СИСТЕМА АВТОНОМНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Область, к которой относится полезная модель.
Полезная модель относится к области электротехники и энергетики, в частности к автономным системам электроснабжения трехфазным переменным током, при использовании энергии ветра.
Уровень техники.
Известна «Ветроэнергетическая установка», содержащая ветроколесо, электромагнитную муфту, асинхронный многоскоростной генератор, устройство стабилизации напряжения, формирователь импульсов, устройство синхронизации, соединенное с усилителем (патент RU №2225531 F03D 7/04 OT 01.07.2002).
Ее недостаток - сложность и дороговизна конструкции, требующая сложного технического решения, связанного с использованием формирователя импульсов, устройством синхронизации, задающим генератором частоты, усилителем, блоком управления электромагнитной муфтой, низкая надежность за счет использования большого количества элементов, отсутствие резервного источника питания, обеспечивающего электроснабжение потребителей в случае отсутствия ветра.
Известна «Автономная ветродизельэлектрическая установка», содержащая подключенные к шинам потребителей асинхронную электрическую машину и синхронную электрическую машину, асинхронная электрическая машина, выполненная с короткозамкнутой обмоткой ротора, подключена к шинам потребителей с помощью автоматического выключателя и соединена с ветродвигателем, синхронная машина также подключена к шинам потребителей с помощью автоматического выключателя, снабжена инерционным маховиком на валу и соединена с поршневым двигателем внутреннего сгорания посредством управляемой разобщительной муфты, (патент RU №2174191 F03D 9/00 от 27.09.2001).
Ее недостаток - сложность и дороговизна конструкции, требующая сложного технического решения, связанного с использованием двух независимых источников электроэнергии, содержащих асинхронный генератор и синхронный генератор.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту, принятый авторами за прототип является «Автономная система бесперебойного электроснабжения, использующая возобновляемый источник энергии», содержащая ветротурбину переменной скорости вращения, жестко связанную с генератором переменного тока, аккумуляторную батарею, дизель-генераторную установку (патент RU №2262790 H02J 7/34, J02J 3/38, F03D 9/00 от 11.05.2004).
Недостатком данного устройства является увеличенное количество источников электрической энергии, содержащих два генератора, сложность и дороговизна конструкции.
Раскрытие полезной модели.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является удешевление конструкции, уменьшение металлоемкости за счет уменьшения количества генераторов в системе автономного электроснабжения, упрощение системы стабилизации выходных параметров асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором, а также повышение надежности конструкции системы автономного электроснабжения.
Технический результат достигается с помощью системы автономного электроснабжения, содержащей дизель, асинхронный генератор с короткозамкнутым ротором, батарею пусковых конденсаторов, ветроколесо, соединенное с передаточным устройством, зарядное устройство, соединенное с аккумуляторной батареей, которая посредствам инвертора соединена с блоком коммутации, трансформатор тока, соединенный с выпрямителем, блок управления, блок автоматического пуска дизеля, две электромагнитные муфты, два тахогенератора и датчик ветроколеса, который соединен с блоком управления, при этом одна из электромагнитных
муфт соединяет вал дизеля и вал асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором, обмотка управления которой соединена с блоком управления, вторая - соединяет вал ветроколеса и вал асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором, обмотка управления которой соединена с блоком управления электромагнитной муфты, при этом один из тахогенераторов установлен на валу ветроколеса, другой на валу асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором и соединены с блоком управления, а валы дизеля, асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором и ветроколеса установлены на одной оси.
Новизна технического решения обусловлена тем, что два механических источника энергии, ветроколесо и дизель, посредствам электромагнитных муфт соединяемые с асинхронным генератором с короткозамкнутым ротором в зависимости от мощности на валу ветроколеса и мощности нагрузки, тем самым исключая использование в качестве резервного источника энергии дизель-генератор. Упрощение схемы системы управления электромагнитной муфтой, работающей в режиме скольжения за счет использования стабилизатора напряжения.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленной полезной модели, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем признакам заявленной полезной модели, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков аналога позволила выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле полезной модели.
Краткое описание чертежей.
На фиг. представлена структурная схема системы автономного электроснабжения.
Осуществление полезной модели.
Система автономного электроснабжения содержит дизель 1, соединенный посредствам электромагнитной муфты 2 с асинхронным генератором 3 с короткозамкнутым ротором (на фиг. не обозначен), батарею 4 пусковых конденсаторов, трансформаторы тока 5, соединенные с выпрямителем 6, блок управления 7, ветроколесо 8, соединенное с передаточным устройством (мультипликатором) 9, подсоединенное посредствам электромагнитной муфты 10 к асинхронного генератору 3 с короткозамкнутым ротором, ветроколесо 8 снабжено датчиком 11, который соединен с блоком управления 7, блок управления 12 электромагнитной муфтой 10 соединен с блоком управления 7, блок автоматического пуска 13 дизеля 1 соединен с блоком управления 7, зарядное устройство 14, соединенное с аккумуляторной батареей 15, которая соединена с инвертором 16, а инвертор 16 соединен с блоком коммутации 17, вал 18 дизеля 1 соединен посредствам электромагнитной муфты 2 с валом 19 асинхронного генератора 3 с короткозамкнутым ротором, вал 19 асинхронного генератора 3 с короткозамкнутым ротором посредствам электромагнитной муфты 10 соединен с валом 20 ветроколеса 8, при этом валы 20, 19, 18 ветроколеса 8, асинхронного генератора 3 с короткозамкнутым ротором и дизеля 1 находятся на одной оси, тахогенератор 21 установлен на валу 19 асинхронного генератора 3 с короткозамкнутым ротором, а тахогенератор 22 установлен на валу 20 ветроколеса 8, электромагнитная муфта 2 содержит обмотку управления 23, электромагнитная муфта 10 содержит обмотку управления 24, при этом обмотки управления 23 и 24 соединены с блоком управления 7.
В качестве ветроколеса 8 может быть использован любой преобразователь энергии ветра в механическую энергию, асинхронный генератор 3 с короткозамкнутым ротором стандартной конструкции. В качестве электромагнитной муфты 2,10 можно использовать электромагнитную муфту вязкого трения. Блок коммутации 17 с высоким
быстродействием и может быть контактным и бесконтактным. В качестве блока управления 12 электромагнитной муфты 10 можно использовать стабилизатор напряжения с возможностью регулирования проходящего через него уровня тока. Дизель 1 можно использовать соизмеримой мощности асинхронного генератора 3 с короткозамкнутым ротором, зарядное устройство 14 должно обеспечивать заряд аккумуляторных батарей 15, энергия которых через инвертор 16, обеспечивающий преобразование напряжения 12/220 В, поступает на блок коммутации 17. Датчик скорости 11 имеет на выходе сигнал, пропорциональный мощности ветроколеса 8 при той или иной скорости ветра.
Система автономного электроснабжения работает следующим образом. В первоначальный момент происходит автоматический запуск дизеля 1 посредствам блока автоматического пуска 13. При этом на обмотку управления 23 электромагнитной муфты 2 подается напряжение от аккумуляторной батареи 15, тем самым, соединяя вал 18 дизеля 1 и вал 19 асинхронного генератора 3 с короткозамкнутым ротором.
После перехода асинхронного генератора 3 с короткозамкнутым ротором в рабочий режим и подключения нагрузки (на фиг. не обозначена) сигнал с тахогенератора 21 и с тахогенератора 22 поступает в блок управления 7. Если скорость вращения вала 20 ветродвигателя 8 больше скорости вращения вала 19 асинхронного генератора 3 с короткозамкнутым ротором, происходит подача напряжения на обмотку управления 24 электромагнитной муфты 10, тем самым, смыкая вал 20 ветроколеса 8 с валом 19 асинхронного генератора 3 с короткозамкнутым ротором. Таким образом, осуществляется совместная работа механических источников энергии дизеля 1 и ветроколеса 8, приводящая к экономии топлива дизеля 1. Стабилизация мощности асинхронного генератора 3 с короткозамкнутым ротором осуществляется благодаря регулированию мощности дизеля 1 при изменении мощности на валу 20 ветроколеса 8.
В случае, когда мощность на валу 20 ветроколеса 8 больше мощности нагрузки, происходит отключение дизеля 1 от асинхронного генератора 3 с короткозамкнутым ротором посредствам электромагнитной муфты 2.
Так как условием стабилизации напряжения на фазах асинхронного генератора 3 с короткозамкнутым ротором является стабилизация частоты вращения вала 19, а мощность на валу 20 ветроколеса 8 зависит от скорости ветра, которая изменяется в широких пределах, наиболее целесообразно для стабилизации частоты вращения вала 19 асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором 3 и соответственно стабилизации напряжения и частоты генерируемых колебаний на фазах асинхронного генератора 3 с короткозамкнутым ротором, использовать электромагнитную муфту 10, работающую в режиме скольжения.
Для запуска дизеля 1 требуется около 10 секунд, в связи с чем, в данный промежуток времени, электроснабжение потребителей осуществляется за счет энергии аккумуляторной батареи 15 через инвертор 16 и блок коммутации 17.
Сигналы с датчика 11 ветроколеса 8 и с трансформаторов тока 5 через диодный мост 6 поступают в блок управления 7. Блок управления 7 оценивает мощность нагрузки потребителей и мощность ветроколеса 8 при той или иной скорости ветра, и при выполнении следующего условия происходит заряд аккумуляторной батареи 15 посредствам зарядного устройства 14.
ветр
н
акк
Р≥Р+Р.
ветр
Р - мощность на валу 20 ветроколеса 8;
н
Р - мощность нагрузки в данный момент времени;
акк
Р - мощность аккумуляторной батареи 15, которую необходимо преобразовать для ее полной зарядки.
Блок управления 12 электромагнитной муфты 10 включается в работу при подаче сигнала с датчика холостого хода дизеля (на схеме не обозначен) в систему управления 7. При этом мощность на валу 20 ветроколеса 8 больше
мощности нагрузки. Уровень скольжения электромагнитной муфты 10 определяется протекающим через обмотку управления 24 уровнем тока, зависящим от уровня напряжения на фазах асинхронного генератора 3 с короткозамкнутым ротором.
С увеличением напряжения на фазах асинхронного генератора 3 с короткозамкнутым ротором, ток, проходящий через обмотку управления 24 электромагнитной муфты 10, уменьшается посредствам блока управления 12, тем самым увеличивается уровень скольжения электромагнитной муфты 10 и уровень мощности, поступаемый от ветроколеса 8 к асинхронному генератору 3 с короткозамкнутым ротором, соответственно уменьшается, вследствие чего напряжение на фазах асинхронного генератора 3 с короткозамкнутым ротором также уменьшается до тех пор, пока не станет равным заданному. В противоположном случае, когда напряжение на фазах асинхронного генератора 3 с короткозамкнутым ротором меньше заданного, скольжение электромагнитной муфты 10 уменьшается.