ВЭС с , бесстуневчатой передачей

(Авторы предложения И. в. Рождественский, Я. И. Шефтер, авторское свидетельство № 100953)

Устройство ВЭС с бесступенчатой передачей и автоматическим регулированием передаточных отношений показано ha. рисунке 78 а и б.

Вращение ветроколеса / с помощью верхнего 2 и нижнего 3 редукторов передается через муфту свободного хода 4 инердионно-му аккумулятору 5, вал которого соединен с входным валом бесступенчатой фрикционной передачи (например, передачи системы В. А. Светозарова) 6. Выходной вал передачи соединен с валом синхронного генератора 7. От вала инерционного аккумулятора приводится во вращение центробежный регулятор 8, заключенный в коробку 9. Связь регулятора с механизмом изменения передаточных отношений передачи осуществляется через тросовую тягу 10 и профильный кулачок // с пружиной регулирования 12.

При малой скорости вращения ветродвигателя и инерционного аккумулятора пружина регулятора поворачивает кулачок вправо, обеспечивав максимальное передаточное отношение от вала аккумулятора к валу генератора. Как толвко число оборотов генератора начнет увеличиваться выше нормального, усилия, развиваемые на ползушке регулятора, станут больше усилий предэаритель ной

t — ветроколесо, 2—3 — верхний и нижний редукторы, 4 —ЗЗТЯЖКИ ПруЖИНЫ

муфта свободного хода, 5 - инерционный аккумулятор,пр1ГЛ7гтнпг>пянио 10

о — бесступенчатая фрикционная передача, 7 — синхронныйIoi j^jinputscinnM i^,

генератор. 8 — центробежный регулятор, 9 — коробка цент-и куЛаЧОК ПОВбО-робежного регулятора передачи, 10 — тросовая тяга, 11 — ■

профильный кулачок, /2 —пружина регулирования.НСТСЯ ВЛеВО На Нв-

Рис. 78 а. ВЭС с бесступенчатой передачей и автоматическим регулированием числа оборотов генератора (предложение И. В. Рождественского и Я. И. Шефтера):

который угол. Передаточное отношение изменится (уменьшится), а скорость вращения генератора сохранится постоянной.

Вместо-регулятора, приводимого ог вала инерционного аккумулятора, имеющего переменную скорость вращения, может быть иопользовано другое устройство, приведенное на рисунке 79.

Рис. 78 6.

Центробежный регулятор вращается от вала генератора, т. е. от вала, постоянство числа оборотов которого необходимо получить.

Регулятор / воздействует на втулку 2, несущую два фрикционных ролика 3, которые попеременно, в зависимости от числа оборотов вала генератора, могут входить в зацепление с тедомым роликом 4. От ведомого ролика вращается червяк редуктора 5, который приводит в действие механиз1М регулирования передаточных отношений передачи.

При отклонении числа оборотов генератора от нормального один из ведущих роликов входит в ооприкооновение с ведомым и обеспечивает необходимое изменение передаточных отношений передачи — число оборотов генератора «новь восстанавливается. В этом случае изменение передаточных отношений происходит не за счет усилий центробежного регулятора, а за счет мощности ветродвигателя, поэтому автоматическое устройство получается более легким и надежным в работе.

При работе автоматического устройства число оборотов, а, следовательно, и частота тока генератора остаются практически неизмененными (кривая 1 на рисунке 77).

Изолированная ВЭС с бесступенчатой передачей и автоматическим регулированием передаточных отношений прошла опытную проверку, которая дала положительный результат. На это предложение выдано авторское свидетельство.

Очевидно, что даже при наличии бесступенчатой передачи длительные провалы скорости ветра не могут быть покрыты за счет кинетической энергии инерционного аккумулятора и нагрузка должна быть не выше той мощности, которую раз-* вивают ВЭС при скорости ветра, соответствующей средней за некоторый отрезок времени. Иначе имело бы место нарушение закона сохранения энергии.

Поэтому необходимо при работе ветроэлект-ростанции ее нагрузку приводить в соответствие с мощностью, которую ВЭС может развить при данной средней скорости ветра. ,

Одним из методов, позволяющих приводить нагрузку в соответствие со средней мощностью ветростанции, при ее изачиро-ванной работе, является метод ступенчатой загрузки, предложенный Г. А. Печковским и И. В. Рождественским. Сущность ступенчатой загрузки заключается в том, что потребители электрической энергии ВЭС разбиваются на несколько линий и автоматически или вручную подключаются к ветродвигателю в зависимости от мощности, которую он развивает.

Одна из электрических схем, которая может обеспечить ступенчатую загрузку, выполнена на Курской опытной ВЭС и представлена на рисунке 80.

Ступенчатая загрузка ВЭС может быть как неавтоматической, так и автоматической.

Автоматизация может быть построена на принципе использования изменения мощности на валу ветроколеса, изменения скорости ветра, набегающего на ветроколесо, а также на принципе изменения частоты тока генератора и изменения его напряжения.

На рисунке 80 представлена схема ступенчатой загрузки, ав-

CD

Рнс. 79. Серводвигатель автоматического регулирования передаточных отношений бесступенчатой передачи: / — центробежный регулятор, 2 — втулка регулятора. 3 — фрикционные ролики (ведущие), 4 — фрикционный ролик (ведомый), 5 — червячный редуктор. 5 — пружина регулятора, 7 — стоп-ограннчители, 8 — фиксатор.

тематическая работа которой обеспечивается наличием реле максимального напряжения (РН).

Совместная работа ВЭС с неветровыми станциями

Ветроэлектрическая станция даже при наличии инерционного аккумулятора и бесступенчатой передачи не может обеспечить потребителя электрической энергией в те периоды, когда

нагрузки

№Z№3

ОтрезерВиой неветровой станции

Рис. 80. Электрическая схема ступенчатой загрузки ВЭС: РИ— реле максимального напряжения, подающее импульс на включение и отключение линий нагрузки, СГ—синхронный генератор. /С,, /Са, Кз—магнитные контакторы, Р—рубильники.

нет ветра или его скорость недостаточна для того, чтобы ветродвигатель развил ту мощность, которая необходима для питания присоединенной нагрузки,

В этом случае полное обеспечение нагрузки может быть достигнуто только при совместной работе ВЭС с неветровой электрической станцией (дизельной, гидростанцией и др.).

Посмотрим, как же может работать совместно неветровой двигатель с ветродвигателем для того, чтобы потребитель получал непрерывно и в нужном количестве электроэнергию, независимо от скорости ветра или от того, есть ветер или нет.

Неветровой двигатель и ветродвигатель могут работать совместно по четырем основным схемам:

1)ВЭС работает изолированно, а неветровой двигатель включается только в периоды безветрия;

2)ВЭС и неветровая электростанция работают самостоятельно, а потребители электроэнергии подключаются (автоматически или вручную) то к ВЭС, то к неветровой станции, в зависимости от того, какова скорость ветра;

3)генераторы ВЭС и неветровой станции работают параллельно на общие шины, к которым подключены линии нагрузки;

4)ветродвигатель и неветровой двигатель работают совместно на вал одного генератора, который несет нагрузку.

Как первая, так и вторая схемы достаточно просты и не требуют пояснения.

По существу вторая схема представляет собой.схему ступенчатой загрузки, только что рассмотренную нами. В этом случае при уменьшении скорости ветра и уменьшении мощности ветродвигателя, потребитель не только отключается от ВЭС, но и переключается на питание от неветровой станции.

Если при изолированной работе ВЭС с резервом представляется возможность, как правило, обеспечить энергией по твердому графику (т. е. тогда, когда это нужно потребителю) только часть потребителей, то при работе по второй схеме все потребители обеспечиваются энергией бесперебойно.

Основным недостатком ступенчатой загрузки в применении к совместной работе ВЭС с неветровой станцией является то, что при ограниченном числе линий питания потребителей нельзя использовать всю энергию ветра, так как очень часто мощность включенных потребителей не будет соответствовать мощности, которую может развить ветродвигатель при данной средней скорости ветра. Введение же автоматики, как показал опыт, значительно усложняет щит управления ВЭС и уменьшает эксплуатационную надежность станции. Эта схема не получила распространения.

Параллельная работа ВЭС с неветровой электростанцией

Совершенным методом совместной работы электрических станций, в том числе и ВЭС с неветровой станцией, является метод параллельной работы. В этом случае генераторы обеих станций подключены к одним шинам.

Синхронный генератор при параллельной работе с сетью принимает на себя тем большую нагрузку, чем выше значение момента вращения на его валу.

Генератор ВЭС, скорость вращения которого остается равной скорости вращения генератора неветровой станции, будет принимать на себя нагрузку тем большую, чем выше скорость ветра, т. е. чем больше момент, развиваемый ветродвигателем.

Действительно, генератор ветростанции при параллельной работе с другой неветровой станцией будет вращаться синхронно 112

с генератором этой станции; т. е. будет иметь то же число оборотов, в то время как мощность на ветроколесе будет непрерывно меняться. Таким образом, на валу генератора ВЭС будет непрерывно меняться вращающий момент, и генератор будет принимать на себя ту мощность нагрузки, которая соответствует мощности ветродвигателя при данной скорости ветра.

Чтобы предохранить генератор и ветродвигатель от перегрузок, необходимо, чтобы на ВЭС имелся регулятор мощности или момента, который ограничивал бы момент, развиваемый двигателем.

Могут ли регуляторы числа оборотов и мощности ветродвигателей предохранить ветроэлектрические станции от перегрузок при их параллельной работе с неветровой станцией? Да, могут, но не всякие регуляторы.

В последнее время для привода синхронных генераторов ветроэлектрических станций используются ветродвигатели с центро-бежно-аэродинамическим регулированием системы профессоров Г. X. Сабинина и И. В. Красовского.

При параллельнойработе ВЭС с такими двигателями (марки Д-12 и Д-18) на сеть большой мощности или со станцией большей мощности число оборотов генератора и ветродвигателя будет определяться частотой сети или неветровой станции и будет практически постоянным. Таким образом, центробежный регулятор ветродвигателя не сможет проявить своих свойств и снять избыток мощности, а, следовательно, ВЭС не будет предохранена от перегрузок, которые будут тем больше, чем выше действующая скорость ветра.

Так как в настоящее время для ВЭС используются в основном ветродвигатели Д-12 и Д-18, то вполне понятно, что большое количество предложений изобретатели вносят с целью предохранить эти ветродвигатели и генераторы ВЭС от перегрузок при их параллельной работе с неветровыми станциями.

Некоторые изобретатели и конструкторы предлагают для предохранения ветродвигателя от перегрузок устанавливать в трансмиссии деталь, которая должна разрушаться при достижении моментом вращения невеличины и предохранять остальные части ветродвигателя от перегрузок.

К таким деталям можно отнести болты предельного момента, устанавливаемые в соединительных муфтах, отрезки более тонкого вала, вставляемого в основную трансмиссию, и т. п.

В ряде случаев предлагается устанавливать в трансмиссию ветродвигателя различные механические муфты предельного момента.

Как те, так и другие предложения не могут быть использованы для предохранения ветродвигателя от перегрузок при работе ВЭС параллельно с неветровыми станциями.

Механические устройства для предохранения ветродвигателей от перегрузок.

которой заданной