ИМИТАТОР МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВЕТРОТУРБИНЫ

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к электроприводам, имитирующим работу ветротурбин и может быть использована для исследования механических характеристик ветротурбин.
Известен имитатор ветротурбины для исследования ветрогенераторной установки (CN 102156044 A, МПК G01M 15/00 (2006.01), опубл. 07.08.2011), содержащий систему управления, включающую карту сбора данных, которая подключена к анемометру, измеряющему скорость ветра. К карте сбора данных подключен формирователь момента, соединенный с преобразователем частоты, который соединен с асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором, который посредством редуктора соединен с нагрузочной машиной. На быстроходном валу редуктора закреплен датчик частоты вращения, который соединен с картой сбора данных.
Основными недостатками известного имитатора являются его ограниченные функциональные возможности из-за отсутствия возможности изменения жесткости рабочего участка механической характеристики ветротурбины.
Задачей полезной модели является расширение функциональных возможностей за счет получения механических характеристик ветротурбин малой мощности с учетом жесткости их рабочего участка.
Поставленная задача решена за счет того, что имитатор механических характеристик ветротурбины также, как и в прототипе, содержит систему управления, преобразователь частоты, подключенный к статору асинхронного двигателя, датчик частоты вращения, соединенный с системой управления, нагрузочную машину.
В отличие от прототипа формирователь нагрузки соединен с нагрузочной машиной, на валу которой закреплен датчик частоты вращения. К системе управления подключен формирователь нагрузки, преобразователь частоты и импульсный регулятор, который подключен к ротору асинхронного двигателя, который посредством муфты механически соединен с нагрузочной машиной.
В предложенной конструкции импульсный регулятор позволяет регулировать сопротивление ротора асинхронного двигателя с фазным ротором, определяющее жесткость рабочего участка механической характеристики моделируемой ветротурбины.
На фиг. 1 приведена функциональная схема имитатора механических характеристик ветротурбины.
На фиг. 2 приведены механические характеристики ветротурбины мощностью 5,5 кВт, где кривая 1 снята при помощи имитатора механических характеристик ветротурбины, кривая 2 построена по каталожным данным ветротурбины.
Имитатор механических характеристик ветротурбины содержит преобразователь частоты 1 (ПЧ), соединенный со статором асинхронного двигателя 2 (АД) с фазным ротором, который посредством муфты 3 (М) механически соединен с нагрузочной машиной 4 (НМ), на валу которой закреплен датчик частоты вращения 5 (ДЧ), связанный с системой управления 6 (СУ), подключенной к преобразователю частоты 1 (ПЧ), импульсному регулятору 7 (ИР) и формирователю нагрузки 8 (ФН), подключенному к нагрузочной машине 4 (НМ). Импульсный регулятор 7 (ИР) подключен к ротору асинхронного двигателя (АД) 2 с фазным ротором.
В качестве преобразователя частоты 1 (ПЧ) может служить преобразователь частоты ABB ACS600, содержащий жидкокристаллический дисплей. Асинхронный двигатель 2 (АД) с фазным ротором может быть представлен двигателем 4АК160S8УЗ мощностью 5,5 кВт. Использована втулочно-пальцевая муфта 3 (М). Нагрузочная машина 4 (НМ) может быть представлена электродвигателем постоянного тока типа ПБСТ-43 мощностью 2,8 кВт. В качестве датчика частоты вращения 5 (ДЧ) использован импульсный датчик частоты вращения ЛИР-128А. Система управления 6 (СУ) реализована на базе микропроцессора TMS320XX фирмы Texas Instruments. В качестве импульсного регулятора 7 (ИР) может быть использована схема нереверсивного широтно-импульсного регулятора. Формирователь нагрузки 8 (ФН) представлен тиристорным преобразователем ABB DCS500.
Имитатор механических характеристик ветротурбины работает следующим образом. При необходимости исследования механической характеристики ветротурбины в систему управления 6 (СУ) вносят значения момента на валу ветротурбины и соответствующие им частоты вращения, текущую скорость ветра. Посредством сигнала задания на импульсный регулятор 7 (ИР) задают сопротивление ротора асинхронного двигателя 2 (АД) с фазным ротором, формирующее жесткость рабочего участка механической характеристики ветротурбины. Посредством сигнала задания на преобразователь частоты 1 (ПЧ) формируют текущую скорость ветра и производят запуск асинхронного двигателя 2 (АД) с фазным ротором. В процессе работы меняют момент нагрузки посредством задания соответствующего напряжения на нагрузочную машину 4 (НМ) от формирователя нагрузки 8 (ФН). При помощи датчика частоты вращения 5 (ДЧ) регистрируют частоты вращения асинхронного двигателя 2 (АД), получая таким образом текущие значения частоты вращения вала ветротурбины. При помощи преобразователя частоты 1 (ПЧ) измеряют текущие значения момента на валу асинхронного двигателя 2 (АД), получая таким образом текущие значения момента на валу ветротурбины. В результате получают механическую характеристику в виде зависимости момента на валу от частоты вращения ветротурбины при определенном значении скорости ветра для дальнейших исследований (фиг. 2, кривая 1).
к
к
к
к
0
0
Например, для ветротурбины мощностью 5,5 кВт точка A (Ω, M) делит механическую характеристику ветротурбины на два характерных участка - существенно нелинейный (в диапазоне частот вращения от 0 до Ω) и практически линейный (в диапазоне частот вращения от Ω до Ω)- Рабочим участком механической характеристики этой ветротурбины является практически линейный участок, жесткость которого определяется сопротивлением ротора асинхронного двигателя 2 (АД) с фазным ротором. Положение же точки идеального холостого хода Ω целиком и полностью определяется заданием на преобразователь частоты 1 (ПЧ).
Погрешность полученной механической характеристики ветротурбины (фиг. 2, кривая 1) относительно характеристики, полученной по каталожным данным (фиг. 2, кривая 2), не превышает 3%.