Wykonywanie badań naukowych, analiza nowoczesnych układów sterowania oraz weryfikacja poprawności sporządzonych modeli matematycznych, wymaga przygotowania nowych stanowisk laboratoryjnych. Z tych właśnie przyczyn powstało stanowisko badawcze, które pozwala przeprowadzić symulację modelu matematycznego elektrowni wiatrowej w programie Matlab, a następnie zweryfikować otrzymane w ten sposób dane, dokonując pomiarów na rzeczywistym obiekcie.

Na rys. 1 przedstawiono najistotniejsze elementy, które wchodzą w skład stanowiska laboratoryjnego do badań modelu elektrowni wiatrowej. Sercem całego układu są dwie maszyny elektryczne (8, 9), których wały połączono ze sobą za pomocą przekładni z pasami klinowymi o przełożeniu wynoszącym 2.5 (10). Pierwszą maszyną wchodzącą w skład tak wykonanego zespołu napędowego jest silnik asynchroniczny klatkowy o mocy 15 kW (8). Silnik ten ma za zadanie wytworzenie momentu obrotowego, którego charakterystyka odpowiadałaby momentowi pochodzącemu z prawdziwego silnika wiatrowego. Drugą maszyną natomiast jest generator synchroniczny z magnesami trwałymi o mocy 8.5 kVA (9). Stojan tego urządzenia posiada 12 par biegunów, co pozwala mu pracować przy prędkościach obrotowych mieszczących się do 250 obr/min. Należy jednak zaznaczyć, że użyta przekładnia nie pozwala osiągnąć znamionowego punktu pracy generatora. W przypadku przekroczenia przez generator mocy około 4 kW, poślizg pasów przekładni jest na tyle duży, że prowadzi do wzrostu ich temperatury, co w konsekwencji powoduje ich szybkie zużycie.

Rys. 1. Elementy stanowiska laboratoryjnego: 1 - przekształtnik napięcia MMB10, 2 - przekształtnik napięcia AMT015, 3 - skrzynka rozdzielcza, 4 - panel AMT, 5 - komputer klasy PC, 6 - rezystory hamowania, 7 - dioda prostownicza, 8 - silnik asynchroniczny klatkowy Sg 160L-4-M, 9 - generator synchroniczny z magnesami trwałymi PMGg200L-24B, 10 - przekładnia z pasami klinowymi.

Pracą napędów wchodzących w skład stanowiska laboratoryjnego sterują przekształtniki napięcia MM010 (1) oraz AMT015 (2). W przypadku silnika asynchronicznego urządzenie sterujące (2) wyposażone jest w prostownik oraz falownik napięcia. Natomiast w przypadku generatora synchronicznego w skład przemiennika częstotliwości (1) wchodzi falownik sieciowy oraz maszynowy. Obydwa urządzenia pozwalają na komukację z komputerem klasy PC (5), poprzez łącze szeregowe RS-232 z wykorzystaniem przetworników optycznych ze światłowodami. Przekształtniki wyposażono również w rezystory hamowania (6) wykorzystywane przy hamowaniu stromościowym. Na obudowach przemienników częstotliwości umieszczono panele AMT (4), które pozwalają na prezentację niektórych zmiennych modelu elektrowni wiatrowej. W przypadku panelu zamontowanego na obudowie przekształtnika AMT015 (rys. 2) występuje możliwość wyświetlenia parametru:

Podczas normalnej pracy przekształtnika na panelu widoczny jest jeden z trzech pierwszych parametrów. Po naciśnięciu przycisku MODE (rys. 2), następuje zmiana wyświetlanej zmiennej na kolejną. Jednak w momencie wystąpienia awarii na panelu ukazuje się napis Err oraz numer odpowiadający jednemu z czterech kodów awarii (tab. 1). Należy zaznaczyć, że każde wystąpienie awarii powoduje natychmiastowe wyłączenie napędu i jego ponowne uruchomienie możliwe jest tylko po skasowaniu awarii poprzez wpisanie wartości 1 w zmiennej Reset_awari.

Rys. 2. Panel AMT podczas wyświetlenia awarii 1 oraz z zaznaczonymi kontrolkami F, M, U, których przełączenie następuje po naciśnięciu przycisku MODE.

Kod	Znaczenie
Err1	Przekroczenie dopuszczalnego prądu stojana
Err2	Napięcie na obwodzie pośredniczącym mniejsze od minimalnego
Err3	Napięcie na obwodzie pośredniczącym większe od maksymalnego
Err5	Przekroczona dopuszczalna prędkość silnika

Tab. 1. Tabela kodów awarii i ich znaczenie.

Na rys. 3 oraz rys. 4 przedstawiono schemat układu zasilania oraz sterowania stanowiska laboratoryjnego. Wynika z niego, że obwody pośredniczące przekształtników napięcia są połączone ze sobą poprzez stycznik i zabezpieczone rozłącznikiem bezpiecznikowym oraz diodą prostowniczą (7), chroniącą układ przed nieprawidłowym kierunkiem przepływu prądu. Do połączenia obwodów pośredniczących falowników powinno dojść w sytuacji, kiedy generator zacznie pracować jak silnik. Obecnie obwód ten jest rozłączony, gdyż jego poprawne działanie wymaga odpowiedniej komunikacji oraz oprogramowania układów sterownia przekształtników. Pozostałe styczniki oraz zabezpieczenia nadprądowe znajdują się w krzynce rozdzielczej (3). Na niej umieszczono przyciski włączające i wyłączające napięcie trójfazowe podawane na przemienniki częstotliwości. Zamontowano również przycisk bezpieczeństwa, służący do natychmiastowego odcięcia zasilania od stanowiska laboratoryjnego w razie zaistnienia niebezpiecznej sytuacji.

Rys. 3. Schemat silnoprądowy

Rys. 4. Schemat sterowania