книги / Методические указания к лабораторным работам по ветроэнергетике
..pdfаккумулятора + падение напряжения в контроллере заряда батареи.
Скорость ветра, характеризующая данную точку, будет равняться минимальной рабочей скорости ветра.
Послепроведенияопытавывестипотенциометрзаданияскорости в крайнее положение против часовой стрелки, установить переключатель «Разрешение» блока задания скорости ветра в нижнее положение. Далее выключить питание стенда.
По результатам опытов построить зависимости тока заряда аккумулятора и скорости вращения ветрогенератора от скорости ветра. Определить минимальную рабочую скорость ветра уста-
новки. Оформить и защитить отчет о работе в соответствии с требованиями, приведенными в описании работы № 1.
Контрольные вопросы
1.Используя описание стенда и его мнемосхему, объяснить суть исходных переключений органов управления стендом перед началом экспериментов по выполнению работы № 2.
2.Объяснить суть понятия «минимальная рабочая скорость ветра ветроустановки».
3.Объяснить, как осуществляется опыт измерения минимальной рабочей скорости ветра.
Работа № 3. ХАРАКТЕРИСТИКА ХОЛОСТОГО ХОДА ВЕТРОГЕНЕРАТОРА
Цель работы
Снять характеристику холостого хода синхронного ветрогенератора.
Программа работы
1. Ознакомиться с описанием лабораторной установки и лабораторной работы.
21
2.Изучить мнемосхему и назначение элементов управления ветроэлектроустановкой.
3.Провести снятие характеристики холостого хода ветрогенератора.
4.Построитьопытныезависимости,сделатьвыводы,оформить
изащитить отчет по лабораторной работе.
Описание работы
Передначаломлабораторнойработысинхронныйветрогенера- тордолженнаходитьсяврежимехолостогохода,абатарея–отклю- ченаотшиныпостоянноготока.Дляэтогопередначаломработысо стендом необходимо при выключенном питании:
–перевести переключатели активной нагрузки SA1–SA5 в нижнее положение;
–переключатель аккумуляторной батареи перевести в положение «ОТКЛ»;
–переключатель «Разрешение» 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.
Опыт по снятию характеристики холостого хода генератора заключается в снятии зависимости ЭДС генератора от скорости вращения при отсутствии нагрузки вцепи постоянного тока ветроуста-
новки U1 = f nг .
Порядок проведения опыта следующий:
–подать напряжение на элементы стенда (переключателем, расположенным с тыльной стороны моноблока);
–переключатель «Разрешение» блока задания скорости ветра установить в верхнее положение;
–плавно изменяя положение потенциометра задания скорости, увеличивать скорость ветра. Снять зависимость напряжения на
шинепостоянноготокаотскоростивращениягенератораU1 = f nг . Результаты заносить в таблицу.
22
Зависимость напряжения на шине постоянного тока от скорости вращения генератора
nг, об/мин
U1, В
Послепроведенияопытавывестипотенциометрзаданияскорости ветра в крайнее положение против часовой стрелки, установить переключатель «Разрешение» блока задания скорости ветра в нижнее положение. Далее выключить питание стенда.
По результатам опытов построить зависимость напряжения на шине постоянного тока от скорости вращения генератора. Сделать выводы, оформить и защитить отчет о работе.
Контрольные вопросы
1.Используя описание работы и мнемосхему стенда, объяснить,каки почемуустанавливаетсянеобходимоеисходноеположение органов управления стендом перед проведением измерений
вданной работе.
2.Какая характеристика называется характеристикой холостого хода ветрогенератора?
3.Как снимается характеристика холостого хода ветрогенера-
тора?
Работа № 4. ВНЕШНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЕТРОГЕНЕРАТОРА
Цель работы
Снятие внешних характеристик ветрогенератора на различных частотах вращения.
23
Программа работы
1.Ознакомиться с описанием лабораторной установки и лабораторной работы.
2.Изучить мнемосхему и назначение элементов управления ветроэлектроустановкой.
3.Провести снятие внешних характеристик ветрогенератора.
4.Построитьопытныезависимости,сделатьвыводы,оформить
изащитить отчет по лабораторной работе.
Описание работы
Передначаломлабораторнойработысинхронныйветрогенера- тордолженнаходитьсяврежимехолостогохода,абатарея–отклю- ченаотшиныпостоянноготока.Дляэтогопередначаломработысо стендом необходимо при выключенном питании:
–перевести переключатели активной нагрузки SA1–SA5 в нижнее положение;
–переключатель аккумуляторной батареи перевести в положение «ОТКЛ»;
–переключатель «Разрешение» 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.
Опыт по снятию внешних характеристик ветрогенератора заключается в снятии зависимости ЭДС генератора (напряжение на
шине постоянного тока U1) от величины тока нагрузки (выходной ток выпрямителя I1) U1 = f(I1).
Припроведенииопытааккумуляторнаябатареяотключена,выходы постоянного тока модуля «Выпрямитель» подключаются к входам модуля «Нагрузка». Введение резисторов осуществляется переключателями SA1–SA5 модуля нагрузки.
24
Порядок проведения опыта следующий:
–подать напряжение на элементы стенда (переключатель, расположенный с тыльной стороны моноблока);
–подать сигнал «Разрешение» на преобразователь частоты и установить такую скорость ветра, при которой ветрогенератор приходит во вращение и вырабатывает ЭДС;
–зафиксировать в таблице значение ЭДС ветрогенератора на холостом ходу и, последовательно вводя нагрузочные сопротивления в цепь постоянного тока, снять внешнюю характеристику, занося результаты измерений в таблицу.
Снятие внешней характеристики ветрогенератора
nв, м/с
nг, об/мин
I1, мА
U1, мА
При проведении опыта требуется поддерживать скорость вращения ветрогенератора на постоянном уровне. Для этого при каком-либо изменении его скорости требуется регулировать скорость ветра потенциометром модуля «Блок задания скорости ветра».
После снятия внешних характеристик на заданной скорости требуется изменить скорость ветра и повторить исследова-
ния. Желательно при проведении опыта снять характеристики
на минимальной и максимальной скоростях ветра.
После проведения опыта необходимо перевести все переключатели SA1–SA5 блока активной нагрузки в нижнее положение, остановить приводной двигатель, установив потенциометр задания скорости ветра в крайнее положение против часовой стрелки,
25
убрать сигнал «Разрешение» блока задания скорости ветра. После этого выключить питание стенда. Построить опытные зависимости, сделать выводы, оформить и защитить отчет о работе.
Контрольные вопросы
1. Объяснить начальное положение органов управления (переключателей и потенциометров) перед проведением измерений
вданной работе.
2.Что называется внешней характеристикой ветрогенератора?
3.Как снимается внешняя характеристика ветрогенератора?
4.С какой целью во время проведения опытов отключается аккумуляторная батарея?
5.Почему рекомендуется снятие внешних характеристик ветрогенератора на минимальной и максимальной скоростях ветра?
Работа № 5. ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ АВТОНОМНОЙ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
С БАТАРЕЕЙ И НАГРУЗКОЙ
Цель работы
Изучить принцип и особенности работы автономной ветроэнергетической системы лабораторного стенда при параллельной работе на аккумуляторную батарею и активную нагрузку.
Программа работы
1.Ознакомиться с описанием лабораторной установки и лабораторной работы.
2.Изучить мнемосхему и назначение элементов управления ветроэлектроустановки.
3.Исследовать режим параллельной работы ветрогенератора на аккумуляторную батарею и активную нагрузку
4.Построитьопытныезависимости,сделатьвыводы,оформить
изащитить отчет по лабораторной работе.
26
Описание работы
Передначаломлабораторнойработысинхронныйветрогенера- тордолженнаходитьсяврежимехолостогохода,абатарея–отклю- ченаотшиныпостоянноготока.Дляэтогопередначаломработысо стендом необходимо при выключенном питании:
–перевести переключатели активной нагрузки SA1–SA5 в нижнее положение;
–переключатель аккумуляторной батареи перевести в положение «ОТКЛ»;
–переключатель «Разрешение» 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.
Порядок проведения опыта следующий:
–подать напряжение на элементы стенда (переключатель, расположенный с тыльной стороны моноблока);
–подсоединить аккумуляторную батарею к шинам постоянного тока установкой переключателя контроллера заряда батареи в положение «ВКЛ»;
–подать сигнал «Разрешение» на преобразователь частоты и установить потенциометром задания скорости ветра такую скорость, чтобы аккумуляторная батарея потребляла ток и происходил
еезаряд;
–последовательным включением переключателей SA1–SA5 блока активной нагрузки вводить сопротивления в цепь постоянного тока. При этом фиксировать результаты измерений в таблице.
При увеличении нагрузки ток заряда аккумулятора уменьшается, а затем происходит его переход на режим источника электро-
энергии (разряд батареи). При проведении опыта следует зафиксировать все указанные режимы.
27
Характеристики автономной ВЭС с аккумуляторной батареей и нагрузкой
U1, В
I1, А
I2, А
I3, А
PВ, Вт
PАКБ, Вт
PН, Вт
После проведения опыта необходимо перевести переключатели SA1–SA5 модуля «Нагрузка» в нижнее положение, отключить аккумуляторную батарею от шин постоянного тока (переключатель контроллера заряда батареи установить в положение «ОТКЛ»), остановить приводной двигатель, установив потенциометр задания скорости ветра в крайнее положение против часовой стрелки, убрать сигнал«Разрешение»блоказаданияскоростиветра.Послеэтоговыключить питание стенда. Произвести обработку результатов измерений, выполнить расчеты, построить экспериментальные и расчетные зависимости, сделать выводы, оформить и защитить отчет по работе.
Расчетные данные
При обработке результатов эксперимента необходимо рассчитать мощности в контрольных точках системы.
Мощность на выходе выпрямителя, Вт:
PВ = U1∙I1.
Мощность, потребляемая или отдаваемая аккумуляторной батареей, Вт:
PАКБ = U1∙I2.
Мощность, потребляемая активной нагрузкой, Вт:
PН = U1∙I3.
28
Контрольные вопросы
1.Объяснить принцип работы автономной ветроэнергетической системы с аккумуляторной батареей и нагрузкой. Почему данная ВЭС называется автономной?
2.В каком исходном положении должны быть органы управления (переключатели, потенциометры) стендом перед началом работы и почему?
3.Каким образом осуществляется режим увеличения нагрузки ветрогенератора и с помощью каких органов управления стендом?
4.Как при увеличении нагрузки определяется точка перехода аккумуляторной батареи в режим разряда?
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Выполнениециклалабораторныхработпоисследованиюветроэлектрической системы является важным этапом в подготовке бакалавра наук по направлению «Электроэнергетика и электротехника».
Пермский край, с учетом его научно-технического и промышленного потенциала, климатического и географического положения, является весьма перспективным регионом России по разработке, изготовлению и внедрению ветроэлектрических станций.
В частности, в регионе начинаются большие работы, проводимые Фондом развития ветроэнергетики «Группы РОСНАНО» и ПАО «Фортум» (управление осуществляет ООО «Управляющая компания «Ветроэнергетика») и технологическим партнером ООО
«Вестас Рус» (Vestas Wind Systems A/S). Планируемая установленнаямощностьветропарка (наосновесоглашенияс регионом)составит значительную величину – 189,9 МВт. Поэтому вполне возможно, что решать масштабную и перспективную задачу по развитию ветроэнергетики удастся и вам, выпускникам одного из ведущих технических вузов России – ПНИПУ. Поэтому желаю вам, дорогие студенты, УСПЕХА и УДАЧИ!
29
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.Быстрицкий Г.Ф. Основы энергетики: учебник – 4-е изд.,
стер., – М.: КНОРУС, 2017. – 350 С.
2.Обзор российского ветроэнергетического рынка и рейтинг регионов России за 2019 год [Электронный ресурс] / Российская ассоциация ветроиндустрии, РАВИ, Центр энергетики Московской школы управления СКОЛКОВО. – М.: РАВИ, 2020. – 72 с. – URL: rawi.ru/wp-content/uploads/2020/rawi-report-for-2019-rus.pdf (дата обращения: 16.03.2020).
3.Ветроэнергетическая система: метод. указания к проведению лабораторных работ. – Челябинск: Учтех-Профи, 2019. – 17 с.
30