ВЕТРОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ

РЕЖИМЫ РАБОТЫ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

1. Режимы работы. В зависимости от изменений ско­рости ветра и величины нагрузки ВЭУ постоянного тока может работать в одном из следующих режимов: 1) ветроагрегат заряжает батарею без внешней нагруз­ки; 2) ветроагрегат заряжает батарею и одновременно питает внешнюю нагрузку; 3) ветроагрегат и батарея работают параллельно на внешнюю нагрузку и 4) ба­тарея питает внешнюю нагрузку одна. Таким образом, аккумуляторная батарея работает на ветроустановке, как правило, в смешанном режиме, переходящем с ре­жима заряд — разряд в периоды отсутствия нагрузки или ветра, на режим постоянного подзаряда (буферный режим) при наличии ветра и внешней нагрузки. Так ра­ботают все ВЭУ постоянного тока, кроме тех ветроза - рядных установок, которые по роду своих потребителей должны иметь две батареи. В последнем случае бата­реи работают только в режиме заряд—-разряд, причем одна из них заряжается от ветроагрегата, а другая пи­тает в это время потребителей^

Поскольку величина зарядного тока зависит от раз­ности напряжений генератора и аккумуляторной бата­реи, отдача ветроагрегата, работающего на заряд ба­тареи, іпри заданной скорости вращения ti генератора зависит от степени заряженности-батареи. Чем. меньше заряжена батарея и, следовательно, ниже ее напряже­ние, тем больше будут зарядный ток и отдача генера­тора при условии достаточной мощности ветродвигате­ля. При недостатке последней скорость вращения агре­гата снизится до п2 и генератор перейдет на работу по другой, сниженной внешней характеристике, при рабо­те по которой отдача генератора и зарядный ток бата­реи уменьшатся в соответствии с располагаемой мощ­ностью ветродвигателя. Рабочие характеристики ветро­агрегата PB—f(n) соответственно также понижаются.

Рассмотрим условия заряда и разряда аккумулятор­ной батареи и распределения нагрузки между нею и ветроагрегатом для общего случая их параллельной работы.

Условно принимая зарядный ток батареи положи­тельным, получим выражение силы тока внешней на­грузки /:

TOC o "1-3" h z ' = W6, (З"4)

Где /г и /б — соответственно сила тока генератора и батареи.

Напряжение U на сборных шинах будет равно:

И = Ег-1/г = Еб + 1бгб. (3-5)

Разность ДЕ между э. д. с. генератора Ег и э. д. с. батареи Еб составит:

Д Е = Ег-Еб = 16(гг + гб) + 1гг, (3-6)

где гг —сопротивление цепи якоря генератора;

Гб — внутреннее сопротивление батареи и соедини­тельных проводов.

При отсутствии внешней нагрузки (/ = 0) генератор работает только на заряд батареи (первый режим).

При возрастающей внешней нагрузке / и постоянной величине ДЕ зарядный ток батареи /б будет уменьшаться (второй режим). Если нагрузка 7 увеличится настолько, что /гг = Д£, то /б — 0, т. е. заряд батареи прекратится. При дальнейшем увеличении нагрузки, когда 1гт^>АЕ, ток /б переменит знак, так как батарея будет разряжать­ся и питать внешнюю нагрузку вместе с генератором (третий режим). Если величина внешней нагрузки будет постоянна, а Ет и Еб будут изменяться, то при большей величине Ег ток батареи будет зарядным, а при боль­шей величине Еб — разрядным. При Ег = Е6--1гг ток

Батареи /б = 0. При отсутствии ветра, когда ветроагрегат не работает, нагрузка питается только от батареи, при­чем /б = /, а напряжение на шинах U = E6 — /гб (чет­вертый режим).

Распределение нагрузки при параллельной работе ветроагрегата и аккумуляторной батареи зависит от внешних характеристик генератора и батареи. Внешняя характеристика генератора зависит от его типа и спо­соба регулирования напряжения и может быть падаю­щей или горизонтальной. Внешняя характеристика бата­реи зависит также от ее типа, а также от степени ее заряженности и износа. Она представляет наклонную кривую, повышающуюся в сторону увеличения заряд­ного тока.

Совмещенные внешние характеристики генератора I и батареи II для случая падающей характеристики ге­нератора при п = const показаны на рис. 3-2. Если пре - "небречь падением напряжения в соединительных прово­дах, то при всех режимах параллельной работы Ur~U6 . При отсутствии внешней нагрузки сила тока батареи определяется точкой пересечения обеих внешних харак­теристик. При этом, если Ur>E6, ток будет зарядным

(точка а) и l'T—l'6. При наличии внешней нагрузки ветроагрегат будет одновременно питать нагрузку и за­ряжать батарею і'т'=І"--І6. Напряжение на шинах вследствие увеличения нагрузки должно понизиться. Но­вая величина его f/r' =U6 определится на диаграмме - точками б пересечения обеих характеристик горизонталь­ной прямой, проведенной так, чтобы отрезок ее б — б был равен току внешней нагрузки /", Зарядный ток батареи уменьшится, так как он будет вызываться теперь меньшей разностью напряжений U'T'— Е6. При дальней­шем увеличении внешней нагрузки до /"' напряжение понизится ниже Еб (до U"' в точках в), батарея перей­дет в режим разряда и будет питать нагрузку /"', пред ставленную горизонтальным отрезком в—в совместно с генератором, т. е. I"' = /"'+ /б". В общем при увели­чении внешней нагрузки зарядный ток батареи умень­шается, и ток генератора увеличивается на меньшую величину, чем ток внешней нагрузки. Напряжение U6Q= — Еь соответствует режиму холостого хода батареи.

Длительность разряда батареи, работающей в ре­жиме постоянного подзаряда, зависит от наклона внеш - г ней характеристики генератора. Чтобы избежать дли­тельных разрядов, желателен такой наклон этой харак­теристики, при котором ветроагрегат при полной мощ­ности принимал бы на себя всю внешнюю нагрузку и еще продолжал подзаряжать батарею. .

В случае, если генератор имеет горизонтальную внешнюю характеристику, то распределение нагрузки между ветроагрегагом и аккумуляторной батареей будет иметь другой характер: зарядный ток батареи при уве­личении внешней нагрузки не будет уменьшаться, так как напряжение генератора при этом остается посто­янным (рис. 3-3). При отсутствии внешней нагрузки и иг>Еб зарядный ток батареи будет определяться по - прежнему точкой а пересечения внешнітх характеристик. При включении нагрузки напряжение Ur не изменится, вследствие чего ток генератора при увеличении нагрузки определится точками пересечения линии постоянного напряжения с естественной внешней характеристикой генератора при данной скорости его вращения (точка б) и не может быть больше / ' =і'--І'. При изменении

Г. пр о 1 г

Нагрузки и постоянном напряжении зарядный ток остается неизменным. При большем увеличении нагрузки происхо­дит падение напряжения генератора по естественной ха-

Рактеристике (на рис. 3-3 — пунктирной). При этом за­рядный ток уменьшается, и если напряжение уменьшится до Ur<CЈ6 (ниже точки в), ток батареи сделается раз­рядным; внешняя нагрузка Г" будет покрываться ветро - агрегатом совместно с батареей І'" = Ґ +/б' (точка г).

Для сохранности батареи и приемников энергии ре­жим заряда батареи должен удовлетворять определен­ным условиям. Наибольший зарядный ток, имеющий место в начале заряда, когда напряжение батареи мало, не должен превосходить допустимого для данного типа и емкости батареи. К концу заряда он должен умень­шаться для того, чтобы избежать перезаряда батареи. Для осуществления такого режима напряжение генера­тора ветроагрегата в течение заряда должно оставаться постоянным и близким к номинальному. Однако с пони­жением температуры окружающего воздуха величина на­пряжения и время заряда увеличиваются, а полезная емкость батареи и напряжение при ее разряде умень­шаются. Поэтому для соблюдения нормального режима работы батарея должна работать при постоянной тем­пературе окружающего воздуха и устанавливаться в отапливаемых зимой помещениях. В случае установки в холодных зданиях для создания нормального режима заряда в разное время год а напряжение генераторов ветроагрегатов следует изменять по сезонам. Выполне­ние указанных условий обеспечивает наибольший срок службы батареи. С другой стороны, для обеспечения своевременного заряда батареи после ее разряда может требоваться повышение напряжения заряда. Необходи­мая величина напряжения генератора, исходя из обоих условий, может быть подсчитана по характеристикам генератора и батареи в зависимости от продолжитель­ности периодов заряда и разряда батареи в местных условиях эксплуатации ВЭУ, которые можно опреде­лить, пользуясь характерными суточными графиками скорости ветра для зимних и летних суток и графиком нагрузки.

2. Типы и характеристики генераторов ветроагрега­тов и способы регулирования напряжения. Техниче­ские требования к генераторам. Генераторы на ВЭУ постоянного тока могут обеспечивать необходи­мое качество энергии, работая с переменной ско­ростью вращения. Это дает возможность работы при более выгодном аэродинамическом режиме ветродвига­теля и позволяет применять более простое регулирова­ние скорости вращения. Режим работы генератора вет­роагрегата при переменной скорости вращения парал­лельно с аккумуляторной батареей, сходный с режимом генератора на автомашине, позволяет применять в не­которых ветроустановках элементы автотракторного электрооборудования. Однако применение на ВЭУ ге­нераторов автотракторного типа не всегда целесообраз­но по следующим причинам. Существенное различие между режимами работы генераторов ветроагрегатов и на автомашинах состоит в том, что установленная мощ­ность генераторов ветроагрегатов в большинстве случаев соответствует установленной мощности приводящих их двигателей, а потому их характеристики мощности по
скорости вращения для наилучшего использования от­дачи ветродвигателей должны возможно ближе соответ­ствовать оптимальному режиму двигателя. Мощность же автотракторных генераторов несоизмерима с мощностью вращающих их двигателей автомашин, вследствие чего такого соответствия характеристик не требуется. Кроме того, те и другие генераторы имеют различные диапа­зоны изменения рабочих скоростей вращения. Скорость вращения генераторов ВЭУ изменяется в отношении от 1 : 1,5 до 1 :"3, тогда как у автотракторных генераторов это изменение доходит до 1 : 8,5. Меньший диапазон из­менения скорости вращения у ВЭУ иногда позволяет ■применять на них более--простые. методы регулирования напряжения.

Эксплуатационные показатели генераторов ВЭУ должны быть близкими к показателям нормальных ге­нераторов стационарных электроустановок. Дополни­тельным требованием, особенно для генераторов ветро - зарядных агрегатов, являются малые потери холостого хода, что дает возможность ветроагрегату начинать от­давать мощность при меньшей скорости ветра и рабо­тать с высоким к. п. д. при небольших располагаемых мощностях, которые имеют место большую часть года.

Перечисленные условия работы привели к тому, что в СССР на ВЭУ мощностью более 1,5 кет применяются нормальные типы стационарных генераторов постоян­ного тока с параллельным и смешанным возбуждением, а для мелких ветрозарядных агрегатов — преимуще­ственно синхронные генераторы с возбуждением от по­стоянных магнитов, которые отличаются простотой и на­дежностью конструкции и малыми потерями холостого хода. Реже применяются некоторые типы автотрактор­ных генераторов. Номинальная мощность генераторов ветроагрегатов ввиду работы при переменной скорости вращения рассчитывается примерно при половинной ско­рости вращения от максимальной лр^0,5 «макс, а но­минальное напряжение должно развиваться при п — = 0,25 -=- 0,3 /гмакс. В некоторых случаях на ВЭУ прихо­дится устанавливать более тихоходные генераторы для получения возможности непосредственного соединения их с валом ветроколеса или для уменьшения передаточ­ного отношения редукторов. Выполнение этих условий

10—2412
вызывает иногда увеличение габаритов генераторов ВЭУ по сравнению с нормальными типами.

Основным требованием, предъявляемым к генерато­рам. ветроагрегатов, является обеспечение правильного режима заряда аккумуляторной батареи.

Работа генераторов без регулирова­ния напряжения. Метод работы ВЭУ постоянного тока без регулирования напряжения для ветрозарядных агрегатов является по простоте оборудования наиболее прогрессивным и получает в последнее время большое распространение. Он основан на том, что при работе с аккумуляторной батареей постоянство напряжения на шинах в пределах изменения напряжения батареи, т. е. от 2,3 до 1,7 в на элемент (или ±16%), поддерживает­ся самой батареей без специального регулирования на­пряжения генератора. Последнее в этом случае равно:

UT = E6 + I3R6, (3-7)

Где /з — зарядный ток;

Re — внутреннее сопротивление батареи и соедини­тельных проводов.

Колебание напряжения генератора при изменении силы зарядного тока не может быть большим, так как сопротивление аккумуляторов, а вместе с тем и величи­на /3 R6 малы.

Режим работы генератора без регулирования напря­жения не допускает отсоединения батареи. В противном случае напряжение генератора может недопустимо по­выситься.

Увеличение напряжения батареи в конце заряда при работе генератора без регулирования напряжения вы­зывает необходимость уменьшения числа элементов ба­тареи настолько, чтобы верхний предел напряжения ба­тареи не превосходил номинального напряжения ламп. При неполностью заряженной батарее светоотдача ламп понижается, что является некоторым недостатком этого метода работы ВЭУ. Защита генератора от'перегрузки при больших скоростях ветра должна обеспечиваться регулированием ветродвигателя.

Характеристики U'=f(n) и Pr = f(n) генераторов по­стоянного тока с параллельным возбуждением, работаю­щих без регулирования напряжения при отсутствии на­
сыщения магнитной цепи, близки к прямым линиям и, следовательно, вообще говоря, не совмещаются с верши­нами характеристик мощности ветродвигателей во всем диапазоне рабочих скоростей ветра. Наклон характери­стик генератора и скорость вращения при начале возбуж­дения зависят от величины тока возбуждения. Последняя может быть изменена путем включения в цепь возбуж­дения постоянных сопротивлений. Подбором сопротив-

Ления можно приблизить характеристику генератора Рт =f(n) к вершинам характеристик ветродвигателя для нескольких наиболее важных для эксплуатации ско­ростей ветра (рис. 3-4).

"С п особы регулирования напряжения генераторов посто я« ного тока. Применение генераторов с параллельным возбуждением без регули­рования напряжения дает лишь относительную близость характеристик генератора к вершинам характеристик ветродвигателя и относительное постоянство напряже­ния на шинах, достаточное не для всех приемников энергии, а также не вполне обеспечивает правильный ре­жим заряда аккумуляторов. Поэтому, особенно на более
крупных ветроустановках, часто применяются следую­щие способы регулирования напряжения.

А. Бесконтактные схемы. Регулирование на­пряжения при помощи дополнительной обмотки возбуж­дения или путем использования свойств реакции якоря.

Б. Контактные устройства. Вибрационные или угольные электромагнитные регуляторы напряжения.

В первых двух способах (А) регулирующим импуль­сом является изменение силы тока и регулирование про­изводится на поддержание ее постоян­ства. Такое регулирование имеют ге­нераторы со встречной последователь­ной обмоткой возбуждения и трехще - точные генераторы. При применении контактных устройств регулирование происходит непосредственно по напря­жению.

Схема возбуждения гене­раторов со смешанным воз­буждением встречной после­довательной обмоткой дана на рис. 3-5. Генераторы с этой систе­мой возбуждения дают при изменении скорости вращения более благоприят­ную форму характеристики мощности по отношению к характеристикам вет­родвигателя, чем с одной параллель­ной обмоткой возбуждения. При уве­личении скорости ветра скорость вращения ветро­двигателя повышается, увеличивается э. д. с. ге­нератора и при постоянном сопротивлении - нагруз­ки сила тока в цепи. Ток нагрузки ограничи­вается действием встречной обмотки возбуждения, которая вызывает уменьшение намагничивающей силы (н. с.) полюсов при увеличении тока якоря. При соот­ветствующем расчете н. с. встречной обмотки возбуж­дение генератора будет ограничиваться так, что при увеличении скорости вращения до некоторого предела нагрузка не будет превышать расчетной мощности вет­родвигателя. Н. с. встречной обмотки обычно состав­ляет 20—40% от н. с. параллельной обмотки. Ее вели­чина определяется по характеристике генератора Ет — =f(ti) в зависимости от диапазона изменения скорости

Вращения ветродвигателя. Однако эта система регули­рования имеет ряд недостатков. При работе ВЭУ на заряженную аккумуляторную батарею напряжение ба - 1 тареи и генератора сильно возрастает, что ведет к уве­личению зарядного тока. Последний при сильном ветре может стать слишком большим для батареи. Во избе­жание перезаряда емкость батареи приходится брать увеличенной. При сильном ветре и отключенной внеш­ней нагрузке, когда скорость вращения ветроагрегата увеличивается, а встречная обмотка возбуждения не действует, напря­жение генератора при случайном отсоединении батареи может повы­ситься в 2—3 раза и повредить па­раллельную обмотку возбуждения. Для предохранения обмотки воз­буждения от пробоя приходится де­лать глухое соединение между ба­тареей и генератором без предо­хранителей, что нежелательно, так как лишает генератор и батарею защиты от сверхтоков.

Другие более сложиые схемы ав­томатического регулирования на­пряжения генераторов с примене­нием дополнительных обмоток воз­буждения или их шунтирования нелинейными сопротив­лениями не нашли пока распространения.

На мальих ветрозарядньгх агрегатах старой конструк­ции применялись т ре х щет оч н ы е генераторы' автомобильного типа. Эти генераторы имеют параллель­ное возбуждение с присоединением одного конца об­мотки возбуждения к одной из главных щеток, а друго­го к дополнительной третьей щетке, расположенной на коллекторе по направлению вращения якоря перед вто­рой главной щеткой (рис. 3-6). Система весьма проста и не требует квалифицированного ухода, так как гене­ратор не имеет дополнительных обмоток или регулято­ра. Однако по условиям коммутации третьей щетки она может применяться только при напряжении до 6 в и мощности генераторов до 100 вт. Принцип регулирова­ния о-бщеизвестен и основан на использовании реакции якоря генератора, которая вызывает неравномерное рас­
пределение магнитной индукции в воздушном зазоре машины. Характеристики трехщеточного генератора и ветродвигателя хорошо согласуются, однако этот тип генератора плохо удовлетворяет условиям правильного режима заряда аккумуляторной батареи и постоянства напряжения приемников энергии. На постоянство на­пряжения трехщеточного генератора влияют состояние пластин и степень заряда батареи. Если внутреннее со­противление аккумулятора сильно возрастет (например, от сульфатации пластин) или батарея отсоединится от генератора, то согласно уравнению (3-7) напряжение генератора может сильно повыситься (до 10 в при =6 в) и вызвать выход из строя приемников энергии и самого генератора. Значительное повышение напря­жения и силы' зарядного тока происходит также в конце заряда аккумуляторов, когда э. д. с. багареи сильно воз­растет. В результате аккумуляторы испытывают систе­матические перезаряды или недозаряды, что сокращает срок их службы.

Эти недостатки трехщеточного генератора застав­ляют в последнее время отказываться от его приме­нения.

Регулирование напряжения электро­магнитными регуляторами дает наибольшее постоянство напряжения и в сочетании с ограничением силы тока генератора дает наилучший режим заряда аккумуляторной батареи. Это преимущество данного спо­соба регулирования, важное для потребителей, требую­щих постоянства напряжения, заставляет предпочитать его другим, несмотря на то, что характеристики мощно­сти генератора и ветродвигателя здесь менее согласуют­ся друг с другом.

В зависимости от мощности и напряжения генера­тора на ВЭУ применяются вибрационные или угольные регуляторы напряжения. Для ветрозарядных агрегатов напряжением 6—30 в могут применяться вибрационные одноступенчатые регуляторы автомобильного типа. Угольные регуляторы изготовляются и применяются при напряжении 120—460 в.

Вибрационный регулятор, принципиальная схема ко­торого дана на рис. 3-7, устанавливает среднюю вели­чину тока возбуждения в зависимости от отношения trfti времени замкнутого и разомкнутого состояний
контактов к. Благодаря этому при увеличении скорости вращения генератора средняя. величина тока возбужде­ния уменьшается и напряжение генератора остается по­стоянным. Величина добавочного сопротивления RJl, включаемого в цепь возбуждения, определяется наи­большей скоростью вращения генератора, до которой регулятор должен поддерживать постоянство напряже­ния, а наибольшая скорость вращения определяется сте­пенью неравномерности ре­гулятора ветродвигателя. Нижний предел работы ре­гулятора напряжения опре­деляется минимальной ско­ростью вращения, при кото­рой напряжение и ток воз­буждения достигают номи­нальной величины. Обмотка возбуждения генератора мощностью более 1 кет, ра­ботающего с вибрационным регулятором, обычно делит­ся на две части, каждая из которых имеет отдельный регулятор. Это делается для уменьшения разрывного то­ка контактов регулятора, что повышает надежность его работы.

Защита от перегрузки. Регулирование на по­стоянную величину напряжения UT —const может вы­звать в случае разряженной батареи большие перегруз­ки генератора и батареи по зарядному току. Для огра­ничения нагрузки генератора применяются вибрацион­ные регуляторы, напряжения, снабженные компенси­рующей токовой обмоткой (КО на рис. 3-12), которая включается в цепь якоря генератора, или максималь­ное токовое реле (РМ), представляющее по принципу действия тоже вибрационный регулятор, но реагирую­щий на силу тока (см. рис. 3-21).

В регуляторе с компенсирующей токовой обмоткой параллельная и последовательная обмотки должны со­здавать намагничивающую силу (н. с.) одного направ­ления. Внешняя характеристика генератора при этом
•имеет вид наклонной кривой. Обычно при регуляторах напряжения с токовой обмоткой падение напряжения на генераторе не превышает 10—іГ5%, чтобы батарея не начала разряжаться раньше, чем ток генератора до­стигнет номинальной величины. Действие такого регу­лятора следующее. В начале заряда батареи регулятор, стремясь поддержать напряжение постоянным, увеличи­вает силу зарядного тока, причем последовательная об­мотка увеличивает н. с. сердечника, вследствие чего ре­гулятор начинает работать раньше, чем в случае бесто­ковой обмотки. В результате зарядный ток держится на пониженном уровне. При увеличении э. д. с. батареи по мере ее заряда величина зарядного тока будет снижать­ся, вследствие чего н. с. последовательной обмотки будет уменьшаться. Контакты регулятора будут длительнее оставаться замкнутыми, в результате чего э. д. с. гене­ратора и зарядный ток будут снижаться меньше. Таким образом, регулятор ограничивает силу зарядного тока батареи в начале заряда, а к концу — уменьшает ее не слишком сильно.

Конструкция максимального токового реле не отли­чается от регулятора напряжения, «о имеет вместо па­раллельной последовательную обмотку. Внешняя харак­теристика генератора, работающего с максимальным реле и регулятором напряжения без токовой обмотки, имеет вид горизонтальной прямой. До тех пор, пока ве­личина тока генератора не превосходит уставки тока ма­ксимального реле, работает один регулятор напряже­ния. При превышении заданной величины тока начинает вибрировать якорь максимального реле, которое сни­жает напряжение до величины, при которой сила тока не превышает тока уставки реле. В это время регулятор напряжения не работает (его контакты замкнуты), так как напряжение держится ниже его уставки. При боль­ших перегрузках напряжение генератора падает до пересечения с нижней ветвью внешней характеристики генератора и далее уменьшается по этой характеристи­ке. Так как максимальное реле и регулятор напряже­ния работают не одновременно, добавочное сопротив­ление /?д в конструкции регуляторов напряжения и то­ка делают общ им, а их контакты соединяют последова­тельно.

Синхронные генераторы с возбужде-

НйеМ of постоянны* Магнитов. ГенератйрЫ этого типа имеют ротор с полюсами из высокомагнит­ного алюминиевоникелевого сплава (альни) без об­мотки и статор с обмоткой трехфазного тока. Эти гене­раторы для ветрозарядных агрегатов имеют следующие преимущества перед генераторами постоянного тока: большую простоту конструкции и надежность в эксплуа­тации ввиду отсутствия коллектора, контактных колец и обмотки ротора, что весьма важно для ветроэлектриче­ских установок, расположенных в удаленных точках; отсутствие потерь на возбуждение и меньшие потери холостого хода, благодаря чему ветроагрегат с генера­тором данного типа начинает работать при меньшей ско­рости ветра; отсутствие. помех радиоприему благодаря отсутствию искрящих контактов; возможность выполне­ния генератора с более благоприятной для ветродви­гателя характеристикой мощности Pr=f(n),

Отсутствие обмотки возбуждения не позволяет при­менить для генераторов этого типа ни один из обычных методов регулирования напряжения воздействием наси­лу тока возбуждения. Регулирование напряжения этих генераторов можно осуществлять с помощью ферроре - зонансных стабилизаторов напряжения, включаемых в цепь нагрузки. Однако обычно при работе ветроагре­гата с аккумуляторной батареей регулирование напря­жения на этих генераторах не применяется, тем более, что изменение напряжения генератора с постоянными магнитами при изменении скорости вращения происхо­дит менее резко, чем у генераторов постоянного тока.

3. Сравнение режимов работы ветроагрегата с раз­личными типами генераторов при различных способах регулирования напряжения. Режимы работы генерато­ров постоянного тока при регулировании напряжения на постоянную силу тока не отвечают условиям пра­вильного заряда аккумуляторной батареи вследствие возрастания напряжения и силы тока генератора в кон­це заряда. Режим напряжения у приемников энергии оказывается также неблагоприятен. Поэтому несмотря на то, что при данном способе регулирования может быть достигнуто лучшее использование ветродвигателя, применение подобного регулирования на ВЭУ не может рекомендоваться. Целесообразнее применение генерато­ров с параллельным возбуждением и электромагнитны­
ми регуляторами напряжения с токовой компенсацией или максимальным реле, создающих лучшие условия для заряда батареи и работы потребителей, хотя ис­пользование мощности ветродвигателя получается здесь несколько худшим. Для сравнения работы генераторов на заряд аккумуляторов при различных способах ре­гулирования напряжения на рис. 3-8 показаны кривые

В зависимости от про­должительности заряда. Кривая 1 относится к ра­боте генератора с регуля­тором напряжения без токовой компенсации и без максимального реле. При этом имеет место слишком большой ток в начале заряда, при кото­ром генератор перегру­жается. Кривая 2 отно­сится к генератору с ре­гулированием на посто­янную силу тока, даю­щему излишне большой ток в конце заряда. Кри­вая 3 относится к работе генератора при регулято­ре напряжения с токовой компенсацией, а кри­вая 4—при регуляторе с максимальным реле, удовлетворяют условиям правильного заряда батареи, но последний "способ имеет преимущество независимой настройки уставки напря­жения и силы тока реле. С точки зрения наилучшего использования располагаемой мощности ветродвигателя режимы работы ветродвигателя при наличии регулиро­вания напряжения электромагнитным регулятором и без регулирования напряжения одинаковы.

При применении угольных электромагнитных регу­ляторов режимы работы генераторов аналогичны их ре­жимам работы с вибрационным регулятором.

Синхронные генераторы с возбуждением от посто­янных магнитов, которые строятся на небольшие мощно­
сти, имеют перечисленные выше эксплуатационные пре­имущества и дают хорошее использование ветродвига­теля.

В результате сравнения применения для ветроаг. ре- гатов генераторов разных типов и рассмотрения режи­мов их работы следует сделать вывод, что для малых ветрозарядных агрегатов наиболее целесообразным яв­ляется применение синхронных генераторов с постоян­ными магнитами, работающих без регулирования на­

Ії

Рис. 3-9. Внешние характеристики двух генераторов, работающих параллельно на заряд аккумуляторной батареи,

Пряжения, а для более мощных установок — применение генераторов постоянного тока с параллельным возбужде­нием и электромагнитными регуляторами напряжения.

4. Параллельная работа ветроагрегатов. При огра­ниченном числе ветроагрегатов разной мощности, вы­пускаемых промышленностью, иногда приходится уста­навливать на одной ВЭУ два ветроагрегата и более, большей частью однотипных. При параллельной работе ветроагрегатов с генераторами постоянного тока, имею­щими параллельное возбуждение, или синхронными, ра­ботающими параллельно на стороне выпрямленного то­ка, нагрузка распределяется между генераторами со­гласно их натуральным или создаваемым регуляторами напряжения внешним характеристикам (рис. 3-9). Если характеристики двух генераторов одинаковы, нагрузка делится между ними поровну. Если характеристики не одинаковьи, но напряжения при холостом ходе равны, то из рис. 3-9 видно, что генератор с пологой характерн­
стикой // нагружается больше, чем генератор с крутой характеристикой I. При отсутствии внешней нагрузки суммарный зарядный ток батареи определяется точкой пересечения горизонтальной линии напряжения на ши­нах с характеристикой батареи IV (точка а).

Располагаемая мощность ветроагрегатов и их ско­рость вращения изменяются в зависимости от скорости ветра. Вследствие этого напряжение генераторов будет также меняться: когда UT>E6, генераторы будут за­ряжать батарею силой тока в зависимости от величины разности U — Еб. При включении внешней нагрузки она будет делиться между генераторами также согласно с расположением их характеристик в данный момент. При недостатке располагаемой мощности ветродвигателей и падении напряжения генераторов до Ur<^E6 часть или вся нагрузка будет покрываться аккумуляторной бата­реей.

Резервные агрегаты на ветроустановках постоянного тока, как правило, не работают параллельно с ветро- агрегатами, так как при наличии аккумуляторной бата­рей в этом нет необходимости.

5. Схемы электрических соединений. Схемы ветроза - ряднык установок разнообразны и зависят от принятого типа генератора. Для малых ВЭУ применяются электри­ческие схемы и коммутационная аппаратура, принятая на стационарных или транспортных электроустановках соответствующей мощности. При существующих номи­нальных напряжениях 6; 12,5; 28; 125 и 230 в ВЭУ ком­мутируются большей частью по двухпроводной схеме с одной системой сборных шин. При наличии резервных тепловых двигателей на ВЭУ малой мощности приме­няются отдельные сборные шины для ветрового и резерв­ного агрегатов, как правило, без расчета на параллель­ную работу с переключением нагрузки на ту или другую систему шин. " /

Для защиты батареи от разряда на генератор и гене­ратора от обратного тока в случае его. остановки или снижения скорости вращения служат реле или автома­ты обратного тока или другие приборы того же назначе­ния. Реле или автомат обратного тока должен подклю­чать генератор к батарее при превышении напряжения генератора над напряжением батареи и отключать его
при небольшом обратном токе батареи. В ветрозаряд - ных установках применяются реле обратного тока авто­мобильного типа, непосредственно разрывающие ток на­грузки. В ВЭУ малой мощности применяются автоматы обратного тока прямого действия железнодорожного или станционного типа, а-при больших токах — реле об­ратного тока, действующие на электромагнитный кон­тактор в главной цепи. Импульсом для включения реле и автоматов служит величина напряжения батареи. По

Скольку напряжение батареи меняется в зависимости от состояния ее заряда, более точного включения можно достичь при реле дифференциального типа, реагирующе­го на разйосгь напряжений генератора и батареи. Такие реле существуют в самолетном электрооборудовании, но для ВЭУ не применяются ввиду их сложности и дефи­цитности. При применении на ветроустановке генераторов переменного тока с выпрямителями автоматы или реле обратного тока не требуются, так как их заменяют твер­дые выпрямители, по большей части селеновые.

Ветрозарядные установки обычно работают со стар - терными аккумуляторами, число элементов которых при заряде и разряде остается неизменным. На более круп­ных ВЭУ устанавливаются железнодорожные или стан­ционные аккумуляторы с элементными коммутаторами.

На рис. 3-Ю показана простейшая схема коммутации ветрозарядной установки мощностью 80—150 вт, рабо­тающей при напряжении 12—24 в. Генератор постоянно­
го тока спараллельным возбуждением работает без регу­лирования напряжения с аккумуляторной батареей стар - терного типа. Генератор и батарея защищаются от сверх­токов олавкими предохранителями. Для контроля в цепи батареи ставят вольтметр и амперметр с двусторон­ней шкалой. Поскольку ветроагрегат с быстроходным ветроколесом разгоняется при значительно большей скорости ветра, чем та, при которой он может работать, буду™ уже выведенным на рабочий режим, в схеме пре­дусматривается кнопка 3 для стартерного запуска агре-

Гата от аккумуляторной батареи при малой скорости ветра.

Простая схема электрических соединений «без регули­рования напряжения генератора применяется также для ветроагрегатов мощностью 0,4—2 кет с синхронными ге­нераторами и селеновыми выпрямителями прн напряже­ниях сети 12—120 в (рис. 3-11).

Для того чтобы избежать сокращения срока службы ламп от повышенного напряжения при полностью заря­женной аккумуляторной батарее, число элементов бата­реи при работе без регулирования напряжения умень­шается и берется таким, при котором напряжение в кон­це заряда равно номинальному напряжению установки.

Для ветрозарядных установок с генераторами по­стоянного тока автомобильного типа мощностью 0,15— 1,5 кет при напряжении 12,5—28 в, работающими с регу­ляторами напряжения, применяются комплектные регуля-
торные коробки, выпускаемые к этим генераторам. В эти коробки входят реле обратного тока, вибрационные регу­ляторы напряжения и максимальные реле. На такой ВЭУ аккумуляторная батарея устанавливается с пол­ным числом элементов, так как регулятор напряжения создает нормальный режим для приемников энергии. За­щитная аппаратура и контрольные приборы применяют­ся те же, что и в предыдущих схемах. На рис. 3-12 представлена схема электрических соединений ВЭУ D-3,5 с генератором ГТ-4563А мощностью 1 кет, 28 в, работающем с реле — регулятором РРА-24ф. В табл. 3-2

---- ЕЗ-

Г

РОТІ

' I

Mjpqj

_____ І2

Регуляторная коробка типаРРА-МилиРРА-2ЧФ ~у

Рис. 3-12. Схема электрических соединений ветрозарядной установки (D-3,5) с генератором автомобильного типа и ви­брационным регулятором напряжения.

/—генератор; 2 — батарея; РОТ — реле обратного тока; РН — регулятор напряжения; ОРН— главная обмотка регулятора напряжения; ВО— вы­равнивающая обмотка; /СО —компенсирующая токовая обмотка.

Ука^йЙЫ некоторые типы автомобильных и тракторных генераторов, используемых на ВЭУ по 'подобным схемам.

На рис, 3-13 представлены варианты схем электриче­ских соединений малых ВЭУ постоянного тока мощ­ностью 7—10 кет при напряжении генераторов 126— 230 в. Схемы таких установок различаются различным присоединением ветроагрегата 1, резервного агрегата 2 и аккумуляторной батареи 3 к сборным шинам. Схема а является наиболее гибкой и допускает одновременно раз­дельную работу ветроагрегата и резервного агрегата с любой частью нагрузки на свою систему шин. Аккуму­ляторная батарея 3 имеет двойной элементный коммута­тор 4 (схема а ив) или разделяется на две части (схе­ма б) с тем, чтобы при повышении напряжения батареи в конце заряда уменьшать автоматически или вручную число элементов, работающих на нагрузку. Мощность резервного агрегата в схемах а ив принимается равной мощности ветроагрегата. Иногда она принимается мень-

125-2306

|| Г

J J vi І J J

Рис. 3-13. Варианты схем электрических соеди­нений ВЭУ с агрегатами 7—10 кет, 125—230 в.

/ — ветровой агрегат; 2—тепловой агрегат; 3—батарея; 4 — двойной элементный коммутатор.

Шей из расчета питания только потребителей первой ка­тегории (схема б). На ВЭУ с ветродвигателем, имеющим малую неравномерность. вращения (например, типа D-12), может применяться генератор с параллельным возбуждением без регулирования напряжения. Если вет­родвигатель имеет регулирование с большой неравно­мерностью, /необходимо устанавливать угольный регу­лятор напряжения. Применение последнего позволит ветроагрегату при сильном ветре или малой нагрузке работать без аккумуляторной батареи.

Для ВЭУ большей мощности при наличии более про­тяженных сетей применяется напряжение 440 в с трех - проводной системой распределения энергии. Деление на­пряжения генератора производится с помощью аккуму­ляторной батареи (рис. 3-14). Генераторы и батарея подключаются к сборным шинам 440 в. Средняя точка батареи 3 выводится к третьей шине. Для подзаряда элементов батареи, выведенных на элементный комму­татор, предусматривается <вольтодобавочный двигатель - генератор 4.