Page 21 - e_info_12_2018_demo

jakość energii elektr ycznejycznej
jakość energii elektr

regulator obciążenia elektrowni

wiatrowej o małej mocy

dr hab. inż. Bogusław Karolewski – Politechnika Wrocławska, inż. Damian Wysocki

Wielu użytkowników urządzeń elektrycznych chce pomniejszyć koszty zakupu energii
przez budowę małej elektrowni wiatrowej. Prądnica wiatrowa może być uzupełniają-
cym źródłem zasilania wybranych odbiorników. Najprostszym rozwiązaniem jest wyko-
rzystanie prądnicy wolnobieżnej, napędzanej przez turbinę o zmiennej prędkości ob-
rotowej. Obliczanie parametrów generatora wolnobieżnego tarczowego przedstawio-
no w [1], a opis sposobu wykonania przykładowej elektrowni z prądnicą o wirniku ze-
wnętrznym kubkowym w [2].

rądnice wolnobieżne na ogół wy- Najtańszym sposobem wykorzy- wyprostowane napięcie
Ptwarzają napięcie trójfazowe, któ- stania wyprodukowanej energii jest z prądnicy
rego wartość i częstotliwość są zmien- przekształcenie napięcia trójfazowe- pomiar napięcia Rys. B. Karolewski D. Wysocki

ne. Oba zmieniające się parametry li- go o zmieniającej się wartości na sta- R obciążenia
(grzałki)
łącznik
niowo zależą od prędkości obrotowej łe (prostowanie) i zasilenie grzałek elektroniczny sterownik
turbiny, która z kolei jest proporcjo- elektrycznych, które podgrzewają
nalna do prędkości wiatru. Parame- wodę w zbiorniku. Pomiędzy prąd-
try napięcia na wyjściu prądnicy moż- nicę a grzałki trzeba włączyć regula- Rys. 1. Schemat blokowy regulatora
na stabilizować i zmieniać do pozio- tor, który dopasowuje parametry ob- prędkości wiatru, co powoduje zuży- W regulatorze opisanym w niniej-
mu sieciowego, wykorzystując falow- ciążenia do zmian napięcia zasilające- wanie zestyków styczników. Ponadto szym artykule wykorzystano ciągłą
nik i transformator. Powoduje to jed- go. Dzięki wykorzystaniu regulatora, przełączeniom towarzyszą skokowe regulację mocy przez zmiany współ-
nak wzrost komplikacji i kosztów napięcia znamionowe prądnicy i grza- zmiany prądu obciążenia. Obniżenie czynnika wypełnienia (szerokości)
układu. łek nie muszą sobie odpowiadać. prądu po dołączeniu kolejnej grzał- impulsów sterujących pracą tranzy-
Pierwsze regulatory były układami ki powoduje niewykorzystanie całej stora, który załącza i wyłącza obcią-
streszczenie stycznikowo-przekaźnikowymi. Przy możliwej do uzyskania mocy. Dla op- żenie.
wzroście napięcia ponad wartość zna- tymalnego wykorzystania mocy prąd-
W artykule przedstawiono koncepcję
wykonania regulatora, który dopasowu- mionowego napięcia grzałki, pobu- nicy, w miarę wzrastania prędkości koncepcja działania
je parametry grzałek elektrycznych do dzał się przekaźnik napięciowy i do- wiatru, prąd powinien rosnąć do war- regulatora
napięcia o zmiennej wartości i częstotli- łączał drugą grzałkę szeregowo z pra- tości znamionowej, a potem mieć sta-
wości, generowanego przez prądnicę wol-
nobieżną, napędzaną turbiną o zmiennej cującą. Po przekroczeniu podwójnej łą wartość. Zasadę działania regulatora przed-
prędkości obrotowej. Opisano wykona- wartości napięcia znamionowego, ko- Lepszą regulację obciążenia zapew- stawiono na rysunku 1. Wyprostowa-
ny model regulatora. Badano współpracę lejny przekaźnik załączał kolejną sze- niają układy umożliwiające ciągłe ne napięcie wyjściowe prądnicy jest
regulatora obciążenia z modelem prądni-
cy. Wykazano możliwość wykorzystania regową grzałkę. Wadą tego rozwiąza- zmiany rezystancji grzałek w funkcji podawane na szeregowe połączenie
przyjętego rozwiązania w elektrowniach nia jest konieczność dokonywania napięcia. Urządzenia takie wykorzy- odbiornika i łącznika oraz równolegle
przydomowych o małej mocy.
częstych przełączeń przy zmianach stują zawory elektroniczne – tyrysto- na wejściowy, pomiarowy człon regu-
ry lub tranzystory. latora. Najprostszym odbiornikiem
Rys. B. Karolewski D. Wysocki R, w [Ω] 600 jest regulator opisany w [4]. Na podsta- łek połączonych szeregowo w celu
Przykładem takiego rozwiązania jest układ kilku identycznych grza-
800
wie pomiaru napięcia mikrokontroler zwiększenia dopuszczalnego napię-
steruje otwarciem tranzystorów IGBT, cia prądnicy. Rezystancja zastępcza
które załączają lub wyłączają grzałki grzałek, a więc również ich moc, jest
400
w układzie równoległym. Każda ko-
200
lejna z 4 grzałek ma moc dwukrot- zmieniana przez łącznik elektronicz-
ny (tranzystor). Zamykaniem i ot-
0 nie większą od poprzedniej. Umożli- wieraniem łącznika kieruje sterow-
0 100 200 300 400 500 600 U, w [V] wia to uzyskanie 16 stopni obciążenia nik regulatora. Łącznik nie może być
elektrowni. Przykładowo, załączane są połączony równolegle z grzałkami,
Rys. 2. Planowana charakterystyka zmian rezystancji obciążenia w funkcji na- grzałki 200 W lub 400 W lub obie rów- bo jego zamknięcie powodowałoby
pięcia nolegle, czyli 600 W itd. zwarcie zacisków prądnicy. Dlatego

www.elektro.info.pl nr 12/2018
28