УСТРОЙСТВО СТАБИЛИЗАЦИИ НАПРЯЖЕНИЯ И ЧАСТОТЫ ВЕТРОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ
DEVICE TO STABILISE VOLTAGE AND FREQUENCY OF WIND-ELECTRIC PLANT

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для преобразования энергии ветра в электрическую энергию при стабильных параметрах выходного напряжения и частоты.
Известно устройство (а.с. СССР №1443119, 1988), состоит из асинхронного генератора, реакторов, конденсаторов, блоков фазового управления, инвертора, коммутационных тиристоров и трансформатора. Недостатками устройства являются низкие эксплуатационно-технические характеристики.
Наиболее близким по техническому решению является устройство (патент РФ №2225531, F03D 7/04, Бюл. №7, 2004), состоящее из асинхронного генератора, системы стабилизации напряжения, электромагнитной муфты с обмоткой управления и системы стабилизации частоты, состоящей из формирователя импульсов, задающего генератора и усилителя импульсов.
Недостатками устройства являются завышенная масса и сложная конструкция генератора электрической энергии, что снижает показатели его надежности.
Техническим решением предлагаемого изобретения является повышение надежности работы и улучшение массогабаритных показателей генератора электрической энергии.
Техническое решение достигается тем, что в устройстве стабилизации напряжения и частоты ветроэлектрической установки, содержащем ветроколесо, асинхронный генератор, электромагнитную муфту с обмоткой управления и системы стабилизации напряжения и частоты, состоящие из формирователя импульсов, задающего генератора и усилителя импульсов, согласно изобретению в качестве асинхронного генератора использован односкоростной асинхронный генератор с короткозамкнутым ротором, статорные обмотки которого соединены через выходные зажимы с нагрузкой и системами стабилизации напряжения и частоты, система стабилизации напряжения содержит блок конденсаторов возбуждения, выпрямитель, первый транзистор, первый усилитель импульсов, первый трансформаторно-выпрямительный блок, причем первый, второй и третий входы первого трансформаторно-выпрямительного блока являются входами системы стабилизации напряжения, выход первого трансформаторно-выпрямительного блока соединен с первым входом формирователя импульсов, а его второй вход соединен с выходом задающего генератора, выход формирователя импульсов через первый усилитель импульсов, подключен к управляющим электродам первого транзистора, эмиттер-коллекторный переход которого подключен к входу выпрямительного блока, выход выпрямительного блока соединен с выходом асинхронного генератора через блок конденсаторов возбуждения, система стабилизации частоты содержит второй транзистор, генератор импульсов, второй трансформаторно-выпрямительный блок и второй усилитель импульсов, причем первый, второй и третий входы второго трансформаторно-выпрямительного блока являются входами системы стабилизации частоты, первый выход второго трансформаторно-выпрямительного блока соединен с входом генератора импульсов, выход которого через второй усилитель импульсов соединен с управляющими входами второго транзистора, второй выход второго трансформаторно-выпрямительного блока через эмиттер-коллекторный переход второго транзистора соединен с началом обмотки управления электромагнитной муфты, конец которой соединен с третьим выходом трансформаторно-выпрямительного блока.
Новизна заявляемого предложения обусловлена тем, что в качестве генератора электрической энергии использована упрощенная конструкция асинхронного генератора с емкостным возбуждением и упрощенные схемы стабилизации его напряжения и частоты, что позволяет повысить надежность работы и улучшить массогабаритные показатели генератора электрической энергии.
По данным научно-технической и патентной литературы, авторам неизвестна заявляемая совокупность признаков, направленная на достижение технического решения, и это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения изобретательскому уровню.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена функциональная схема устройства стабилизации напряжения и частоты ветроэлектрической установки; на фиг.2 - диаграммы напряжений, поясняющие работу системы стабилизации частоты; на фиг.3 - диаграммы напряжений, поясняющие работу системы стабилизации напряжения.
Устройство стабилизации напряжения и частоты ветроэлектрической установки содержит ветроколесо 1, соединенное с мультипликатором 2 (редуктором), выход которого соединен через ведущий вал с электромагнитной муфтой 3, имеющей обмотку управления 4, с короткозамкнутым ротором асинхронного генератора 5, к выводам 6, 7 и 8 которого подключается нагрузка, система стабилизации частоты 9 и система стабилизации напряжения 10, система стабилизации напряжения 10 содержит блок конденсаторов возбуждения 11, выпрямитель 12, первый транзистор 13, первый усилитель импульсов 14, формирователь импульсов 15, задающий генератор 16, первый трансформаторно-выпрямительный блок 17, вход которого соединен с выходами асинхронного генератора 6, 7 и 8, выход первого трансформаторно-выпрямительного блока 17 соединен с первым входом формирователя импульсов 15, а его второй вход соединен с выходом задающего генератора 16, выход формирователя импульсов 15 через первый усилитель импульсов 14, подключен к управляющим электродам первого транзистора 13, эмиттер-коллекторный переход которого подключен к входу выпрямительного блока 12, выход выпрямительного блока 12 соединен с выходом асинхронного генератора 5 через блок конденсаторов возбуждения 11. Система стабилизации частоты 9 содержит генератор импульсов 18, второй усилитель импульсов 19, второй трансформаторно-выпрямительный блок 20 и второй транзистор 21, эмиттер-коллекторный переход которого последовательно соединен с обмоткой управления 4 электромагнитной муфты 3, первый выход второго трансформаторно-выпрямительного блока 20 соединен с входом генератора импульсов 18, выход которого через второй усилитель импульсов 19 соединен с управляющими входами второго транзистора 21, второй выход второго трансформаторно-выпрямительного блока 20 через эмиттер-коллекторный переход второго транзистора 21 соединен с началом обмотки управления 4 электромагнитной муфты 3, конец которой соединен с третьим выходом трансформаторно-выпрямительного блока 20.
Устройство стабилизации напряжения и частоты ветроэлектрической установки работает следующим образом.
1
2
2
Мультипликатор 2 увеличивает частоту вращения ветроколеса 1 с n до n (фиг.1). Ведущий вал электромагнитной муфты 3 и соответственно короткозамкнутый ротор асинхронного генератора 5 также вращаются с частотой n. Через обмотку управления 4 электромагнитной муфты 3 протекает постоянный ток. Асинхронный генератор 5 возбуждается за счет емкостного тока блока конденсаторов возбуждения 11 и на его выводах статорных обмоток 6, 7 и 8 наводится трехфазная система ЭДС. При дестабилизирующих факторах: изменениях частоты вращения ветроколеса 1, отклонениях напряжения на нагрузке и изменениях ее величины и характера системы стабилизации 9 и 10 автоматически осуществляют стабилизацию частоты и напряжения.
BC
У1
У1
Система стабилизации частоты 9 работает следующим образом. На вход генератора импульсов 18 поступает сигнал u (фиг.2, а) от вторичных обмоток второго трансформаторно-выпрямительного блока 20, синхронный с частотой выходного напряжения асинхронного генератора, генератор импульсов 18 формирует импульсы управления u при переходе синусоидального напряжения через ноль (фиг.2, а, б), которые через второй усилитель импульсов 19 поступают на управляющие электроды второго транзистора 21. Длительность импульсов может регулироваться схемами задержки. К примеру, если частота напряжения увеличилась (фиг.2, в), тогда увеличится частота управляющего сигнала u (фиг.2, г) и увеличится общее время открытого состояния второго транзистора 21 за период номинальной частоты. Это приведет к увеличению тока в обмотке управления 4 электромагнитной муфты 3, и соответственно к уменьшению крутящего момента на валу ротора генератора и уменьшению частоты напряжения.
Система стабилизации напряжения 10 (фиг.3) работает следующим образом.
ТВБ
ЗГ
ЗГ
ТВБ
У
У
1
2
На первый вход формирователя импульсов 15 поступает сигнал постоянного тока от первого трансформаторно-выпрямительного блока 17, пропорциональный выходному напряжению асинхронного генератора 5 u, а на второй его вход поступает сигнал от задающего генератора 16 u пилообразной формы (фиг.3, а). Когда u>u, формирователь импульсов управления 15 формирует сигнал u (фиг.3, б), который через первый усилитель импульсов 14 поступает на управляющие электроды первого транзистора 13. К примеру, если напряжение на выводах 6, 7 и 8 асинхронного генератора уменьшится, тогда уменьшится напряжение постоянного тока на выходе первого трансформаторно-выпрямительного блока 17 (фиг.3, в), увеличится длительность сигнала управления u, увеличится угол управления транзистора с α до α (фиг.3, г) и, соответственно, увеличится время открытого состояния первого транзистора 13, а это приведет к увеличению емкостного тока блока конденсаторов возбуждения и обеспечит компенсацию реактивной мощности, что приводит к увеличению (стабилизации) напряжения на выходе асинхронного генератора 5 и соответственно устройства стабилизации напряжения.