СПОСОБ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЛЕТНЕЙ ДОЙКИ ОТ МИКРОГЭС
METHOD OF POWER SUPPLY TO SUMMER MILKING SYSTEM FROM SMALL HYDRO-ELECTRIC STATION

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при электроснабжении летней дойки от автономного источника энергии, использующего микрогидроэлектростанцию (микроГЭС) с электрогенератором на постоянных магнитах, двигательную и балластную нагрузку.
Известна конструкция погружной свободнопоточной микрогидроэлектростанции, включающая гидротурбину с горизонтальной осью вращения, соединенную с погруженным в воду герметизированным электрогенератором (см. RU 2247859 C1, 10.03.2005, F03B 13/00).
Известна торцевая электрическая машина, входящая в состав свободнопоточной микроГЭС (см. RU 2406213 А, 10.12.2010, H02K 21/24).
Известен способ стабилизации частоты выходного напряжения электрогенератора микроГЭС путем использования автобалластной нагрузки, при котором происходит перераспределение полезной и балластной частей нагрузки на электрогенератор с сохранением ее суммарного значения постоянным (см. ЛУКУТИН Б.В. и др. Возобновляемая энергетика в децентрализованном электроснабжении Москва, Энергоатомиздат, 2008, с.151, рис.31б), принятый в качестве прототипа.
К недостаткам указанных технических решений следует отнести то, что при использовании в конструкции микроГЭС электрогенератора с постоянными магнитами, не имеющего обмотки возбуждения, технологический процесс доения коров на летней дойке, использующий электрический привод на основе асинхронных электродвигателей, может быть нарушен в связи с жесткими требованиями к уровню напряжения в автономной системе электроснабжения (небольшое уменьшение напряжения сопровождается резким снижением вращающего момента на валу электродвигателя). Это обстоятельство не позволяет широко применять электрогенераторы малой мощности с постоянными магнитами в автономной системе электроснабжения летней дойки от микроГЭС, поскольку у данного типа машин отсутствует обмотка возбуждения и, как следствие, возможность регулирования напряжения на выходе электрогенератора, при этом возникает проблема стабилизации напряжения.
Задачей изобретения является повышение эффективности применения микроГЭС с ортогональной гидротурбиной с горизонтальной осью вращения и электрогенератором с постоянными магнитами при использовании ее в качестве автономного источника электроснабжения летней дойки и повышение устойчивости работы технологического оборудования летней дойки.
Поставленная задача решается тем, что в способе работы оборудования летней дойки при электроснабжении от микроГЭС, состоящей из турбины и генератора, не имеющего обмотки возбуждения, в условиях динамически изменяющейся нагрузки, при котором стабилизация частоты вращения турбины осуществляется за счет перераспределения полезной и балластной частей нагрузки на генератор с сохранением ее суммарного значения постоянным, согласно изобретению в качестве микроГЭС используют погружную свободнопоточную микроГЭС с ортогональной турбиной и синхронным генератором с постоянными магнитами, а в качестве полезной нагрузки применяют асинхронные электродвигатели вакуумного насоса и насоса водоснабжения, имеющие индивидуальные устройства компенсации реактивной мощности, состоящие из параллельно подключенных батарей статических конденсаторов, а также асинхронные электродвигатели первого и второго молочных насосов и асинхронный электродвигатель насоса охладителя молока, а в качестве балласта используют многоступенчатый по потребляемой мощности электроводонагреватель, при этом в момент пуска микроГЭС включают все ступени балластной нагрузки, при достижении номинальной частоты вращения генератора включают асинхронный двигатель насоса водоснабжения с устройством компенсации реактивной мощности, при этом нагрузку перераспределяют между балластной нагрузкой и включенным электродвигателем насоса водоснабжения с устройством компенсации реактивной мощности, затем после завершения переходного процесса включают электродвигатель вакуумного насоса с устройством компенсации реактивной мощности, затем аналогично включают электродвигатели первого молочного насоса, второго молочного насоса и насоса охладителя молока.
На фиг.1 приведена блок-схема микроГЭС с автобалластной стабилизацией частоты.
На фиг.2 приведена модель работы оборудования летней дойки при электроснабжении от микроГЭС.
На фиг.3 показан поочередный пуск асинхронной нагрузки с индивидуальной компенсацией реактивной мощности электродвигателя вакуумного насоса и насоса водоснабжения.
На фиг.4 показана частота вращения (о.е.) ротора генератора микроГЭС при поочередном пуске асинхронной нагрузки с индивидуальной компенсацией реактивной мощности.
На фиг.5 показано напряжение (о.е.) на выходе генератора микроГЭС при поочередном пуске асинхронной нагрузки с индивидуальной компенсацией реактивной мощности.
Блок-схема системы электроснабжения летней дойки от автономного источника энергии, использующего микроГЭС с синхронным генератором на постоянных магнитах, двигательную и балластную нагрузку (фиг.1), включает установленную на валу ортогональную гидротурбину 1 и синхронный генератор 2 с постоянными магнитами, к выводам которого подключена балластная нагрузка 3 с блоком управления и через коммутационные аппараты 4 полезная нагрузка, состоящая из асинхронного электродвигателя насоса водоснабжения 5 и параллельно подключенного к нему блока статических конденсаторов 10, асинхронного электродвигателя водокольцевого (или вакуумного) насоса 6 и параллельно подключенного к нему блока статических конденсаторов 10, асинхронных электродвигателей первого молочного насоса 7, второго молочного насоса 8, насоса охладителя молока 9 (фиг.1).
Для подтверждения заявленного способа проведено моделирование работы оборудования летней дойки при электроснабжении от микроГЭС, представленное на фиг.2.
Способ управления микроГЭС с использованием заявленного способа осуществляют следующим образом.
В момент пуска микроГЭС включают все ступени балластной нагрузки (балластная нагрузка в данном случае выполнена в виде электроводонагревателя с ТЭНами), при достижении номинальной частоты вращения генератора (фиг.4) включают асинхронный электродвигатель насоса водоснабжения (водоснабжение осуществляется, например, из скважины) с устройством компенсации реактивной мощности (фиг.3). При этом нагрузку перераспределяют между балластной нагрузкой и включенным асинхронным двигателем насоса водоснабжения с устройством индивидуальной компенсации реактивной мощности, благодаря чему напряжение на статоре генератора изменяется незначительно. Затем, после завершения переходного процесса, включают асинхронный электродвигатель водокольцевого (или вакуумного) насоса (для обеспечения процесса доения коров вакуумом) с устройством индивидуальной компенсации реактивной мощности. После завершения переходного процесса аналогично включают маломощные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором первого молочного насоса, второго молочного насоса и насоса охладителя молока. Они из-за малой мощности, относительно генератора микроГЭС, незначительно снижают напряжение на его выводах и, тем самым, электромагнитный момент на всех работающих под нагрузкой электродвигателях практически не меняется (фиг.5).
Указанный способ позволяет повысить эффективность применения микроГЭС с постоянными магнитами и устойчивость работы технологического оборудования летней дойки путем рационального перераспределения полезной (асинхронные электродвигатели) и балластной (электроводонагреватель) частей нагрузки на генератор с сохранением ее суммарного значения постоянным и индивидуальной компенсации реактивной мощности электродвигателей.
Предлагаемый способ может быть достаточно легко конструктивно реализован и использован в сельском хозяйстве при электроснабжении летней дойки от автономного источника энергии, использующего погружную свободнопоточную микрогидроэлектростанцию, включающую гидротурбину с горизонтальной осью вращения, соединенную с погруженным в воду герметизированным с синхронным электрогенератором на постоянных магнитах, двигательную (электродвигатели насоса водоснабжения, водокольцевого насоса, двух молочных насосов, насоса охладителя молока) и балластную (в виде электроводонагревателя с ТЭНами) нагрузку.