Ветроэнергетическая установка с автоматической системой управления

(51) 02 47/00 (2010.01) 02 16/00 (2010.01) 03 7/04 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ системой управления для ветроэнергетических установок. Данное изобретение должен обеспечивать максимальное значение мощности ветроэнергетической установкой при изменении скорости ветра и направления. Это осуществляется за счет того, что следящий привод состоит из сельсина - датчика, сельсина - приемника,сравнивающего устройства, регулятора, усилителя,двигателя, редуктора, а асинхронный генератор выполнен многоскоростным, статорные обмотки,которых выполнены на разные частоты вращения,кроме того,установлена дополнительная ветроустановка с флюгером и синхронным генератором на валу, а также введен реле с обмоткой и контактами, количество которых,совпадает с количеством частоты вращения ротора,при чем статорные обмотки генератора подключены к энергосистеме через контакты реле, а обмотки реле через дополнительные индуктивности и емкости подключены параллельно к синхронному генератору и рассчитаны на резонансное явление.(72) Исембергенов Налик Турегалиевич Жусупбеков Сарсенбек Сейтбекович(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Казахский национальный технический университет им. К.И. Сатпаева Министерства образования и науки Республики Казахстан(56) Бут Д.А. Бесконтактные электрические машины Учеб. Пособие для электромех. и электроэнерг. спец. вузов. -М. Высш. Шк., 1990. 416 с ил, с. 287 - 298(57) Изобретение относится к электротехнике и автоматике и может быть использовано в качестве многоскоростного асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором с автоматической 23895 Изобретение относится к электротехнике и автоматике и может быть использовано в качестве многоскоростного асинхронного генератора с коротко-замкнутым ротором с автоматической системой управления для ветроэнергетических установок. Известен генератор переменного тока Бут Д.А. Бесконтактные электрические машины Учеб. Пособие для электромех. и электроэнерг. спец. вузов. -М. Высш. Шк., 1990. - 416 с ил, стр. 287 298, который является асинхронным двигателем,работающим в генератором режиме. Недостатком данного асинхронного генератора является то, что генератор имеет единственную скорость вращения ротора, которую следует поддерживать постоянно. При этом мощность асинхронного генератора не может увеличиваться при увеличении частоты вращения ротора. Известен также ветроэнергетическая установка Патент РФ 2358152, опубликовано, 27. 09. 2007,03 11/00, содержащий мачту, поворотное рамное основание с подшипниковыми узлами и ветроколесами с роторными элементами, статорные элементы и хвост. На двух стойках установлена наклонная каретка, несущая вертикальную стойку со статорными элементами,поворотным основанием с подшипниковыми узлами и ветроколесами с роторными элементами и с хвостом. Основными недостатками данной ветроэнергетической установки является отсутствие автоматической системой управления установки ветроколеса по направлению ветра, поэтому при часто изменяющемся направлении ветра ветроэнергетическая установка не успевает реагировать на изменение направления ветра, а также и при повышении частоты вращения ветроколеса генератор должен быть отключен. Задачей изобретения является разработка автоматической системы управления ветроэнергетической установкой с применением многоскоростного асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором,позволяющей увеличить мощность генератора при увеличении частоты вращения ветроустановки и скорости ветра. Данное изобретение обеспечивает максимальное значение мощности ветроэнергетической установкой при изменении скорости ветра и направления. Это осуществляется за счет того, что следящий привод состоит из сельсина - датчика,сельсина - приемника, сравнивающего устройства,регулятора, усилителя, двигателя, редуктора, а асинхронный генератор выполнен многоскоростным, статорные обмотки, которых выполнены на разные частоты вращения, кроме того, установлена дополнительная ветроуста-новка с флюгером и синхронным генератором на валу, а также введен реле с обмоткой и контактами,количество которых, совпадает с количеством частоты вращения ротора, при чем статорные обмотки генератора подключены к энергосистеме через контакты реле, а обмотки реле через дополнительные индуктивности и емкости подключены параллельно к синхронному генератору и рассчитаны на резонансное явление. Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена автоматическая система управления ветроэнергетической установки при применении многоскоростного асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором. Ветроэнергетическая установка (ВЭУ) имеет многоскоростной асинхронный генератор с короткозамкнутым ротором (АГ), кроме того,следящий привод и дополнительную ветроустановку (ВУ) малой мощности на базе синхронного генератора (СГ) с постоянными магнитами (Фиг. 1). Многоскоростной асинхронный генератор имеет четыре значения частоты вращения ротора и четыре трехфазных статорных обмоток на разные числа полюсов р 1,12, р 28, р 36, р 44 и соответственно, на разные частоты вращения ротора 1 500 об/мин,1750 об/мин,11000 об/мин, 11500 об/мин и на разные четыре мощности,например асинхронный двигатель серии 4 А типа 425012/8/6/43 в зависимости от выше перечисленных частот вращения имеет соответственно четыре мощности 112 кВт, Р 222 кВт, Р 324 кВт, Р 43 0 к В т . Четыре трехфазных статорных обмоток АГ через контакты (К 1, К 2, К 3, К 4,) реле могут быть подключены к трехфазной электросети. Следящий привод (П) ВК состоит из сельсина - датчика (СД),сельсина - приемника (СП), сравнивающего устройства (СУ), регулятора (Р), усилителя (У),двигателя (Д), редуктора (Ред) и флюгера (Ф). Сельсин - приемник (СП) расположен на валу АГ генератора и измеряет истинное положение основного ВК. К статорной обмотке СГ подключен добавочное сопротивление (д) и параллельно подключены индуктивности (1, 2, 3, 4,) через емкости (1, С 2, С 3, С 4), при чем к обмоткам реле последовательно подключеныдополнительные индуктивности. Ветроэнергетическая установка с автоматической системой управления работает следующим образом. Флюгер следящего привода, который находится на валу дополнительного ВК, задает направление максимального ветра. Это направление измеряется сельсин - датчиком СД, который находятся на одном валу к флюгером. Положение основного ВК по отношению к направлению ветра измеряется сельсин - приемником СП. Если между истинным направлением ветра и положением основного ВК будет рассогласования, то это рассогласование измеряется сельсин - датчиком и сельсин приемником и подается на сравнивающее устройство СС. Сигнал будет отрегулирован регулятором Р, усилен усилителем У, отработан двигателем через редуктор до такого состояния,пока ВК не займет направление максимального значения ветра. Основной задачей следящего привода - это держать ВК против максимального направления ветра, не зависимо от скорости ветра. Максимальное значение ветра, благодаря флюгеру Ф,измеряется дополнительной 2 23895 ветроустановкой ВУ и синхронным генератором СГ. Как известно, частота напряжения СГ прямо пропорциональна частоте вращения ротора, поэтому скорость ветра будет прямо пропорциональна частоте напряжения СГ. Индуктивность 1, 2, 3, 4 состоит из индуктивности обмотки реле 6 и дополнительной индуктивности доп, т.е. 1 обдоп 1, 2 6 доп 2, 3 6 доп 3, 4 б доп 4. Как правило,реле для всех контактов выбирают одинаковыми,поэтому у всех обмоток реле одинаковые индуктивности. Чтобы в разных последовательных цепяхи С наступил резонанс при разных частотах напряжения последовательно с обмоткой реле включены дополнительные индуктивности доп. Обмотки реле через дополнительные индуктивности и емкости параллельно подключены к обмоткам генератора, причем значения емкости(1, С 2 , С 3, С 4) и индуктивности (1, 2, 3, 4) подобраны таким образом, что для определенной частоты напряжения СГ последовательная цепьи С входил в резонанс и в этой цепи будет возрастание тока. Рассчитывают цепьи С, таким образом, чтобы значение этого тока было бы достаточным для срабатывания соответствующего реле. Например, при частоте напряжения СГ 1 50 Гц первая цепь 1, 1 в ходит в резонанс и срабатывает первое реле и соответственно его контакты К 1 замыкаются,при этом многоскоростной АГ будет подключен к энергосистеме первыми статорными обмотками. При возрастании скорости ветра частота напряжения СГ будет возрастать и когда частота станет равной 175 Гц, то цепь 2, С 2 войдет в резонанс, а цепь 1, С 1 выйдет из резонанса, поэтому сработают контакты второго реле К 2, а контакты первого реле К 1 будут разомкнуты,и соответственно многоскоростной АГ будет подключен к энергосистеме вторыми статорными обмотками на большую мощность. При частотах напряжения СГ 1 100 Гц замыкаются контакты К 3, а при 1 150 Гц замыкаются контакты К 4 . Если частота напряжения СГ 1 50 Гц или 1150 Гц генератор АГ не будет включен в энергосистему, так как ни одна обмотка реле не входит в резонанс. При возрастании скорости ветра возрастает не только частота вращения ВК, но и соответственно мощность, поэтому генератор АГ должен переключиться на большую мощность и на большую частоту вращения или отключен от энергосистемы, в противном случае этот АГ сгорит. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Ветроэнергетическая установка с автоматической системой управления содержащая ветроколесо,асинхронный генератор с короткозамкнутым ротором, отличающиеся тем,что следящий привод, состоит из сельсина - датчика,сельсина - приемника, сравнивающего устройства,регулятора, усилителя, двигателя, редуктора, а асинхронный генератор выполнен многоскоростным, статорные обмотки, которых выполнены на разные частоты вращения, кроме того, установлена дополнительная ветроустановка с флюгером и синхронным генератором на валу, а также введен реле с обмоткой и контактами,количество которых, совпадает с количеством частоты вращения ротора, при чем статорные обмотки генератора подключены к энергосистеме через контакты реле, а обмотки реле через дополнительные индуктивности и емкости подключены параллельно к синхронному генератору и рассчитаны на резонансное явление.