Асинхронный генератор с фазным ротором для ветроэнергетической установки

(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 Данное изобретение должен обеспечить 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 в трехфазную цепь ротора асинхронного генератора включеныактивных сопротивлений черезконтактов реле, кроме того,установлена дополнительная ветроустановка с флюгером и синхронным генератором на валу, при чем статорные обмотки синхронного генератора подключены к обмоткам реле через дополнительные индуктивности и емкости, которые рассчитаны на резонансное явление.(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Казахский национальный технический университет им. К.И. Сатпаева Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) АСИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР С ФАЗНЫМ РОТОРОМ ДЛЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ(57) Изобретение относится к электротехнике и автоматике и может быть использовано в качестве асинхронного генератора с автоматической системой управления для ветроэнергетических установок. 23894 Изобретение относится к электротехнике и автоматике и может быть использовано в качестве асинхронного генератора с автоматической системой управления для ветроэнергетических установок. Известен асинхронный вентильный каскад Онищенко Г. Б. Асинхронный вентильный каскад. М., Энергия, 1967. - 152 с. ил, стр. 61 - 65,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 системы 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 асинхронного генератора с фазным ротором,позволяющим увеличить мощность генератора при увеличении частоты вращения ветроустановки и скорости ветра. Данное изобретение обеспечивает максимальное значение мощности ветроэнергетической установки 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 в трехфазную цепь ротора асинхронного генератора включеныактивных сопротивлений черезконтактов реле, кроме того,установлена дополнительная ветроустановка с флюгером и синхронным генератором на валу, при чем статорные обмотки синхронного генератора подключены к обмоткам реле через дополнительные индуктивности и емкости, которые рассчитаны на резонансное явление. Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена автоматическая система управления ветроэнергетической установкой при применении асинхронного генератора с фазным ротором на фиг. 2 представлены механические характеристики ветроколеса Мвк и асинхронного генератора Мг с фазным ротором при введении активного сопротивления в цепь ротора 1,2, 3,. Ветроэнергетическая установка (ВЭУ) имеет асинхронный генератор с фазным ротором (АГ),кроме того, следящий привод и дополнительную ветро-установку (ВУ) малой мощности на базе синхронного генератора (СГ) с постоянными магнитами (Фиг. 1). В роторную цепь асинхронного генератора последовательно включеныактивных сопротивлений черезконтактов реле. Трехфазные статорные обмотки АГ через контакты реле К 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 подключено добавочное сопротивление (Д) и параллельно подключеныобмотки реле индуктивностями (1, 2, 3, ,) через емкости(1, С 2, С 3, ). Ветроэнергетическая установка с автоматической системой управления работает следующим образом. Флюгер следящего привода, который находится на валу дополнительного ВК, задает направление максимального ветра. Это направление определяется сельсин - датчиком (СД), так как флюгер и СД находятся на одном валу. Положение основного ВК по отношению к направлению ветра измеряется сельсин - приемником. Если между истинным направлением ветра и положением основного ВК будет рассогласование, 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 измеряется дополнительной ветроустановкой(ВУ) с синхронным генератором СГ, благодаря флюгеру Ф. Как известно, частота напряжения СГ прямо пропорциональна частоте вращения ротора, поэтому скорость ветра будет прямо пропорциональна частоте напряжения СГ. Индуктивность 1, 2, 3,состоит из индуктивности обмотки реле оби дополнительной индуктивности доп, т.е. 1 6 доп 1, 2 бдоп 2, 36 доп 3,бдоп. Как правило, реле для всех контактов выбирают одинаковыми, поэтому у всех обмоток реле одинаковые индуктивности. Чтобы в разных 2 23894 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(С 1, С 2, С 3,С) и индуктивности (1, 2, 3,,) 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 150 Гц первая цепь 1,С 2 входит в резонанс и срабатывает первое реле и соответственно его контакты К 1 замыкаются. При этом АГ будет генерировать мощность ВЭУ в энергосистему,работая в точке 1 по механической характеристике генератора и ветроколеса (Фиг. 2) с определенной частотой вращения. При возрастании скорости ветра частота напряжения СГ будет возрастать и когда частота станет равной 1 75 Гц, то цепь 2, С 2 войдет в резонанс, а цепь 1, 1 выйдет из резонанса, поэтому сработают контакты второго реле К 2, а контакты первого реле К 1 будут разомкнуты, при этом в роторную цепь подключится дополнительное сопротивление 2 и генератор перейдет на большую мощность и частоту вращения, соответствующие точке 2 на фиг. 2. При частотах напряжения СГ 1100 Гц замыкаются контакты К 3, а при 1 Гц замыкаются контакты К. На фиг. 2 это соответствует точкам 3 и 4. Если частота напряжения АГ 150 Гц или 1 Гц генератор не будет включен в энергосистему, так как обмотка ротора будет разомкнута, потому что 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. Это возможно благодаря введению добавочного сопротивления в цепь ротора (Фиг. 2), при этом диапазон изменения частоты вращения генератора увеличивается. Следует отметить, что при возрастании скорости ветра и соответственно мощности ВК большей мощности генератора этот генератор должен быть отключен от энергосистемы, в противном случае этот АГ сгорит. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Асинхронный генератор с фазным ротором для ветроэнергетической установки содержащий ветроколесо, асинхронный генератор с фазным ротором, отличающиеся тем, что следящий привод,состоит из сельсина - датчика, сельсина приемника, сравнивающего устройства, регулятора,усилителя, двигателя, редуктора, а в трехфазную цепь ротора асинхронного генератора включеныактивных сопротивлений черезконтактов реле,кроме того,установлена дополнительная ветроустановка с флюгером и синхронным генератором на валу, при чем статорные обмотки синхронного генератора подключены кобмоткам реле через дополнительные индуктивности и емкости, которые рассчитаны на резонансное явление.