[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2299356C1 - Wind power plant - Google Patents

Wind power plant Download PDF

Info

Publication number
RU2299356C1
RU2299356C1 RU2006105560/06A RU2006105560A RU2299356C1 RU 2299356 C1 RU2299356 C1 RU 2299356C1 RU 2006105560/06 A RU2006105560/06 A RU 2006105560/06A RU 2006105560 A RU2006105560 A RU 2006105560A RU 2299356 C1 RU2299356 C1 RU 2299356C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
wind power
output
generator
cells
Prior art date
Application number
RU2006105560/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Владимирович Оськин (RU)
Сергей Владимирович Оськин
Дмитрий Павлович Харченко (RU)
Дмитрий Павлович Харченко
Павел Михайлович Харченко (RU)
Павел Михайлович Харченко
Original Assignee
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кубанский государственный аграрный университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кубанский государственный аграрный университет filed Critical Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кубанский государственный аграрный университет
Priority to RU2006105560/06A priority Critical patent/RU2299356C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2299356C1 publication Critical patent/RU2299356C1/en

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

FIELD: wind power engineering.
SUBSTANCE: wind power plant comprises wind motor, transmitting device, velocity pickup, electromagnetic clutch, n-pole asynchronous generator whose leads are connected with the exciting capacitor through the commutator, device for stabilizing voltage, pulse generator connected with the first input of the synchronization device. The second input of the synchronization device is connected with the frequency generator. The output of the synchronization device is connected with the input of the amplifier whose output is connected with the control winding of the electromagnetic clutch. The commutator is made of cells mounted on the contactless power elements. The wind power plant has units for analysis and control whose input is connected with the velocity pickup and outputs are connected with the cells of the commutator.
EFFECT: enhanced reliability.

Description

Изобретение относится к электроэнергетике и предназначено для преобразования энергии ветра в электрическую при стабильных параметрах выходной частоты и напряжения.The invention relates to the electric power industry and is intended to convert wind energy into electrical energy with stable parameters of the output frequency and voltage.

Известна "Ветроэлектрическая установка с инерционным аккумулятором энергии" (а.с. №951626, МКИ Н02Р 9/42 от 15.08.82 г.), содержащая ветроколесо, выходной вал которого соединен с валом генератора переменного тока, к которому подключен блок возбуждения и регулирования, и снабжена дополнительной электрической машиной, а генератор переменного тока выполнен в виде асинхронной машины с короткозамкнутым ротором, а вал дополнительной асинхронной машины соединен с валом инерционного аккумулятора энергии.Known "Wind electric installation with an inertial energy accumulator" (AS No. 951626, MKI Н02Р 9/42 of 08/15/82), containing a wind wheel, the output shaft of which is connected to the shaft of the alternator, to which the excitation and regulation unit is connected , and is equipped with an additional electric machine, and the alternator is made in the form of an asynchronous machine with a squirrel-cage rotor, and the shaft of the additional asynchronous machine is connected to the shaft of the inertial energy accumulator.

Недостатком известного устройства являются низкие энергетические показатели по причине многократного преобразования электроэнергии.A disadvantage of the known device is the low energy performance due to the multiple conversion of electricity.

Известно изобретение (см. патент RU №2133375, F03D 7/00 от 20.07.1997 г.), состоящее из ветродвигателя, передаточного устройства, датчика частоты, n-полюсного асинхронного генератора с конденсаторами возбуждения, устройства коммутации. При этом подключение нагрузки происходит в функции скорости ветра. Недостатком известного технического решения являются низкие энергетические показатели в диапазоне переключения полюсов и невысокая стабильность частоты и напряжения.The invention is known (see patent RU No. 2133375, F03D 7/00 of 07/20/1997), consisting of a wind turbine, a transmission device, a frequency sensor, an n-pole asynchronous generator with excitation capacitors, a switching device. In this case, the load is connected as a function of wind speed. A disadvantage of the known technical solution is the low energy performance in the switching range of the poles and the low stability of frequency and voltage.

В качестве прототипа нами выбрано изобретение (патент RU №222531, 7 F03D 7/04 от 01.07.2002 г.), состоящее из ветродвигателя, передаточного устройства, датчика скорости, n-полюсного асинхронного генератора с конденсаторами возбуждения, устройства коммутации, дополнительно содержащее электромагнитную муфту с обмоткой управления, дополнительные конденсаторы, устройство стабилизации напряжения, формирователь импульсов, задающий генератор частоты, устройство синхронизации и усилитель, причем ветродвигатель через передающее устройство соединен с датчиком скорости и ведущим валом электромагнитной муфты, которая выходным валом соединена с ротором n-полюсного многоскоростного асинхронного генератора, обмотки которого соединены со входом блока коммутации, выход которого соединен с конденсаторами возбуждения, дополнительными конденсаторами с выходными зажимами, устройством стабилизации напряжения и формирователем импульсов, который соединен с первым входом устройства синхронизации, а его второй вход соединен с задающим генератором частоты, выход устройства синхронизации соединен со входом усилителя, а последний - с обмоткой управления электромагнитной муфты.We selected the invention as a prototype (patent RU No. 222531, 7 F03D 7/04 of 07/01/2002), consisting of a wind turbine, a transmission device, a speed sensor, an n-pole asynchronous generator with field capacitors, a switching device, additionally containing an electromagnetic a clutch with a control winding, additional capacitors, a voltage stabilization device, a pulse shaper, a frequency generator, a synchronization device and an amplifier, the wind turbine being connected to a sensor through a transmitting device speed and the drive shaft of the electromagnetic coupling, which is connected by the output shaft to the rotor of the n-pole multi-speed asynchronous generator, the windings of which are connected to the input of the switching unit, the output of which is connected to field capacitors, additional capacitors with output terminals, voltage stabilization device and pulse shaper, which connected to the first input of the synchronization device, and its second input connected to the master frequency generator, the output of the synchronization device is connected on the amplifier input, and the latter - to the control coil of the electromagnetic clutch.

Такое изобретение, как показал опыт его эксплуатации, имеет серьезные преимущества по сравнению с другими. Однако известное изобретение имеет недостатки, заключающиеся в невысокой надежности и конструктивной сложности системы управления и коммутации обмоток n-полюсного асинхронного генератора, в частности:Such an invention, as shown by the experience of its operation, has serious advantages over others. However, the known invention has drawbacks in the low reliability and structural complexity of the control and switching system of the windings of an n-pole asynchronous generator, in particular:

1. Сложность конструктивного исполнения датчика скорости (как указано, он имеет на выходе исполнительные элементы по количеству, равному числу переключаемых пар полюсов генератора).1. The complexity of the design of the speed sensor (as indicated, it has actuators at the output in an amount equal to the number of switched pairs of generator poles).

2. Невысокая надежность блока коммутации обмоток n-полюсного асинхронного генератора.2. Low reliability of the switching unit of the windings of the n-pole asynchronous generator.

Техническим решением предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, а именно повышение надежности работы ветроэнергетической установки в режимах переключения обмоток n-полюсного асинхронного генератора.The technical solution of the invention is to eliminate these drawbacks, namely increasing the reliability of the wind power installation in the switching modes of the windings of an n-pole asynchronous generator.

Поставленная задача достигается тем, что в ветроэнергетической установке, состоящей из последовательно соединенных ветродвигателя, передаточного устройства, датчика скорости, электромагнитной муфты, n-полюсного асинхронного генератора, выводы которого соединены через устройство коммутации с конденсаторами возбуждения, дополнительными конденсаторами, устройством стабилизации напряжения, формирователем импульсов, который соединен с первым входом устройства синхронизации, а его второй вход соединен с задающим генератором частоты, выход устройства синхронизации соединен со входом усилителя, выход которого соединен с обмоткой управления электромагнитной муфты, согласно изобретению устройство коммутации выполнено в виде ячеек на бесконтактных силовых элементах - симисторах, а датчик скорости - однолинейным, при этом ветроэнергетическая установка содержит блок анализа и управления, вход которого соединен с датчиком скорости, а выходы - с ячейками устройства коммутации.The problem is achieved in that in a wind power installation consisting of a wind turbine, a transmission device, a speed sensor, an electromagnetic coupling, an n-pole asynchronous generator, the outputs of which are connected through a switching device with excitation capacitors, additional capacitors, a voltage stabilization device, and a pulse shaper which is connected to the first input of the synchronization device, and its second input is connected to the master frequency generator, in the synchronization device is connected to the input of the amplifier, the output of which is connected to the control winding of the electromagnetic coupling, according to the invention, the switching device is made in the form of cells on contactless power elements - triacs, and the speed sensor is single-line, while the wind power installation contains an analysis and control unit, the input of which connected to the speed sensor, and the outputs to the cells of the switching device.

Новизна технического решения обусловлена тем, что применена более надежная система переключения обмоток n-полюсного асинхронного генератора: однолинейный датчик скорости - блок анализа и управления - бесконтактный блок коммутации обмоток n-полюсного асинхронного генератора на симисторах.The novelty of the technical solution is due to the fact that a more reliable system for switching the windings of an n-pole asynchronous generator is used: a single-line speed sensor - an analysis and control unit - a contactless switching unit for the windings of an n-pole asynchronous generator on triacs.

По данным научно-технической и патентной литературы авторам не известна заявляемая совокупность признаков, направленная на достижение поставленной задачи, и это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения уровню изобретения.According to the scientific, technical and patent literature, the authors are not aware of the claimed combination of features aimed at achieving the task, and this solution does not follow clearly from the prior art, which allows us to conclude that the solution corresponds to the level of the invention.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена схема ветроэнергетической установки; на фиг.2 - таблица состояний переключающих ячеек и механические характеристики ветроэнергетической установки в различных режимах работы.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a diagram of a wind power installation; figure 2 is a table of states of the switching cells and the mechanical characteristics of the wind power installation in various modes of operation.

Ветроэнергетическая установка содержит ветроколесо 1, соединенное с передающим устройством 2, выход передающего устройства соединен с однолинейным датчиком скорости 3 и ведущим валом электромагнитной муфты 4, выходной вал которой соединен ротором n-полюсного асинхронного многоскоростного генератора 5 с обмотками 6, 7 и 8, соединенными со входом блока коммутации 10, состоящего из бесконтактных ячеек 11, 12, 13 и 14, при этом датчик скорости соединен со входом блока анализа и управления 9, выход которого соединен с управляющими входами ячеек 11, 12, 13 и 14 блока коммутации 10, выход блока коммутации соединен с конденсаторами возбуждения 15, дополнительными конденсаторами 16, устройством стабилизации напряжения 17 и формирователем импульсов 18, который соединен с первым входом устройства синхронизации 19, а его второй вход соединен с задающим генератором частоты 20, выход устройства синхронизации соединен со входом усилителя 21, который соединен с обмоткой управления 22 электромагнитной муфты 4.The wind power installation contains a wind wheel 1 connected to the transmitting device 2, the output of the transmitting device is connected to a single-line speed sensor 3 and the drive shaft of the electromagnetic clutch 4, the output shaft of which is connected by a rotor of an n-pole asynchronous multi-speed generator 5 with windings 6, 7 and 8 connected to the input of the switching unit 10, consisting of contactless cells 11, 12, 13 and 14, while the speed sensor is connected to the input of the analysis and control unit 9, the output of which is connected to the control inputs of the cells 11, 12, 13 and 14 of the switching unit 10, the output of the switching unit is connected to field capacitors 15, additional capacitors 16, a voltage stabilization device 17 and a pulse shaper 18, which is connected to the first input of the synchronization device 19, and its second input is connected to the master frequency generator 20, the output of the synchronization device connected to the input of the amplifier 21, which is connected to the control winding 22 of the electromagnetic clutch 4.

Установка работает следующим образом. В начальный момент времени на обмотку 22 электромагнитной муфты 4 подается постоянное напряжение, создается максимальный крутящий момент, и ротор асинхронного генератора вращается со скоростью ведущего вала. Ячейка 11 блока коммутации подключает конденсаторы возбуждения 15 и дополнительные 16 к обмотке 6 генератора с большим числом пар полюсов. При достижении ротором асинхронного генератора заданной скорости последний возбуждается, и, посредством ячейки 14, напряжение подается к нагрузке (рабочая точка А на механической характеристике, фиг.2). В диапазоне скоростей от А до В стабилизация скорости и частоты асинхронного генератора происходит за счет скольжения в электромагнитной муфте 4, управляемой через усилитель 21, устройством синхронизации 19, выходной сигнал которого зависит от разницы выходных сигналов формирователя импульсов 18 и задающего генератора 20. При дальнейшем увеличении скорости ветра и скорости вращения ведущего вала электромагнитной муфты (выше точки В, фиг.2) блок анализа и управления 9, анализирующий сигнал с датчика скорости 3, вырабатывает управляющие сигналы для соответствующих ячеек блока коммутации, и происходит переключение конденсаторов 15 и 16 на обмотку 7 с меньшим числом пар полюсов. Асинхронный генератор переходит в следующий режим работы (участок В-С, фиг.2), где стабилизация частоты и скорости опять достигается за счет электромагнитной муфты. Аналогичным образом, при достижении верхней отметки скорости вала в этом диапазоне, происходит переключение конденсаторов на обмотку 8, и асинхронный генератор переходит в следующий режим (участок С-D, фиг.2).Installation works as follows. At the initial time, a constant voltage is applied to the winding 22 of the electromagnetic clutch 4, maximum torque is created, and the rotor of the asynchronous generator rotates at the speed of the drive shaft. Cell 11 of the switching unit connects the field capacitors 15 and additional 16 to the winding 6 of the generator with a large number of pole pairs. When the rotor reaches the asynchronous generator of a given speed, the latter is excited, and, through the cell 14, the voltage is supplied to the load (operating point A on the mechanical characteristic, figure 2). In the speed range from A to B, stabilization of the speed and frequency of the asynchronous generator occurs due to sliding in the electromagnetic coupling 4, controlled through the amplifier 21, by the synchronization device 19, the output signal of which depends on the difference between the output signals of the pulse shaper 18 and the master oscillator 20. With a further increase wind speed and rotation speed of the drive shaft of the electromagnetic coupling (above point B, figure 2), the analysis and control unit 9, which analyzes the signal from the speed sensor 3, generates a control signal s for the corresponding cells of the switching unit, and the capacitors 15 and 16 are switched to the winding 7 with a smaller number of pole pairs. The asynchronous generator goes into the next mode of operation (section BC, figure 2), where the stabilization of the frequency and speed is again achieved due to the electromagnetic clutch. Similarly, when reaching the upper mark of the shaft speed in this range, the capacitors are switched to the winding 8, and the asynchronous generator goes into the next mode (section C-D, figure 2).

Таким образом, переключение обмоток асинхронного генератора происходит по закону:Thus, the switching of the windings of the asynchronous generator occurs according to the law:

Figure 00000002
Figure 00000002

где ω1 - радиальная скорость вращения вала передаточного устройства.where ω 1 is the radial rotation speed of the shaft of the transmission device.

Вышесказанное позволяет заключить, что коммутационному блоку необходимо обладать большим быстродействием, что легко достигается при использовании бесконтактных переключающих элементов.The foregoing allows us to conclude that the switching unit must have high speed, which is easily achieved when using contactless switching elements.

Схема одной переключающей ячейки проста: три оптоэлектронных симистора, управляющие электроды которых объединены в один общий управляющий вывод. Датчик скорости выдает сигнал (напряжение, импульсы), зависящий от скорости вращения выходного вала передающего устройства. Блок анализа и управления может быть реализован на микросхемах ТТЛ-логики либо на микроконтроллере.The circuit of one switching cell is simple: three optoelectronic triacs, the control electrodes of which are combined into one common control output. The speed sensor generates a signal (voltage, pulses), depending on the speed of rotation of the output shaft of the transmitting device. The analysis and control unit can be implemented on TTL logic chips or on a microcontroller.

Достоинства представленного технического решения заключаются в высокой надежности работы ветроэнергетической установки за счет полного отсутствия контактной схемы при переключении обмоток генератора, сравнительно простой схемной реализации при стабильных параметрах выходной частоты и напряжения.The advantages of the presented technical solution are the high reliability of the wind power installation due to the complete absence of a contact circuit when switching the generator windings, a relatively simple circuit implementation with stable parameters of the output frequency and voltage.

Claims (1)

Ветроэнергетическая установка, состоящая из последовательно соединенных ветродвигателя, передаточного устройства, датчика скорости, электромагнитной муфты, n-полюсного асинхронного генератора, выводы которого соединены через устройство коммутации с конденсаторами возбуждения, дополнительными конденсаторами, устройством стабилизации напряжения, формирователем импульсов, который соединен с первым входом устройства синхронизации, а его второй вход соединен с задающим генератором частоты, выход устройства синхронизации соединен со входом усилителя, выход которого соединен с обмоткой управления электромагнитной муфты, отличающаяся тем, что устройство коммутации выполнено в виде ячеек на бесконтактных силовых элементах - симисторах, а датчик скорости - однолинейным, при этом ветроэнергетическая установка содержит блок анализа и управления, вход которого соединен с датчиком скорости, а выходы - с ячейками устройства коммутации.A wind power installation consisting of a wind turbine, a transmission device, a speed sensor, an electromagnetic coupling, an n-pole asynchronous generator, the conclusions of which are connected through a switching device with field capacitors, additional capacitors, a voltage stabilization device, a pulse shaper that is connected to the first input of the device synchronization, and its second input is connected to the master frequency generator, the output of the synchronization device is connected to the course of the amplifier, the output of which is connected to the control winding of the electromagnetic coupling, characterized in that the switching device is made in the form of cells on contactless power elements - triacs, and the speed sensor is single-line, while the wind power installation contains an analysis and control unit, the input of which is connected to the sensor speeds, and outputs - with cells of the switching device.
RU2006105560/06A 2006-02-22 2006-02-22 Wind power plant RU2299356C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006105560/06A RU2299356C1 (en) 2006-02-22 2006-02-22 Wind power plant

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006105560/06A RU2299356C1 (en) 2006-02-22 2006-02-22 Wind power plant

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2299356C1 true RU2299356C1 (en) 2007-05-20

Family

ID=38164175

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006105560/06A RU2299356C1 (en) 2006-02-22 2006-02-22 Wind power plant

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2299356C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101900085A (en) * 2009-05-25 2010-12-01 杨青山 Method and device for driving fan blades of solar wind turbine

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101900085A (en) * 2009-05-25 2010-12-01 杨青山 Method and device for driving fan blades of solar wind turbine
CN101900085B (en) * 2009-05-25 2013-04-17 杨青山 Device for driving fan blades of solar wind turbine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9647582B2 (en) Induction motor-permanent magnet generator tandem configuration starter-generator for hybrid vehicles
DK1208643T3 (en) Control of an electric reluctance machine
CN107394952A (en) Energy storage power generation device
WO1988007782A1 (en) Electric generator
CN108292884A (en) Expandable compact structure with one or more permanent magnets for driving a generator
RU2299356C1 (en) Wind power plant
CN101272115A (en) Electromotor system, control method and permanent magnet synchronous electromotor
JP7341158B2 (en) Electromechanical systems and phasing gearing for transmitting rotational energy
CN103915961A (en) Novel axial magnetic flux doubly salient permanent magnet generator
RU2590929C1 (en) Device for stabilising voltage and frequency of wind-driven power plant
RU2770526C1 (en) Wind power plant
RU2225531C1 (en) Windmill-electric power plant
CN104767331A (en) Stator-movable type self-speed-regulating permanent magnet motor
CN213279452U (en) Electromagnetic stepless speed change switchable power distribution device
RU2615564C1 (en) Wind turbine plant
RU185883U1 (en) Wind power plant
RU2133375C1 (en) Method for controlling windmill electric generating plant
CN200994097Y (en) High power two-armature double-feeding brushless wind generator
RU2231686C1 (en) Wind-and-hydraulic power-generating plant
RU2572023C2 (en) Electrical power transmission for alternating-current traction vehicle
WO2014016728A2 (en) Induction motor-permanent magnet generator tandem configuration starter-generator for hybrid vehicles
RU2316880C1 (en) Stator winding of asynchronous generator
SU372637A1 (en) ELECTRIC MACHINE UNIT FOR GETTING CONSTANT FREQUENCY
RU2499352C1 (en) Device to stabilise voltage and frequency of wind-electric plant
CN211481124U (en) Electromagnetic stepless speed change power distribution device

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080223