CZ202492A3 - Elektrický systém řízení generátorů - Google Patents

Abstract

Elektrický systém obsahuje trakční baterii, převodník napětí s přepínáním zdroje mezi baterií a sítí z vygenerovaného napětí, frekvenční měnič řízený přes PLC systém s kontrolou veličin záložního zdroje a vygenerovaného zdroje, motor pro dosažení požadovaných otáček generátorů, generátor napětí a systém pro regulaci generovaného napětí požadované sítě.

Description

Elektrický systém řízení generátorů

Oblast techniky

Vynález se týká elektrického pohonu pro generátory napětí s permanentními magnety nebo alternátory a zajištění startu systému UPS záložním zdrojem. Řízení pohonu nahrazující využití sluneční, větrné či spalovací energie.

Dosavadní stav techniky

Generátory jsou elektricky řízeny pomocí sofistikovaných systémů a regulátorů, které monitorují a upravují jejich výstupní napětí a frekvenci. Tyto regulátory obvykle pracují ve spojení se senzory, které měří aktuální výstupní hodnoty generátoru a porovnávají je s požadovanými parametry. Pokud dojde ke změně zatížení nebo jiným podmínkám, regulátory automaticky upraví parametry generátoru tak, aby zajistily stabilní a konzistentní dodávku elektrické energie. Elektrické řízení generátorů umožňuje také jejich synchronizaci s ostatními zdroji energie v elektrické síti, což je klíčové pro udržení rovnováhy a stability sítě. Díky těmto systémům jsou generátory schopny reagovat na změny v poptávce po elektrické energii a přizpůsobit svůj výkon, což je klíčové pro spolehlivý provoz elektrických sítí a zajištění dodávky energie pro různé aplikace.

Z historického hlediska se používají bezkartáčové generátory (s permanentním magnety) pro větrné, vodní, palivové, aj. elektrárny a u menších generátorů je použitý alternátor poháněn systémem se spalovacími palivy. U větrných a vodních elektráren je problematika dostupnost umístění generátorů pro ideální přístup zdroje (voda, vzduch) pro pohon použitých generátorů.

Jedná-li se o zdroj využívaný pro pohon generátorů, jako jsou slunce, voda, vzduch, problematikou nastává na projektech využít ideální prostředí, mechanismus a počet komponent pro požadované vygenerované napětí.

Jedná-li se o generátory využívající energii se spalovacími motory, musí být vyžita dodávka paliv pro daný systém.

Podstata vynálezu

Techniky zde popsané umožňuji opatřit generátor vlastní pohonnou jednotku s UPS záložním zdrojem pro start systému, cílem tohoto vynálezu je:

1) zajistit start při nečinnosti generátorů,

2) zajistit stálé napájení po startu pohonu generátoru, až po požadovaném úplném zastavení, 3) zajistit stálý a plynulý chod požadovaných rychlostech na pohonu dle použitého generátoru, 4) zajistit kontrolu elektrického systému pomocí řídícího systému

Schéma technické řešení je následující: pro zajištění startu elektrického pohonu je invertor, ke kterému je zapojená baterie dodávající stejnosměrné napětí. Invertor zajišťuje z přijímání stejnosměrného napětí a nebo přijímání ze sítě vygenerovaného napětí. Invertor převádí na výstupu střídavé napětí, kterým se napájí frekvenční měnič a plc řídící jednotka s frekvenčním měničem regulující napětí a frekvenci pro pohon asynchronních motorů (mechanicky propojené s generátory). Při startu invertor využívá jen přijímané napětí z baterie a dodává střídavé napětí plc řídící jednotky s frekvenčním měničem. Frekvenční měnič zajišťuje regulaci a požadované napětí pro asynchronní motor spojený s generátorem.

- 1 CZ 2024 - 92 A3

Zajištění stálého napájení pro elektrické řízení pohonu generátory probíhá pomocí funkcí UPS záložním systémem, kdy po dosaženém vygenerovaném napětí přepne invertor do režimu napájení ze sítě a dobije potřebnou kapacitu baterie odebranou během startu.

Zajištění stálých otáček potřebné pro požadavek otáček generátoru na požadované generované napětí se provádí pomocí frekvenčního měniče. Pomocí funkcí frekvenčního měniče regulující motory lze použít napěťové, frekvenční, PID regulační funkce udržující pohon generátoru na požadovaných otáčkách i během připojených zátěží na výstupu generátorů a nebo jejich systémů.

Kontrola elektrického řídícího systému generátoru probíhá přes plc řídící systém. PLC systém umožňuje komunikaci, regulaci frekvenčního měniče a souhrn dat z měřících a spínacích jednotek. Z PLC jednotky lze vytvořit diagnostická data a funkce řízení ovládané na dálku (panel, web, mobil).

Objasnění výkresů

Obr. 1 je schéma propojení komponent ke startu a samočinné udržení řídícího systému.

Obr. 2 je schéma dalšího možného využití systému a propojení komponent.

Příklady uskutečnění vynálezu

Předkládaný vynález je systém propojení komponent, který slouží ke startu a samočinné udržení řídícího systému po celou dobu generování napětí. Baterie a invertor sloužící k udržení chodu stálého napětí 240VAC pro frekvenční měnič a PLC programovatelný logický kontrolér, ten ovládá elektromotor, který je mechanicky spojen s generátorem nebo alternátorem. Pro toto zajištění napájení postačí jedna fáze, kterou frekvenční měnič rozděluje na 3 fáze pro zajištění požadovaného napájení elektromotoru. Jakmile generátor se dostane na požadovanou hodnotu vygenerovaného napětí, řídící jednotka a invertor se postará o rychlé přepojení napájení z baterie na napájení vygenerovaného napětí v síti. Na tuto jednu fázi je nutno pro systém rezervovat výkon a přizpůsobit příslušnou ochranu před použitím vyššího odběru než je požadovaná. Je-li použitý generátor s 3 mi fázemi, dvě fáze, jsou vždy plně k dispozici a jedna je s rezervovaným výkonem omezena. Jestliže poskytujeme rozšíření dle obr.2, můžeme 2 fáze použít pro další řízení generátorů bez rezervovaných výstupů a plně využívat vygenerované napětí. Hlavní řízení s plc jednotkou zajišťuje komunikaci a řízení přidaných generátorů. Díky rozšíření více použitých generátorů lze získat velké množství vygenerované napětí a sítě.

Pro použití většího výkonového generátoru, využívá vynález troj fázové zapojení pro řídící systém, které dodává bateriová banka určená pro start řídícího systému. Zde je využit off-grid systém, který není zapojen do rozvodné sítě, neboť jsou vždy baterie (bateriové banky) jeho součástí Obr.3

Průmyslová využitelnost

1) Způsob a zařízení podle nároku 1, lze využít pro nabíjení současných a nových bateriových bank pro zajištění stálé elektrické energie během nečinnosti vynálezu. Pro způsob nabití bateriových bank není třeba využívat nepřetržitý chod elektricky řízeného generátoru a tím se zajistí větší životnost ovládacích prvků generátorů. Tento systém lze nahradit stávající větrné, solární a vodní elektrárny.

2) Způsob a zařízení podle nároku 1, lze využít na výrobu a dodávku elektrické energie pro menší soustavy obecného využití v domácnostech. Napájení elektrické energie pro elektrické kotle či bojlerů (pro ohřev vody), napájet elektrickou energií chaty, přípojné vozíky, mobilní kontejnery či domy, aj.

-2CZ 2024 - 92 A3

3) Způsob a zařízení podle nároku 1, lze využít na výrobu a dodávku dobíječích stanic pro elektro automobily a vytvořit samostatnou síť i v místě, kde není v současné době možnost přípojného místa elektrické sítě.

4) Způsob a zařízení podle nároku 1, lze využít pro mobilní přenosné stanice pro stavby, zemědělství, aj. jako jsou využitý současné elektrocentrály se spalovacím motorem.

5) Způsob a zařízení podle nároku 1, lze využít pro větší řízení generátorů nebo jejich ίο soustavy s použitím bateriových bank, kde jedna banka je rezervována pro start elektrického řízení s využitím trojfázového zapojení, které umožní využit větší pohonné jednotky o větším výkonu pro rozběh velkých generátorů.

Claims (5)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Elektrický systém řízení generátorů, vyznačující se tím, že obsahuje invertor, který je schopen přijímat stejnosměrné napětí buď ze samostatné baterie nebo z napětí vygenerovaného ze sítě a převádět ho na střídavé napětí pro napájení frekvenčního měniče a PLC řídící jednotky.
2. 2. Elektrický systém řízení generátorů, vyznačující se tím, že invertor při startu využívá pouze přijímané napětí z baterie a dodává střídavé napětí PLC řídící jednotce spolu s frekvenčním měničem.
3. 3. Elektrický systém řízení generátorů, vyznačující se tím, že je zajištěno stálé napájení pro elektrické řízení pohonu generátory pomocí UPS záložním systémem, který přepíná invertor do režimu napájení ze sítě po dosažení požadovaného vygenerovaného napětí a dobíjí potřebnou kapacitu baterie odebranou během startu.
4. 4. Elektrický systém řízení generátorů, vyznačující se tím, že jsou zajištěny stálé otáčky generátoru pomocí frekvenčního měniče, který umožňuje regulaci pomocí napěťových, frekvenčních a PID regulačních funkcí, udržujících pohon generátoru na požadovaných otáčkách i během připojených zátěží na výstupu generátorů a jejich systémů.
5. 5. Elektrický systém řízení generátorů, vyznačující se tím, že umožňuje kontrolu elektrického řídícího systému generátoru pomocí PLC řídícího systému, který umožňuje komunikaci, regulaci frekvenčního měniče a souhrn dat z měřících a spínacích jednotek, a umožňuje vytváření diagnostických dat a funkcí řízení ovládaných na dálku (panel, web, mobil).