Устройство стабилизации напряжения ветроэнергетической установки

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для преобразования энергии ветра в электрическую энергию при стабильных параметрах выходного напряжения.

Известно устройство (патент РФ №2225531, F03D 7/04, Бюл. №7, 2004), состоит из асинхронного многоскоростного генератора, блока коммутации, устройства стабилизации напряжения, конденсаторов возбуждения и дополнительных конденсаторов, электромагнитной муфты и системы стабилизации частоты.

Наиболее близким по техническому решению является устройство (патент РФ №2499352, Н02Р 9/06, Бюл. №32, 2013), состоящее из ветроколеса, асинхронного генератора, блока конденсаторов возбуждения и системы стабилизации напряжения.

Недостатками устройства является сложная конструкция системы стабилизации напряжения, что снижает показатели его надежности.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение надежности работы системы стабилизации напряжения.

Технический результат достигается тем, что в устройстве стабилизации напряжения ветроэнергетической установки, содержащем ветроколесо, асинхронный генератор, блок конденсаторов возбуждения и систему стабилизации напряжения, согласно изобретению система стабилизации напряжения содержит блок регулировочных конденсаторов, выпрямительный блок, полевой транзистор, согласующий конвертор, трансформаторно-выпрямительный блок, причем первый, второй и третий входы трансформаторно-выпрямительного блока являются входами системы стабилизации напряжения, отрицательный выходной вывод трансформаторно-выпрямительного блока через согласующий конвертор соединен с затвором полевого транзистора, положительный выходной вывод трансформаторно-выпрямительного блока через согласующий конвертор соединен с истоком полевого транзистора и первым входом выпрямительного блока, сток полевого транзистора соединен со вторым входом выпрямительного блока, выход выпрямительного блок а через блок регулировочных конденсаторов соединен с выводами асинхронного генератора и входом блока конденсаторов возбуждения.

Новизна заявляемого предложения обусловлена тем, что в устройстве используется полевой транзистор в качестве управляемого переменного резистора для изменения напряжения на регулировочных конденсаторах, что упрощает конструкцию системы стабилизации напряжения и, таким образом, позволяет повысить надежность работы устройства стабилизации напряжения ветроэнергетической установки.

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 чертежом, где на фиг. 1 представлена функциональная схема устройства стабилизации напряжения ветроэнергетической установки.

Устройство стабилизации напряжения ветроэнергетической установки содержит ветроколесо 1, соединенное с мультипликатором 2 (редуктором), выход которого соединен через ведущий вал с короткозамкнутым ротором асинхронного генератора 3, к выводам 4, 5, и 6 которого подключается нагрузка, блок конденсаторов возбуждения 7 и система стабилизации напряжения 8. Система стабилизации напряжения содержит, блок регулировочных конденсаторов 9, выпрямительный блок 10, полевой транзистор 11, согласующий конвертор 12, трансформаторно-выпрямительный блок 13, вход которого соединен с выводами 4, 5 и 6 асинхронного генератора 3, отрицательный выходной вывод трансформаторно-выпрямительного 13 блока через согласующий конвертор 12 соединен с затвором полевого транзистора 11, положительный выходной вывод трансформаторно-выпрямительного блока 13 через согласующий конвертор 12 соединен с истоком полевого транзистора 11 и первым входом выпрямительного блока 10, сток полевого транзистора 11 соединен со вторым входом выпрямительного блока 10, выход выпрямительного блока 10 через блок регулировочных конденсаторов 9 соединен с выводами 4, 5 и 6 асинхронного генератора 3 и входом блока конденсаторов возбуждения 8.

Устройство стабилизации напряжения ветроэнергетической установки работает следующим образом.

Мультипликатор 2 увеличивает частоту вращения ветроколеса 1 с n₁ до n₂ (фиг. 1). Ведущий вал и, соответственно, короткозамкнутый ротор асинхронного генератора 3 также вращаются с частотой n₂. Асинхронный генератор 3 самовозбуждается за счет емкостного тока блока конденсаторов возбуждения 7. После наведения напряжения на выводах генератора 4, 5 и 6 на первом и втором входах выпрямительного блока 10 возникает разность потенциалов и открывается канал «сток-исток» полевого транзистора 11, через блок регулировочных конденсаторов 10 возникает ток. Одновременно с этим, через трансформаторно-выпрямительный блок 13 и согласующий конвертор 12 к управляющим электродам (затвор-исток) полевого транзистора 11 также прикладывается напряжение, то есть система стабилизации напряжения 8 включается автоматически. При этом асинхронный генератор 3 возбуждается одновременно от блока конденсаторов возбуждения 7 и блока регулировочных конденсаторов 9. Емкость блока конденсаторов возбуждения 7 выбирается таким образом, чтобы обеспечить устойчивое возбуждение асинхронного генератора 3 при полностью отключенном блоке регулировочных конденсаторов 9, и при этом обеспечивающих напряжение на выводах генератора 4, 5 и 6, соответствующее нижней границе диапазона стабилизации напряжения. Емкость блока регулировочных конденсаторов 9 выбирается таким образом, чтобы суммарная емкость конденсаторов блока конденсаторов возбуждения 7 и блока регулировочных конденсаторов 9 обеспечивала напряжение на выводах генератора 4, 5 и 6, соответствующее верхней границе диапазона стабилизации напряжения. Согласующий конвертор 12 настраивается таким образом, чтобы при номинальном режиме работы ветроэнергетической установки напряжение на управляющих электродах (затвор-исток) полевого транзистора 11 обеспечивало сопротивление канала «сток-исток», равное сопротивлению блока регулировочных конденсаторов. При дестабилизирующих факторах: изменениях частоты вращения ветроколеса 1, величины и характера нагрузки, система стабилизации напряжения 8 автоматически осуществляет стабилизацию напряжения.

Система стабилизации напряжения 8 работает следующим образом.

Переменное напряжение с выводов 4, 5 и 6 асинхронного генератора 3 понижается и выпрямляется трансформаторно-выпрямительным блоком 13 и через согласующий конвертор 12 подается на затвор и исток полевого транзистора 11, это напряжение регулирует ширину канала «сток-исток» полевого транзистора 11 и, как следствие, его активное сопротивление. Изменение сопротивления «сток-исток» полевого транзистора 11 приводит к изменению напряжения на нем и на подключенном к нему через выпрямительный блок 10 блоке регулировочных конденсаторов 9. К примеру, если напряжение на выводах 4, 5 и 6 асинхронного генератора 3 уменьшится, тогда уменьшится напряжение постоянного тока на выходе трансформаторно-выпрямительного блока 13, приложенное через согласующий конвертор 12 к затвору и истоку полевого транзистора 11, что, в свою очередь, приводит к увеличению ширины канала «сток-исток» полевого транзистора 11 и, как следствие, уменьшению его сопротивления, напряжение на блоке регулировочных конденсаторов 9 при этом увеличивается, увеличивается емкостный ток и обеспечивается компенсация реактивной мощности, что приводит к увеличению (стабилизации) напряжения на выводах 4, 5 и 6 асинхронного генератора 3 и соответственно устройства стабилизации напряжения.