• Ешқандай Нәтиже Табылған Жоқ

(1) НЕТРАДИЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов специальности 5В073100 – Безопасность жизнедеятельности и защита окружающей среды Алматы, 2017г

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2023

Share "(1) НЕТРАДИЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов специальности 5В073100 – Безопасность жизнедеятельности и защита окружающей среды Алматы, 2017г"

Copied!
34
0
0

Толық мәтін

(1)

НЕТРАДИЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ Методические указания к выполнению

лабораторных работ для студентов специальности

5В073100 – Безопасность жизнедеятельности и защита окружающей среды

Алматы, 2017г.

Некоммерческое акционерное общество

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра

«Электроснабжение и ВИЭ»

(2)

2

СОСТАВИТЕЛЬ: Р.С. Сырлыбаев. Нетрадиционные источники энергии.

Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов специальности 5В073100 – Безопасность жизнедеятельности и защита окружающей среды. – Алматы: АУЭС, 2017. – 34 с.

В методических указаниях представлены материалы к проведению лабораторных работ и обработке результатов экспериментов. Приводится описание экспериментальных установок, содержание работ, описана методика выполнения заданий и обработки экспериментальных данных. Есть список рекомендуемой литературы. Экспериментальные установки можно также использовать при повышении квалификации инженерами.

Ил.12, библиогр. – 11 назв.

Рецензент: Б.К. Курпенов

Печатается по плану издания Некоммерческого акционерного общества

«Алматинский университет энергетики и связи» на 2017 г.

© НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2017г.

(3)

3

Содержание

Введение. . . . . . 4

1 Лабораторная база. Физические модели ветроэлектроустановок…... 5

1.1 Физическая модель ветроэлектроустановки, работающей на сеть. Детальное описание и работа………... 5

1.2 Физическая модель ветроэлектроустановки, работающей в автономном режиме. Детальное описание и работа……… 7

2 Руководство к выполнение лабораторных работ ... 9

2.1 Работа №1. Параллельная работа асинхронного ветрогенератора с электрической сетью... 9 2.2 Работа №2. Пуск асинхронного генератора в безветренную и ветреную погоду……… 13

2.3 Работа №3. Исследование характеристик ветрогенератора в двигательном режиме ... 16

2.4 Работа №4. Измерение скорости страгивания ветрогенератора... 20

2.5 Работа №5. Измерение минимальной рабочей скорости ветра... 22

2.6 Работа №6. Характеристика холостого хода генератора... 25

2.7 Работа №7. Внешние характеристики ветроэлектрогенератора... 27

2.8 Работа №8. Изучение работы автономной ветроэнергетической системы с батареей и нагрузкой... 29

Список литературы ... 33

(4)

4 Введение

Энергия, обеспеченность ею экономики– основа развития государств, их производительных сил, научно-технического прогресса. Энергии требуется все больше. «Энергетический голод» был всегда.

Получить для непосредственного применения «прикладную»,

«полезную», «конечную» энергию можно только, преобразовав первичную энергию какого- либо первичного энергоносителя (ресурса) [1,2,3,4].

До сих пор глобальные потребности человечества в электричестве- наиболее удобной и востребованной форме энергии- на 80% удовлетворяются тепловыми электростанциями (ТЭС). Они сжигают «коричневые» ископаемые (уголь, нефть, газ). За время превалирования «коричневой» энергетики- со времен 1-ой Промышленной революции- Природе нанесен неизмеримый ущерб. Она загрязняется продуктами сгорания, сбросами и выбросами тепловых агентов и т.д. Атомную, тепло- и «большую» гидроэнергетику вкупе называем традиционной, в нашем отечестве нет АЭС (пока), и поэтому атомная энергия для нас нетрадиционна. В этой «триаде» «большая»

гидроэнергетика также существенно вредит Природе. «Мирный атом» хорош пока «спит». Громадные проблемы с ним возникают в случае ЧП, катастроф (вспомним Чернобыль, Фукусиму). Ужесточаются нормы по защите окружающей среды (читай Природы). И с учетом истощения залежей полезных ископаемых обостряется необходимость осуществления новых стратегических решений в энергетике.

Очевиден вариант перехода на возобновляемыми источники энергии (ВИЭ). Давно- с античных времен- известны и применяются энергия Солнца, ветра, земных недр - геотермальная; энергия океанских и морских течений, приливов; текущей и низвергающейся речной воды; энергия биомассы растительного (дрова, торф) и животного происхождения; живой тягловый скот. Современный список ВИЭ несколько шире.

Происхождение этого разнообразия ВИЭ можно проследить от трех

«праисточников»: Солнца, Земли, Планет. Например, энергия ветра, движущейся воды, биомассы- это результат воздействия животворящих солнечных лучей на атмо-, гидро- и биосферы [1,2].

ВИЭ вместе с до сих пор редко используемыми невозобновляемыми запасами полезных ископаемых образуют вкупе группу нетрадиционных источников энергии. Это дополнительно: горючие сланцы; газ, сопутствующий добыче нефти (попутный); горючее, синтезируемое на основе угля; битум содержащие пески; сланцевые нефть и газ. Они также производные энергии Солнца и копились Природой миллионы лет.

Предполагается, что мировая энергетика эволюционно, по причине многих трудностей и сложностей процесса, будет «зеленеть», и Казахстан не является исключением.

(5)

5

1 Лабораторная база. Физические модели ветроэлектроустановок Лабораторный практикум состоит из 8 работ. Работы № 1…3 выполняются на лабораторном стенде «Физическая модель ветроэлектроустановки, работающей на сеть» [5]. Работы № 4…8 выполняются на стенде «Физическая модель ветроэлектроустановки, работающей в автономном режиме» [6].

Обучающиеся должны приходить на лабораторные работы в халатах.

Приступая к проведению практикума, преподаватель обязательно проводит инструктаж по технике безопасности под роспись студентов.

1.1 Физическая модель ветроэлектроустановки, работающей на сеть. Детальное описание и работа

Стенд состоит из модели- имитатора ветроэлектроустановки и рабочей панели (рисунок 1.1, а и б) [5].

а)

б)

а- модель- имитатор ветроэлектроустановки; б- рабочая панель стенда.

Рисунок 1.1- Физическая модель ветроэлектроустановки, работающей на сеть Модель- имитатор ветроэлектроустановки скомплектована из:

генератора ветра (ветродуя) с двигателем АИР56-В4-У3; асинхронного ветроэлектрогенератора- используется асинхронный двигатель АИС56–В4-У3;

тормозной машины АДММ56-В2-У-3 для создания активного момента;

(6)

6

импульсного датчика для обратной связи с блоком «генератор ветра» рабочей панели, он выдает, кроме того, сигнал на индикатор частоты вращения ветрогенератора.

На рабочей панели стенда находятся:

-блок «генератор ветра»;

- блок «модель энергетической установки».

Блоки собраны на общем каркасе.

Стенд компьютеризирован, в комплекте:

-ноутбук;

- программное обеспечение на CD диске;

- комплект кабелей и соединительных проводов;

- инструкция к пользованию программным комплексом «DeltaProfi».

1.1.1 Функциональная схема физического моделирования действия ветроэлектроустановки, работающей на сеть, представлена на рисунке 1.2.

Преобразователь частоты (ПЧ) E2-mini получает сигнал на изменение скорости ветра с задающего потенциометра. Таким образом управляется асинхронный электродвигатель, приводящий вентилятор ветродуя и создается воздушный поток.

Преобразователем частоты плавно регулируется частота вращения ветродуя, и скорость ветра без скачков меняется от нуля до максимума.

Скорость ветра отображается на индикаторе, размещенном на панели блока

«Генератор ветра».

Рисунок 1.2- Функциональная схема лабораторного стенда

Воздушный поток вращает ветроколесо асинхронного ветрогенератора,

(7)

7

нагрузочная машина смонтирована на одном валу с ним. Напряжение с асинхронного ветроэлектрогенератора подается в трехфазную сеть переменного тока через трехфазный контактор.

На одном валу с асинхронным ветроэлектрогенератором смонтирована нагрузочная машина, она подключена к ПЧ (преобразователю частоты) Omron, им регулируется пропорциональный скорости ветра тормозной момент. Индикатор частоты вращения ветроэлектрогенератора получает сигнал от импульсного датчика (рисунок 1.2).

Сбор данных с датчиков напряжения, тока, скорости ветра, частоты вращения ветрогенератора осуществляется компьютером. Он отображает информацию на мониторе и рассчитывает некоторые произодные параметры.

Рабочий режим ветроэлектрогенератора также контролируется компьютером. Если почему- то частота вращения ветроэлектрогенератора неконтролируемо увеличиваеися, компьютер отключает его от сети.

1.2 Физическая модель ветроэлектроустановки, работающей в автономном режиме. Детальное описание и работа

Стенд состоит из модели- имитатора ветроэлектроустановки и рабочей панели (рисунок 1.3, а и б) [6].

В перечень комплектации физической модели ветроустановки входят:

- модуль питания стенда;

- модуль «Блок задания скорости ветра»;

- модуль «Ветрогенератор»;

- модуль «Выпрямитель»;

- модуль «Аккумуляторная батарея»;

- модуль «Нагрузка»;

- модуль ввода/вывода;

- общий каркас для установки модулей;

- ветроэлектроустановка в сборе. В составе: генератор ветра и синхронный электрогенератор, размещенные в одном корпусе;

- ноутбук;

- компакт-диск с программным обеспечением стенда;

- комплект кабелей и соединительных проводов;

- руководство пользователя программного комплекса «DeltaProfi».

1.2.1 Лабораторный стенд «Физическая модель ветроэлектроустановки, работающей в автономном режиме» (рисунок 1.3) моделирует работу синхронного ветрогененратора при его работе на аккумуляторную батарею и активную нагрузку. При этом поток ветра создается генератором ветра (ветродуем), проводимым в движение асинхронным 3-х фазным электродвигателем АИР-56-В4 (рисунок 1.3,а).

Подключение асинхронного электродвигателя к преобразователю частоты инвенторного типа (блок задания скорости ветра) позволяет обеспечить регулирование скорости вращения генератора ветра в широком

(8)

8

диапазоне, а значит – изменение скорости ветра.

а)

б)

а- модель- имитатор ветроэлектроустановки; б- рабочая панель стенда.

Рисунок 1.3 – Физическая модель ветроэлектроустановки, работающей в автономном режиме

Лопасти синхронного ветрогенератора FL86BLS подвергаются воздействию потока ветра. При этом синхронный ветрогенератор приводится во вращение и вырабатывает ЭДС.

Съем напряжения переменного тока со статорных цепей генератора осуществляется с клемм А, В, С модуля «Ветрогенератор». Это напряжение подается на входы модуля «Выпрямитель», в котором оно преобразуется в напряжение постоянного тока. Выходы шины постоянного тока модуля

«Выпрямитель» обозначены соответственно как «+» и «-».

Непосредственно к шинам постоянного тока могут быть подключены аккумуляторная батарея (АКБ) и дискретно регулируемая активная нагрузка модуля «Нагрузка». Аккумуляяторная батарея может быть отключена от шин постоянного тока «+» и «-».

Каждый измерительный прибор оснащен клеммами, на которые подается сигнал, пропорциональный измеряемый величине. Этот сигнал

(9)

9

может быть подан на соответствующие клеммы модуля ввода/вывода, который осуществляет преобразование их в цифровой код и последующую передачу данных на персональный компьютер. Компьютер оснащен програмным обеспечением «DeltaProfi».

2 Руководство к выполнение лабораторных работ

Работы № 1…3 выполняются на стенде «Физическая модель ветроэлектроустановки, работающей на сеть» [5]. Работы № 4…8 выполняются на стенде «Физическая модель ветроэлектроустановки, работающей в автономном режиме» [6].

2.1 Работа №1. Параллельная работа асинхронного ветрогенератора с электрической сетью

Цель работы: ознакомиться с устройством и работой стенда (рисунки 1.1 и 1.2), снять характеристики ветрогенератора при параллельной работе с электрической сетью.

2.1.1 Программа работы.

2.1.1.1 Ознакомиться со схемой для снятия характеристик генератора.

2.1.1.2 Снять характеристики ветрогенератора во втором квадранте механической характеристик. Исследовать зависимости скорости вращения, активной мощности, КПД, cos 𝜑, момента на валу ветрогенератора от скорости ветра в двигательном режиме.

2.1.1.3 Опробовать работу системы автоматического аварийного отключения ветрогенератора от питающей сети.

2.1.1.4 Оформить отчет, сделать выводы по работе.

2.1.2 Описание работы.

Перед проведением опыта необходимо установить все переключатели стенда в исходное положение. Для этого при выключенном автоматическом выключателе QF1 моноблока «Генератор ветра»:

- потенциометр задания скорости ветра RР1 моноблока «Генератор Ветра» установить в крайнее положение против часовой стрелки;

- переключатель SА1, подающий сигнал разрешения на работу преобразователей частоты моноблока «Генератор ветра», установить в нижнее положение;

- при наличии каких- либо внешних соединений проводами на лицевых панелях моноблоков стенда необходимо убрать эти соединения.

Схема проведения опыта представлена на рисунке 2.6.

Асинхронный ветрогенератор оснащен крыльчаткой, на которую подается ветер, создаваемый генератором ветра (ветродуем), который подключен к преобразователю частоты инверторного типа Е2-mini.

(10)

10

Преобразователь имеет возможность плавно регулировать скорость вращения электродвигателя и, следовательно, скорость ветра.

Статорная цепь ветрогенератора подключается к трехфазной электрической цепи переменного тока с помощью электромагнитного контактора КМ.

Для фиксации необходимых величин на экране компьютера выходные сигналы измерителя тока, напряжения и скорости генератора должны быть подключены ко входам платы ввода/вывода. Вольтметр РV 1 (клеммы Х7, Х8) подключается к аналоговому входу АDС2, амперметр РА I (клеммы Х5, Х6) – к аналоговому входу АDС3 блока ввода/вывода. Выход датчика скорости (клеммы Х3, Х4) подключается к аналоговому входу АDС4 блока ввода/вывода.

Для проведения работы должен быть включен персональный компьютер и запущена программа DeltaProfi, в которой необходимо выбрать пункт

«Работа 1. Опыт 1. Исследование ветрогенератора без защиты от опрокидывания».

Рисунок 2.1 – Схема снятия характеристик генератора при работе на сеть Порядок проведения опыта следующий:

- включением автоматического выключателя QF1 моноблока «Генератор ветра» подать напряжение на необходимые элементы стенда;

- в программе DeltaProfi выбрать лабораторную работу №3, опыт №1, запустить процесс снятия показаний программой DeltaProfi. Для этого в строке меню программы нажать кнопку «Старт» (F5);

- включить асинхронный генератор параллельно с сетью нажатием кнопки SB1«Пуск» моноблока «Модель энергетической установки»;

- подать сигнал разрешения на работу преобразователей частоты (переключатель SA1 моноблока «Генератор ветра»);

(11)

11

- плавно увеличивая сигнал задания на скорость ветра потенциометром RP1 моноблока «Генератор ветра», снять двигательную ветвь характеристики генератора и перейти в генераторный режим работы. В этом режиме повышать скорость ветра, фиксируя показания в таблице 2.1;

- дойти до точки опрокидывания асинхронного генератора и зафиксировать ее в таблице 2.1;

- после завершения опыта установить потенциометр задания скорости ветра в крайнее положение против часовой стрелки, снять сигнал разрешения на работу преобразователей частоты, остановить ветрогенератор нажатием кнопки SB2 «Стоп» моноблока «Модель энергетической установки»;

- после завершения опыта остановить процесс сбора данных программой DeltaProfi нажатием кнопки «Стоп» (F6) в строке меню и выбрать пункт

«Работа 3. Опыт 2. Исследование ветрогенератора с защитой от опрокидывания». В этом случае активируется система автоматического отключения генератора при его опрокидывании;

Таблица 2.1- Параметры работы ветрогенератора на сеть 𝑛в об/мин

vв, м/с 𝑛г об/мин

𝜔Г, 1/с 𝑈𝑐, 𝐵

𝐼𝑐, 𝐴 𝑃𝑐, 𝐵т

∆𝑃𝑐, 𝐵т 𝑃в, 𝐵т

𝜂 МВ,Н ∙ м

cos 𝜑

- активировать процесс сбора данных программой DeltaProfi нажатием кнопки «Пуск» (F5) в строке меню, повторить опыт. При опрокидывании ветрогенератора электромагнитный контактор отключает генератор от электрической сети;

- после проведения опыта установить потенциометр задания скорости ветра в крайнее положение против часовой стрелки, снять сигнал разрешения на работу преобразователей частоты, остановить ветрогенератор нажатием кнопки SB2 «Стоп» моноблока «Модель энергетической установки», выключить автоматический выключатель QF1 моноблока «Генератор ветра».

2.1.3 Оформление отчета по лабораторной работе.

Дать краткое описание работы. При обработке результатов эксперимента необходимо рассчитать:

(12)

12

- угловую скорость асинхронного ветрогенератора, 1/с:

𝜔Г = 𝜋𝑛г

30 , (2.1) где 𝑛г - частота вращения генератора, об/мин;

- электрические потери в асинхронном ветрогенераторе, Вт:

∆𝑃𝑐 = 3·𝐼𝐶2·𝑟𝐶 , (2.2) где 𝐼𝐶 – ток фазы статора генератора, А;

𝑟𝐶 - активное сопротивление фазы статора генератора, Ом;

- мощность на валу генератора в двигательном режиме, Вт:

Р в = 3·Рс+ Δ Рс +ΔРмех, (2.3) где ΔРмех - механические потери асинхронного генератора, Вт. Обычно принимаются равными 10% от номинальной мощности;

- момент на валу ветрогенератора, Н·м:

𝑀𝐵 = 𝑃𝐵

𝜔𝐵; (2.4) - коэффициент полезного действия ветрогенератора в двигательном режиме:

𝜂 = 3РРс

в ; (2.5)

- коэффициент мощности ветрогенератора:

cos 𝜑 = РС

𝑈𝐶∙𝐼𝐶. (2.6) В отчете привести схему включения асинхронного ветрогенератора, опытные и расчетные зависимости. Сделать заключение по работе.

Вопросы для для самоконтроля.

1. Типы механических передач.

2. Что такое мультипликатор?

3. Из каких компонентов может состоять гибридная ВЭС?

4. Преимущества ВЭУ с дизель-генератором?

5. Как рассчитывается мощность ВЭУ?

(13)

13

6. Где наиболее целесообразно размещать т.н. оффшорные ветровые фермы (ветропарки)?

7. Как уменьшить шумность ВЭУ?

8. Каким образом мощность ВЭУ зависит от длины лопастей ветроколеса?

9. Механизмы каких типов применяются для передачи мощности от ветротурбины к электрогенеатору (рабочим механизмам)?

10. Почему в современном Казахстане в основном используются маломощные ветроустановки?

2.2 Работа №2. Пуск асинхронного генератора в безветренную и ветреную погоду

Цель работы: ознакомиться с принципом работы лабораторного стенда, произвести пуск ветрогенератора при наличии и отсутствии ветра.

2.2.1 Программа работы.

2.2.1.1 Ознакомиться с описанием установки и лабораторной работы.

2.2.1.2 Изучить мнемосхему и элементы управления стенда.

2.2.1.3 Запустить асинхронный ветрогенератор при отсутствии ветра, снять осциллограммы процесса пуска.

2.2.1.4 Оформить отчет по лабораторной работе.

2.2.2 Описание работы.

Перед началом работы необходимо при выключенном автоматическом выключателе QF1 моноблока «Генератор ветра» установить все переключатели стенда в исходное состояние. Для этого:

- потенциометр задания скорости ветра RP1 моноблока «Генератор ветра» установить в крайнее положение против часовой стрелки;

- переключатель SA1, подающий сигнал разрешения на работу преобразователей частоты моноблока «Генератор ветра», установить в нижнее положение;

- при наличии каких-либо внешних соединений проводами на лицевых панелях моноблоков стенда необходимо убрать эти соединения.

Обычно асинхронный ветрогенератор включается в сеть в качестве электродвигателя, после чего силой ветра разгоняется до скорости выше скорости идеального холостого хода и начинает отдавать электроэнергию в питающую сеть.

В данной лабораторной работе ставится задача снятия переходных процессов пуска асинхронного ветрогенератора в двигательном режиме в безветренную и ветреную погоду.

2.2.2.1 Пуск асинхронного ветрогенератора в безветренную погоду.

Схема проведения опыта по снятию переходных процессов в

(14)

14

безветренную погоду приведена на рисунке 2.2.

Асинхронный генератор подключается к электрической сети через трехфазный контактор КМ1, который управляется кнопками SB1 и SB2

«Пуск» и «Стоп». При пуске генератора в безветренную погоду генератор разгоняется под действием момента, создаваемого им в двигательном режиме, без помощи ветра.

Для фиксации процессов пуска генератора выходные сигналы измерителей тока, напряжения и скорости генератора должны быть подключены ко входам ввода/вывода. Вольтметр PV1 (клеммы Х7, Х8) подключается к аналоговому входу ADC2, амперметр РА1 (Х5, Х6) - к аналоговому входу ADC3 блока ввода/вывода. Выход датчика скорости ( ХЗ, Х4) подключается к аналоговому входу ADC4 блока ввода/вывода.

Для проведения работы должен быть включен персональный компьютер и запущена программа DeltaProfi, в которой необходимо выбрать пункт

«Работа 1. Опыт 2. Пуск асинхронного генератора в безветренную погоду».

Опыт проводится в следующей последовательности:

- подать напряжение на лабораторный стенд включением автоматического выключателя QF1 моноблока «Генератор ветра»;

- запрограммировать преобразователи частоты согласно;

- запустить программу снятия переходных процессов кнопкой F5 (Пуск) в строке меню программы. С момента нажатия на кнопку и до момента запуска генератора пользователю дается 5 секунд;

Рисунок 2.2- Схема пуска ветрогенератора в безветренную погоду

- запустить генератор и зафиксировать на экране персонального компьютера осциллограммы переходных процессов тока статораI1(t),активной мощности, потребляемой генератором из сети P1(t), скорости вращения генератора nr(t). Сохранить диаграммы пуска электродвигателя для последующей обработки в отчете;

- остановить генератор нажатием на кнопку «Стоп» на лицевой панели моноблока «Модель энергетической установки».

(15)

15

2.2.2.2 Пуск ветрогенератора в ветреную погоду. Особенностью пуска ветрогенератора в ветреную погоду является то, что ветер раскручивает лопасти генератора, в результате чего он вращается с некоторой скоростью до момента подачи команды на включение электромагнитного контактора. Схема проведения опыта приведена на рисунке 2.3.

При снятии опыта ветровой поток создается генератором ветра, получающим напряжение питания от преобразователя частоты Е2-Мini.

Порядок проведения опыта следующий:

- подать напряжение на моноблоки стенда включением автоматического выключателя QF1 моноблока «Генератор ветра»;

- в программной оболочке DeltaProfi выбрать лабораторную работу №1, в ней пункт «Работа 1. Опыт 4. Пуск асинхронного генератора в ветреную погоду»;

- подать сигнал разрешения на работу преобразователей частоты (переключатель SA1 моноблока «Генератор ветра»);

- плавно вращая потенциометр RP1 моноблока «Генератор ветра, разогнать генератор до подсинхронной скорости (около 1450 об/мин);

-запустить программу для снятия переходных процессов нажатием кнопки F5 (Пуск) в строке меню программы DeltaProfi. С момента нажатия на кнопку и до момента запуска генератора пользователю дается 5 секунд;

- в течение 5 секунд после запуска регистрации сигналов необходимо

Рисунок 2.3 - Схема пуска ветрогенератора в ветреную погоду

нажать на кнопку SB1 «Пуск» моноблока «Модель энергетической установки»

для подсоединения генератора к трехфазной сети и зафиксировать переходные процессы пуска генератора;

- остановить генератор нажатием кнопки SB2 «Стоп» и вывести потенциометр RP 1 задания скорости ветра в крайнее положение против часовой стрелки;

- повторить опыт для двух других значений скорости ветра.

(16)

16

После проведения опыта остановить ветрогенератор, убрать сигнал разрешения на работу преобразователей частоты, выключить автоматический выключатель QF1 моноблока «Генератор ветра».

2.2.3 Оформление отчета по лабораторной работе.

Дать краткое описание работы. В отчете по работе привести схемы пуска асинхронного ветрогенератора, временные диаграммы пуска генератора в безветренную и ветреную погоду, обработать осциллограммы, сделать выводы по работе.

Контрольные вопросы.

1. Как уменьшить травмирование птиц ветроустановками?

2. Какие типы ВЭУ выпускаются в странах СНГ?

3. Что такое редуктор и мультипликатор, их функции?

4. Самые крупные и мощные ВЭУ – они и самые дорогие. Почему же идет рост их единичной мощности?

5. Назовите фамилии ученых, внесших вклад в развитие отечественной энергетики.

6. Подумайте, какое отношение к ветроэнергетике имеет производство водорода?

7. Почему в Советском Союзе, несмотря на серьезные успехи, достигнутые в области ветроэнергетики, были резко свернуты эти работы?

8. Недостатки ВЭУ в комплексе с дизель-генератором?

2.3 Работа №3. Исследование характеристик ветрогенератора в двигательном режиме

Цель работы: испытать ветрогенератор в двигательном режиме.

2.3.1 Программа работы.

2.3.1.1 Ознакомиться со схемой опыта по снятию характеристик генератора в двигательном режиме.

2.3.1.2 Снять зависимости частоты вращения, cos 𝜑, активной мощности, КПД, момента на валу генератора от скорости ветра в двигательном режиме.

2.3.1.3 Построить опытные зависимости, оформить отчет, сделать заключение по работе.

2.3.2 Описание работы.

Перед проведением опыта необходимо установить все переключатели стенда в исходное положение. Для этого при выключенном автоматическом выключателе QF1 моноблока «Генератор ветра»:

- потенциометр задания скорости ветра RP1 моноблока «Генератор ветра» установить в крайнее положение против часовой стрелки;

- переключатель SA1, подающий сигнал разрешения по работу

(17)

17

преобразователей частоты моноблока «Генератор ветра», установить в нижнее положение;

- при наличии каких – либо внешних соединений проводами на лицевых панелях моноблоков стенда необходимо убрать эти соединения.

Двигательный режим работы ветрогенератора встречается при его пуске в безветренную погоду, а также когда скорость ветра падает и генератор перестает отдавать электроэнергию в питающую сеть. Схема проведения опыта представлена на рисунке 2.4.

Асинхронный ветрогенератор оснащен крыльчаткой, на которую подается ветер, создаваемый генератором ветра, который подключен к преобразователю частоты инверторного типа E2-mini. Преобразователь имеет возможность плавно регулировать скорость вращения электродвигателя и, следовательно, скорость ветра.

Статорная цепь ветрогенератора подключается к трехфазной электрической сети переменного тока с помощью электромагнитного контактора КМ.

Для фиксации необходимых величин на экране компьютера выходные сигналы измерителя тока, напряжения и скорости генератора должны быть подключены ко входам платы ввода/вывода. Вольтметр PV1 (клеммы Х1, Х2) подключается к аналоговому входу ADC2, амперметр РА1 (клеммы Х5, Х6) к аналоговому входу ADC3 блока ввода/вывода. Выход датчика скорости (клеммы Х3,Х4) подключается к аналоговому входу ADC4 блока ввода/вывода. Индикатор скорости ветра подключается к аналоговому входу ADC1 блока ввода/вывода.

Для проведения работы должен быть включен персональный компьютер и зaпущена программа DeltaProfi, в которой необходимо выбрать пункт «Работа 2. Исследование характеристик ветрогенератора в двигательном режиме».

Опыт проводится в следующей последовательности:

- включением автоматического выключателя QF1 моноблока

«Генератор ветра» подать напряжение на необходимые элементы стенда;

- запустить процесс снятия показаний программой DeltaProfi. Для этого в строке меню программы нажать кнопку «Старт» (F5);

- включить асинхронный генератор параллельно с сетью нажатием кнопки SВ1 «Пуск» моноблока «Модель энергетической установки»;

- подать сигнал разрешения на работу преобразователей частоты (переключатель SА1 моноблока «Генератор ветра»);

- увеличивая сигнал задания на скорость ветра потенциометром RР1 моноблока «Генератор ветра», снять двигательную ветвь характеристики генератора. Переход генератора в режим отдачи энергии в питающую сеть можно увидеть по смене знака активной мощности на экране компьютера.

Результаты измерений занести в таблицу 2.8.

(18)

18

Рисунок 2.4 - Схема снятия характеристик генератора в двигательном режиме После проведения опыта установить потенциометр задания скорости ветра в крайнее положение против часовой стрелки, снять сигнал разрешения на работу преобразователей частоты, остановить ветрогенератор нажатием кнопки SB2 «Стоп» моноблока «Модель энергетической установки», выключить автоматический выключатель QF1 моноблока «Генератор ветра».

Таблица 2.2- Параметры характеристик генератора в двигательном режиме 𝑛в об/мин

𝑛г об/мин 𝜔Г, 1/с

𝑈𝑐, 𝐵 𝐼𝑐, 𝐴

𝑟𝐶 𝑃𝑐, 𝐵т

∆𝑃𝑐, 𝐵т 𝑃в, 𝐵т

𝜂 МВ ,Н ∙ м

cos 𝜑

2.3.3 Оформление отчета по лабораторной работе.

Дать краткое описание работы. Снять зависимости частоты вращения, активной мощности, КПД, cos⁡φ, момента на валу генератора от скорости ветра в двигательном режиме. Построить опытные зависимости, оформить отчет, сделать заключение по работе.

2.3.3.1 Определяются расчетные данные.

Частота вращения асинхронного ветрогенератора, 1/с:

𝜔Г =2∙𝜋

60 · 𝑛г , (2.7)

(19)

19

где 𝑛г - частота вращения генератора, об/мин.

Электрические потери в асинхронном ветрогенераторе, Вт:

∆𝑃𝑐 = 3 ∙ 𝐼𝐶2∙ 𝑟𝐶, (2.8) где 𝐼𝐶 – ток фазы статора генератора, А;

𝑟𝐶 - активное сопротивление фазы статора генератора, Ом.

Мощность на валу генератора в двигательном режиме, Вт:

𝑃𝐵 = 3 ∙ 𝑃𝐶 − ∆𝑃𝐶 − ∆𝑃𝑀𝐸𝑋 , (2.9) где ∆𝑃𝑀𝐸𝑋 - механические потери асинхронного генератора, Вт. Обычно принимаются равными 10% от номинальной мощности.

Момент на валу ветрогенератора, Н· м:

МВ = РВ

𝜔В . (2.10) Коэффициент полезного действия ветрогенератора в двигательном

режиме:

𝜂 = 3∙РРВ

С . (2.11) Коэффициент мощности ветрогенератора:

cos 𝜑 = 3∙РС

3∙𝑈𝐶∙𝐼𝐶 . (2.12) Вопросы для самоонтроля.

1. Какие типы ВЭУ выпускаются в странах СНГ?

2. Опишите принципиальную схему трансмиссии ВЭУ.

3. Почему в Советском Союзе, несмотря на серьезные успехи, достигнутые в области ветроэнергетики, были резко свернуты работы в этом направлении?

4. Что такое экономический ветропотенциал региона и как он соотносится с техническим потенциалом?

5. В каких случаях целесообразно использовать мобильные ВЭС?

6. Подумайте, какое отношение к ветроэнергетике имеет производство водорода?

(20)

20

2.4 Работа №4. Измерение скорости страгивания ветрогенератора

Цель работы: ознакомиться с устройством и работой стенда (рисунок 1.3), произвести измерение скорости страгивания ветрогенератора.

2.4.1 Программа работы.

2.4.1.1 Ознакомиться с описанием установки и лабораторной работы.

2.4.1.2 Изучить мнемосхему и назначение элементов управления ветроэлектроустановки.

2.4.1.3 Провести измерение скорости страгивания ветрогенератора.

2.4.1.4. Построить опытные зависимости, оформить отчет по работе.

2.4.2 Описание работы.

При проведении лабораторной работы синхронный ветрогенератор должен находиться в режиме холостого хода. Для этого перед началом работы со стендом необходимо при выключенном автоматическом выключателе QF1 модуля питания стенда:

- перевести переключатель клемм АКБ модуля «Аккумуляторная батерея» в положение «ОТКЛ»;

- перевести переключатели SA1 – SA5 модуля «Нагрузка» в нижнее положение;

- переключатель «Пуск» блока задания скорости ветра установить в нижнее положение. При этом блокируется работа преобразователя частоты;

- потенциометр задания скорости ветра установить в крайнее положение против часовой стрелки.

Лабораторную работу можно проводить, фиксируя показания измертиельных приборов. Для измерения параметров ветроэлектроустановки также можно использовать персональный компьютер. Для этого необходимо включить компьютер, дождаться полной загрузки Windows и включить программу «DeltaProfi». В меню «Работы» необходимо выбрать работу №1, затем запустить процесс сбора данных нажатием кнопки «Пуск» (или F5).

Опыт измерения скорости страгивания ветрогенератора заключается в снятии зависимости частоты вращения синхронного генератора от скорости ветра nr=f(vB). Для проведения опыта собрается схема (рисункок 2.5).

Выходы статорной цепи А, В, С синхронного ветрогенератора подключается к входам А, В, С модуля «Выпрямитель». Напряжение на его выходе измеряется вольтметром U1. Асинхронный электродвигатель подключатеся к выходам преобразователя частоты (на схеме не показан).

Опыт проводится в следующей последовательности:

- включением автоматического выключателя QF1 модуля питания стенда подать напряжение на элементы стенда;

- включением кнопки «Сеть» блока задания скорости ветра подать напряжение на входы преобразователя частоты. Преобразователь должен быть запрограммирован на режим скалярного управления согласно приложению;

(21)

21

- плавным изменением положения потонциометра задания скорости ветра изменять скорость вращения приводного асинхронного двигателя от 0 до максимального значения. При этом необходимо найти скорость ветра, при которой происходит страгивание генератора. Скорость ветрогенератора отображается на цифровом индикаторе, расположенном на лицевой панели модуля «Ветрогенератор». Фиксацию показаний необходимо производить после выхода системы на установившийся режим. Для этого измерения производить только после выдержки времени после какого-либо изменения параметров системы. Результаты измерений заносить в таблицу 2.3.

Рисунок 2.5 – Схема проведения опыта по снятию скорости страгивания ветрогенератора

После выхода генератора на максимальную скорость необходимо зафиксировать нисходящую ветвь характеристики, уменьшая скорость ветра от максимального значения до нуля и фиксируя показания в таблице 2.3.

После проведения опыта вывести потенциометр задания скорости ветра в крайнее положение против часовой стрелки, установить переключатель

«Пуск» блока задания скорости ветра в нижнее положение, остановить процесс сбора данных персональным компьютером нажатием кнопки «Стоп»

(или F6). Выключить автоматический выключатель QF1 модуля питания.

2.4.3 Оформление отчета по лабораторной работе.

Кратко описать проделанную работу. По результатам опытов построить зависимости частоты вращения ветрогенератора от скорости ветра при её росте и спаде . Определить скорость страгивания стоящего генератора.

Таблица 2.3-Скорость ветра и частотота вращения генератора Параметр

Восходящая ветвь

(22)

22 vв, м/с

nr, об/мин

Параметр Нисходящая ветвь vв, м/с

nr, об/мин

Контрольные вопросы.

1. Первопричина и праисточник ветра.

2. Место энергии ветра среди других ВИЭ.

3. Какие ВИЭ являются для Казахстана перспективными?

3. Что мы называем ВЭУ и ВЭС?

5. Назовите регионы Казахстана перспективные для строительства ВЭУ и ВЭС.

6. Основные характеристики ветров.

7. Устоявшиеся воздушные течения в глобальном масштабе.

8. Местные воздушные течения.

9. Основные тенденции развития конструкций ВЭУ и ВЭС.

2.5 Работа №5. Измерение минимальной рабочей скорости ветра Цель работы: измерить минимальную скорость ветра, при которой будет работать ветроэнергетическая система лабораторного стенда.

2.5.1 Программа работы.

2.5.1.1. Ознакомиться с описанием установки (рисунок 1.3).

2.5.1.2 Изучить мнемосхему и назначение элементов управления ветроэлектроустановки.

2.5.1.3 Провести измерение минимальной рабочей скорости ветра.

2.5.1.4 Построить опытные зависимости, оформить отчет по работе.

2.5.2 Описание работы.

Перед началом лабораторной работы синхронный ветрогенератор должен находиться в режиме холостого хода, а батарея отключена от шины постоянного тока. Для этого перед началом работы со стендом необходимо при выключенном автоматическом выключателе QF1 модуля питания стенда:

- перевести переключатель клемм АКБ модуля аккумуляторной батереи в положение «ОТКЛ»;

- перевести переключатели SA1 – SA5 модуля «Нагрузка» в нижнее положение;

- переключатель «Пуск» блока задания скорости ветра установить в нижнее положение. При этом блокируется работа преобразователя частоты;

- потенциометр задания скорости ветра установить в крайнее положение против часовой стрелки.

(23)

23

Лабораторную работу можно проводить, фиксируя показания измертиельных приборов. Для измерения параметров ветроэлектроустановки также можно использовать персональный компьютер. Для этого необходимо включить компьютер, дождаться полной загрузки Windows и включить программу «DeltaProfi». В меню «Работы» небходимо выбрать работу №2, затем запустить процесс сбора данных нажатием кнопки «Пуск» (или F5).

Опыт измерения минимальной рабочей скорости ветра заключается в снятии зависимости тока заряда аккумуляторной батареи и скорости вращения ветрогенератора от скорости ветра I1, nr=f(vв). Для проведения опыта необходимо собрать схему, показанную на рисунке 2.6.

Подающий вентилятор приводится во вращение асинхронным электродвигателем, получающим питание от преобразователя частоты инвенторного типа, расположенного в блоке задания скорости ветра (на рисунке не показан). Статор синхронного генератора (фазы А, В, С) подключается к модулю «Выпрямитель» (клеммы А, В, С). Шины постоянного тока «+» и «-» модуля «Выпрямитель» соединяется с соответствующими клеммами «+» и «-» модуля «Аккумуляторная батерея».

Рисунок 2.6 – Схема для определения минимальной рабочей скорости ветра Порядок проведения опыта:

- включением автоматического выключателя QF1 модуля питания стенда подать напряжение на элементы лабораторного стенда;

- включением кнопки «Сеть» модуля «Блок задания скорости ветра»

подать напряжение на преобразователя частоты;

- переключить тумблер аккумуляторной батареи в положение «ВКЛ». В этом случае аккумуляторная батарея подключается к шинам постоянного тока через контроллер заряда батареи;

- подать разрешение на работу преобразователя частоты (переключатель «Пуск» модуля «Блок задания скорости ветра») и установить максимальную скорость ветра потенциометром задания скорости ветра;

-дождаться окончания переходного процесса генератора и, плавно

Ақпарат көздері

СӘЙКЕС КЕЛЕТІН ҚҰЖАТТАР

Цель работы: изучение последовательности операций с КА, по выполнению визуальной проверки состояния КА, автоматикой и мероприятиями по ТБ при

В них представлены задания: по вычислению результирующей скорости кода при использовании сжатия данных методом кодирования длин повторений;

Реестр или его отдельные части можно экспортировать в текстовые reg- файлы, редактировать в блокноте, а затем импортировать обратно. Некорректное изменение

Рисунок 2.12 - Главное окно программы в подключенном состоянии.. Далее отключите программу от лабораторной установки; для этого выберите

Спектр достоинств тепловой энергии не так широк, она используется, прежде всего, для получения электрической энергии на станциях, также в быту и

7 Построить векторные диаграммы токов и топографические диаграммы напряжений для трехфазной цепи без нейтрального провода при следующих режимах: - симметричный режим во всех фазах

− источник напряжения с тремя переключателями для установки напряжения между проводами двухпроводной линии; − прибор для измерения емкости двухпроводной линии; прибор включается

В данной разработке содержатся методические указания по выполнению следующих практических работ: - термины, применяемые в межотраслевых правилах по охране труда при эксплуатации