generátory pro aplikace větrných turbín-Část 2: Jak vybrat jeden

různé typy generátorů

existuje několik typů generátorů, které mohou být spojeny s malými větrnými turbínami: nejdůležitější typy DC nebo AC a synchronní nebo asynchronní, které pracují s permanentními magnety nebo excitací elektrického pole. Volba závisí na různých faktorech, jako je aplikace (samostatná nebo připojená k síti), typ zatížení, vyrobitelnost, jmenovitý výkon, rychlost turbíny a náklady. Nicméně všechny tyto elektrické stroje jsou elektromechanická zařízení, která pracují na Faradayově zákoně elektromagnetické indukce.

synchronní vs. asynchronní

jak je vysvětleno v prequelu tohoto článku, rotující část generátoru obsahuje nějaký druh komponenty, která vytváří magnetické pole. Proto tvoří rotující póly. Existují dva druhy komponent, které mohou splnit tento úkol.

v takzvaných synchronních generátorech najdemejednoduché permanentní magnety. Jsou podobné magnetům podkovy nebo druhumagnet, který byste mohli držet na lednici. Typ generátoru, který používátrvalé magnety se označují jako synchronní, protože rotor a magnetické pole se otáčejí stejnou rychlostí. Synchronní generátory typickymají vysokou hustotu výkonu a nízkou hmotnost, proto se stále častěji používají v aplikacích větrných turbín. Výzvy, které tyto generátory kladou, spočívají v tom, že při extrémním vývoji tepla mohou permanentní magnety demagnetizovat, což činí generátor zbytečným a že nemohou vyrábět elektřinu s pevnou frekvencí. Důvodem je variabilita rychlostí větru astejná rychlost otáčení. Proto tyto generátory vyžadují usměrňovací výkonkonvertory.

protějškem synchronních jsou asynchronní generátory. Vytvářejí elektrické pole, které nepoužívá permanentní magnety, ale používáextra cívky. Faradayův zákon naznačuje, že elektrický proud a magnetickýpole vždy existují společně. To nám umožňuje použít magnetické pole k indukcielektrický proud způsobem, který je zde podrobně popsán, ale také nám to pomáhávytvořit magnetické pole zasláním proudu cívkou. To je přesně to, co dělají asynchronní generátory. Tento druh generátoru proto potřebuje napájení speciálně pro magnety, ale je méně náchylný k poškození a může být spolehlivější než jeho protějšek. Navíc má vyšší stupeňdamping, takže může mnohem snadněji absorbovat kolísání otáček rotoru.

Dynamo vs. Alternátory

hlavní rozdíl mezi dynamy a alternátory jetyp proudu, který produkují: Dynama produkují stejnosměrný proud (DC), zatímco alternátory produkují střídavý proud (AC), který neustále mění směr toku.

pro velmi základní nastavení generátoru jsme se v prequelu k tomuto článku dozvěděli, že vyráběný výkon bude střídavá elektřina. Část, která umožňuje Dynamu vyrábět stejnosměrný výkon bez úplného přepracování konceptu, se nazývá komutátor. Nejjednodušší je v podstatě pevný spínač, který se při otáčení hřídele připojuje a odpojuje ke dvěma různým koncovým kontaktům napájecího obvodu generátoru. To umožňuje komutátoru neustále měnit polaritu výstupního proudu tak, aby na konci byl výstup vždy stejné polarity.

hlavní výhodou Dynama vyrábějících stejnosměrný proud ježe většina našich elektrických zařízení potřebuje stejnosměrné napájení. To znamená, že pokudvygenerujete střídavou energii, budete vždy potřebovat měnič napájení, abyste mohli použítelektřina ve vaší domácnosti.

nicméně alternátory vyrábějící střídavý proud jsou dnes více rozšířené. Důvodem je to, že střídavá elektřina je mnohem jednoduššía efektivnější přenos přes obrovské elektrické vedení. Převod střídavého proudu na extrémnívysoké napětí pro přepravu a jeho opětovné snížení na použitelnou úroveň jesnadné a lze jej provést bez významných ztrát energie. Totéž je velmiobtížné co do činění se stejnosměrnými proudy. Jakmile dorazí na požadované místopro spotřebu lze střídavý proud snadno znovu přeměnit na stejnosměrný proud.

standardní větrná energie: Synchronní generátory s permanentními magnety

typ generátoru, který se nejčastěji používá ve větrných turbínách, jsousynchronní generátory s permanentními magnety. Je to proto, že v posledních letech, onizískali v atraktivitě kvůli zlepšení výkonu a snižování nákladů.Zejména pro turbíny s přímým pohonem jsou konkurenceschopné, protože mohou mít vyšší počet pólů 60 nebo více pólů ve srovnání s konvenčně synchronním generátorem. To znamená, že i přes nižší otáčky lze dosáhnout plošné Výstupní frekvence výkonu.

během normálního provozu generátory s permanentními magnetyjsou stabilní a bezpečné a co je nejdůležitější, nepotřebují další napájení pro budicí obvod, aby poskytly magnetické pole. Díky tomu je návrh a elektrické připojení mnohem jednodušší a eliminuje excitaci rotoruztráty, které mohou tvořit 20-30% celkových ztrát generátoru. V důsledku toho je hustota výkonu vysoká a generátor zůstává malý a účinný. To je atraktivní, protože vzhledem k tomu, že riziko demagnetizace je řešeno správně, slibuje nízké celoživotní náklady a malé problémy nebo údržbu.

výkonová křivka

i když se to může zdát jednoduché, spojení mezi větrnou turbínou a generátorem není jen mechanickýms hřídelí a převodovkou. Aby bylo dosaženo uspokojivého výkonu, je třeba sladit křivky výkonu větrné turbíny a generátoru.

obecně řečeno, existujírůzné typy energie, ale mají fyzickou jednotku watt. Existuje mechanická síla, nejprve obsažená ve větru, pak v rotujících lopatkách a pak je elektrická energie.

na jedné straně je rotační mechanický výkon obsažený v rotačních lopatkách větrné turbíny vypočítán jako rychlost otáčení rotoru krát jeho rotační hybnost. Rychlost je v podstatě to, jak často se hřídel otáčí ve stanoveném časovém období, zatímco moment odpovídá tomu, kolik “odporu” nebo momentu setrvačnosti se hřídel může obrátit proti. Chcete-li si představit hybnost, představte si, že otočíte tužkuruce. Pokud ji držíte volně,bude to velmi snadné. Pokud budete mít pevnější přilnavost, budete muset vynaložit větší úsilí, aby se tužka otáčela stejnou rychlostí jako předtím. Co se stane, je, že musíte použít vyššímomentum, protože vaše těsné uchopení zastavující rotační pohyb působípodobně jako vysoký Moment setrvačnosti.

takže výkon rotoru větrné turbíny závisí na rychlosti otáčení a na současné hybnosti v daném čase. Samozřejmě, výkon není vždy přesně stejný, ačkoli. Výrazně se mění, jak se Rychlost větru zvyšuje nebo snižuje. Tyto šancevytvářejí takzvanou křivku výkonu.

na druhé straně elektrická energiese vypočítá jako napětí zařízení krát jeho proud. Jednoduše řečeno, co se stane v generátoru, je to, že extrahuje část energie obsažené v rotaci, aby se přeměnila na elektrickou energii. Kolik energie lze extrahovatzřejmě závisí na množství energie, která je přítomna. Problém ježe Generátor sám o sobě neví, kolik rotačního výkonu je tam.Co však může udělat, je získat vstup ze senzoru větru, aby bylo možné znát současnou rychlost větru. Díky výkonové křivce turbíny může být její současná rotační síla přímo odvozena od uvedené rychlosti větru. Nyní se tedy můžeme rozhodnout, kolik energie by měl generátor získat při jakékoli dané rychlosti větru a naprogramovat jej tak. Tím mu dáme vlastní křivku výkonu.

energie a výkon-jaký je rozdíl?

běžná mylná představa, když lidémluvit o větrných turbínách je, že zaměňují energii s výkonem energie. Rozdíl je následující: výkon nám říká, kolik energie se vyrábí ve srovnání s určitým časovým obdobím. Energetický výkon nám říká, kolik energie jeskutečně vyrobené. Jednotka, která se používá k označení energetického výkonu, je obvyklekwh-kilogram watthodin. Výroba energie jednoho kilogramu watthodiny by mohla znamenat, že během jedné hodiny, elektrické zařízení vyrobilo přesně tisíc wattů elektřiny nebo že do půl našeho, vyrobil dva tisíce wattů elektřiny.

takže pokud chcete někomu říct, kolik energie vaše větrná turbína vyrobila v loňském roce, můžete říci: “Moje turbína vyrobila 400 kWh-není to v pohodě – “. V této souvislosti mluvíme o mociby nemělo smysl. Obvykle by bylo užitečné porovnávat výkonpříklad při porovnávání dvou různých druhů turbín, které pracují za stejných podmínek prostředí. Ať už má smysl mluvit o síle nebovýkon energie závisí do značné míry na situaci. Nicméně znáte své jednotky-použijtewatty, když mluvíme o síle a kilogramech wattů, když mluvíme o energii.