантаження 3 момент електрогенератора змінного струму 1 і можна використовувати електричний нагрівач стабілізується його частота обертання. За води, що складається з ємності 3 з водою та рахунок того, що електрогенератор змінного тенів для нагріву води. струму 1 механічно з'єднаний з валом Керувальний пристрій 4 складається з вітродвигуна, стабілізується частота обертання резистора, трансформатора, автоматичного вала вітродвигуна. вимикача та підключається до електрогенератора Приклад конкретного виконання. змінного струму 1. Керувальний пристрій 4 Для вітродвигуна, що має номінальну перетворює сигнал від електрогенератора потужність 6±0,15кВт при номінальній швидкості вітру 8м/с, як електрогенератор змінного струму 7 16959 8 використовували синхронну електричну машину можливим відхиленням від номінального ОСБ-180-52-Т2 з номінальною потужністю значення у межах 10 15%. Таким чином, перевагами запропонованого 10кВ А/8кВт, номінальною напругою 230/400 В. механізму регулювання частоти обертання Сімістор - ТС 112-10-4 (номінальна напруга вітродвигуна є: можливість використання 400В, сила струму 10±0,5А, блокуюче значення uб отриманої електричної енергії споживачами =3±0,5В, струм утримання 15±0,5мА). постійного та змінного струму; підвищення Як додаткове навантаження використали коефіцієнта використання енергії вітрового електроводонагрівач ЕВАН-100 з номінальною потоку при швидкостях вітру, більших за потужністю 1,25кВт, номінальною напругою 220В, номінальне значення ( 8м/с); спрощення що розрахований на номінальний об'єм води конструкції існуючих механізмів стабілізації 0,100м3. Нагріта вода використовувалась у частоти обертання; збільшення точності побуті. регулювання частоти обертання вітродвигуна, Керувальний пристрій 4 складається з можливість використання механізму регулювання резистора, трансформатора, автоматичного частоти обертання для вітродвигунів з вимикача. вертикальною віссю обертання. Резистор ПП-2 зі змінним опором (0 50 Ом, Перевагами запропонованого способу є: 2±0,5Вт), підключений до вторинної обмотки використання енергії, що виділяється під час знижувального трансформатора 220В/4В, регулювання, в корисних цілях; простота 2±0,5Вт. механізму для його здійснення; максимальні Для забезпечення безпечної роботи параметри струму відрізняються від мінімальних встановили автоматичний вимикач АП-50. не більше ніж на 10-15%. Така конструкція дозволяє підтримувати номінальну частоту обертання вітродвигуна при зміні швидкості вітру від 8м/с до 25м/с з Комп’ютерна верстка Н. Лисенко Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601