CZ38290U1 - Elektrický systém řízení generátorů - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká elektrického pohonu pro generátory napětí s permanentními magnety nebo alternátory a zajištění startu systému UPS záložním zdrojem. Řízení pohonu nahrazuje 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 permanentními magnety) pro větrné, vodní, palivové, aj. elektrárny. U menších generátorů je použitý alternátor poháněn systémem se spalovacími palivy. U větrných a vodních elektráren je problematická dostupnost umístění generátorů pro ideální přístup zdroje (voda, vzduch) pro pohon použitých generátorů.

Jedná-li se o zdroj využívaný pro pohon generátorů, jako je slunce, voda či vzduch, je problematické najít ideální prostředí, mechanismus a počet komponent pro požadované vygenerované napětí.

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

Podstata technického řešení

Techniky zde popsané umožňují opatřit generátor vlastní pohonnou jednotkou s UPS (uninterrubtible power supply) záložním zdrojem pro start systému. Cílem tohoto technického řešení je zajistit start při nečinnosti generátorů a zajistit kontrolu elektrického systému pomocí řídícího systému.

Schéma technického řešení je následující: Technické řešení obsahuje baterii napojenou na záložní systém UPS. Na výstupu záložního systému UPS je připojen PLC (programovatelný logický kontrolér) řídící systém sloužící pro ovládání elektromotoru a frekvenční měnič. Frekvenční měnič je napojen na elektromotor, který je dále napojený na generátor, jehož výstup je připojen na vstup záložního systému UPS.

Zajištění stálého napájení pro elektrické řízení pohonu generátory probíhá pomocí záložního systému UPS. Ten umožňuje přepnutí do režimu napájení ze sítě a dobití potřebné kapacity baterie odebrané během startu.

Frekvenční měnič zajišťuje regulaci a požadované napětí pro asynchronní motor spojený s generátorem.

- 1 CZ 38290 UI

Zajištění stálých otáček generátoru se provádí pomocí frekvenčního měniče. Pomocí funkcí frekvenčního měniče regulujících motory lze udržet pohon generátoru na požadovaných otáčkách i při připojení zátěží na výstupu generátorů anebo jejich systémů.

Objasnění výkresů

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

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

Obr. 3 je schéma použití bateriových bank soustavy generátoru jako záložního systému pro start a napájení elektrického řízení pohonu generátoru

Příklady uskutečnění technického řešení

Níže je popsán příklad uskutečnění technického řešení dle schématu z obr. 1. Baterie 100 je napojena na záložní systém UPS 101, na jehož výstupu je připojen PLC řídící systém 104, uzpůsobený pro ovládání elektromotoru 103, a frekvenční měnič 102. Frekvenční měnič 102 je napojen na elektromotor 103, který je napojen na generátor 110, jehož výstup je připojen na vstup záložního systému UPS 101.

Systém propojení komponent je určen ke startu a samočinnému udržení řídícího systému po celou dobu generování napětí. Baterie 100 je určena k udržení chodu stálého napětí 240 V/AC pro frekvenční měnič 102 a PLC (programovatelný logický kontrolér) řídící systém 104. PLC řídící systém 104 je uzpůsoben k ovládání elektromotoru 103, který je mechanicky spojen s generátorem 110 nebo alternátorem. Pro toto zajištění napájení je postačující jedna fáze, která je rozdělena frekvenčním měničem 102 na 3 fáze pro zajištění požadovaného napájení elektromotoru 103. Jakmile je generátorem 110 dosažena požadovaná hodnota vygenerovaného napětí, je PLC řídícím systémem 104 zajištěno rychlé přepojení napájení z baterie 100 na napájení ze sítě. 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 110 se 3 fázemi, dvě fáze jsou vždy plně k dispozici a jedna je s rezervovaným výkonem omezena.

Jestliže je poskytnuto rozšíření dle obr. 2, je možné 2 fáze použít pro další řízení generátorů 110 bez rezervovaných výstupů a plně využít vygenerované napětí. Řízení přidaných generátorů 110 je zajištěno PLC systémem 104.

Pro použití většího výkonového generátoru 110, dle obr. 3 je v technickém řešení využito troj fázové zapojení pro řídící systém 104, které je dodáváno bateriovou bankou určenou pro start řídícího systému. Zde je využit off-grid systém, který není zapojen do rozvodné sítě, neboť baterie 100 (bateriové banky) jsou vždy jeho součástí.

Průmyslová využitelnost

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

2) Řešení lze využít na výrobu a dodávku elektrické energie pro menší soustavy obecného využití v domácnostech, například pro elektrické kotle či bojlery (pro ohřev vody),

-2CZ 38290 UI a pro napájení chat, přípojných vozíků, mobilních kontejnerů či domů elektrickou energií.

3) Řešení lze využít na výrobu a dodávku dobíječích stanic pro elektro automobily 5 a vytvoření samostatné sítě i v místě, kde není v současné době možnost přípojného místa elektrické sítě.

4) Řešení lze využít pro mobilní přenosné stanice pro stavby, zemědělství, aj., kde jsou v současnosti využity elektrocentrály se spalovacím motorem.

o

5) Řešení lze využít pro řízení generátorů nebo jejich soustavy s použitím bateriových bank, kde jedna banka je rezervována pro start elektrického řízení s využitím troj fázového zapojení, které umožní využit větší pohonné jednotky o větším výkonu pro rozběh velkých generátorů.

Claims (1)

1. Elektrický systém řízení generátorů, vyznačující se tím, že baterie (100) je napojena na záložní systém UPS (101) na jehož výstupu je připojen PLC řídicí systém (104) uzpůsobený pro ovládání 5 elektromotoru (103) a frekvenční měnič (102) a přičemž frekvenční měnič (102) je napojen na elektromotor (103) napojený na generátor (110) jehož výstup je připojen na vstup záložního systému UPS (101).