generatorer til Vindmølleapplikationer-Del 2: Sådan vælges en

forskellige typer generatorer

der er flere typer generatorer, der kan kobles til små vindmøller: vigtigst af alt DC-eller AC-typer og synkrone eller asynkrone, der fungerer med henholdsvis permanente magneter eller elektrisk feltekspression. Valget afhænger af forskellige faktorer, såsom anvendelse (stand alone eller nettilsluttet), belastningstype, fremstillbarhed, nominel effekt, turbinehastighed og omkostninger. Ikke desto mindre er alle disse elektriske maskiner elektromekaniske enheder, der arbejder på Faradays lov om elektromagnetisk induktion.

synkron vs. asynkron

som forklaret i indledningen til denne artikel indeholder den roterende del af en generator en slags komponent, der skaber et magnetfelt. Derfor udgør den roterende poler. Der er to slags komponenter, der kan udføre denne opgave.

i såkaldte synkrone generatorer finder vienkle permanente magneter. De ligner hestesko magneter eller til den slagsmagnet, som du kunne holde fast i et køleskab. Den type generator, der brugerpermanente magneter kaldes synkron, fordi rotoren ogmagnetfeltet roterer med samme hastighed. Synkrone generatorer typiskhar en høj effekttæthed og lav masse, derfor bruges de i stigende gradi vindmølleapplikationer. Udfordringer, som disse generatorer pålægger, er, at de permanente magneter under ekstrem varmeudvikling kan afmagnetisere, hvilket gør generatoren ubrugelig, og at de ikke kan producere elektricitet med en fast frekvens. Dette skyldes variabiliteten af vindhastighederne ogsamme hastighed rotation. Derfor kræver disse generatorer ensrettende strømomformere.

modstykket til synkron er asynkrongeneratorer. De skaber et elektrisk felt, der ikke bruger permanente magneter, men brugerekstra spoler. Faradays lov antyder, at en elektrisk strøm og en magnetiskfelt eksisterer altid sammen. Dette giver os mulighed for at bruge et magnetfelt til at inducere en elektrisk strøm på den måde, der er detaljeret her, men det hjælper os også med at oprette et magnetfelt ved at sende en strøm gennem en spole. Dette er nøjagtigthvad asynkrone generatorer gør. Denne type generator har derfor brug for en strømforsyning specifikt til magneterne, men den er mindre tilbøjelig til at skade og kan være mere pålidelig end dens modstykke. Desuden har den en højere grad afdampning, så den kan absorbere rotorhastighedsfluktuationer meget lettere.

Dynamos vs. Generatorer

hovedforskellen mellem dynamoer og generatorer erden type strøm, de producerer: dynamoer producerer en jævnstrøm (DC) mensalternatorer producerer en vekselstrøm (AC), der konstant ændrer strømningsretning.

for en meget grundlæggende generatoropsætning har vi lært i indledningen til denne artikel, at den producerede effekt vil være vekselstrøm. Den del, der gør det muligt for en dynamo at producere jævnstrøm uden helt at designe konceptet kaldes en kommutator. På det enkleste er det dybest set en fast kontakt, der forbinder og afbryder til de to forskellige endekontakter i generatorens strømkredsløb, når akslen drejer. Dette gør det muligt for kommutatoren konstant at ændre polariteten af udgangsstrømmen, så udgangen til sidst altid er af samme polaritet.

den største fordel ved dynamoer, der producerer jævnstrøm, erat de fleste af vores elektriske enheder har brug for jævnstrøm for at fungere. Dette betyder, at hvis du genererer vekselstrøm, har du altid brug for en strømkonverter til at brugeelektricitet i dit hjem.

ikke desto mindre er generatorer, der producerer vekselstrøm, farmore udbredt i dag. Årsagen til dette er, at vekselstrøm er meget enklereog mere effektiv til at transmittere via store kraftledninger. Konvertering af vekselstrøm til ekstremthøje spændinger til transport og derefter reducere den til brugbare niveauer igen er let og kan gøres uden betydelige strømtab. Det samme er megetsvært at gøre med DC-strømme. Når den er ankommet til det ønskede stedtil forbrug kan vekselstrømmen let omdannes til DC igen.

Standard i vindenergi: Synkrone generatorer med Permanent magnet

den type generator, der mest anvendes i vindmøller, er synkrone generatorer med permanent magnet. Dette skyldes, at de i de senere år har opnået tiltrækningskraft på grund af forbedring af ydeevnen og faldende omkostninger.Især for turbiner med direkte drev er de konkurrencedygtige, fordi de kan have højere polantal på 60 eller flere poler sammenlignet med en konventionelt ville have en synkron generator. Dette betyder, at på trods af lavere rotationshastigheder kan der opnås en rimelig effektfrekvens.

under normal drift, permanente magnetgeneratorerer stabile og sikre, og vigtigst af alt behøver de ikke en ekstra strømforsyning til eksitationskredsløbet for at tilvejebringe et magnetfelt. Dette gør design og elektrisk forbindelse meget enklere og eliminerer rotorspændingstab, der kan udgøre 20-30% af de samlede generatortab. Derfor er effekttætheden høj, og generatoren forbliver lille og effektiv. Dette er attraktivt, fordi da risikoen for demagnetisering håndteres korrekt, lover den lave levetidsomkostninger og små problemer eller vedligeholdelse.

effektkurven

selvom det kan virke enkelt, er forbindelsen mellem en vindmølle og en generator ikke kun en mekanisk med en aksel og en gearkasse. For at opnå tilfredsstillende ydeevne skal vindturbinens og generatorens effektkurver matches.

generelt er derforskellige typer magt, men de har den fysiske enhed. Der ermekanisk kraft, først indeholdt i vind, derefter i roterende knive,og så er der elektrisk strøm.

på den ene side beregnes den rotationsmekaniske kraft, der er indeholdt i en vindmølles roterende vinger, som rotorens rotationshastighed gange dens rotationsmoment. Hastigheden er i det væsentlige, hvor ofte akslen drejer inden for en fast tidsperiode, mens momentum svarer til hvor meget ‘modstand’ eller inertimoment akslen kan dreje imod. For at visualisere momentumet, forestil dig at du drejer en blyant i dinhånd. Hvis du holder det løst, vil det være meget nemt at gøre det. Hvis du tager enstramt greb, skal du bruge mere indsats for at holde blyanten drejende påsamme hastighed som før. Hvad der sker er, at du skal anvende et højeremomentum på det, fordi dit stramme greb, der stopper rotationsbevægelsen, virkerligner et højt inertimoment.

så vindmøllerotorens effekt afhænger af rotationshastigheden og det nuværende momentum til enhver tid. Selvfølgelig er effekten ikke altid den samme. Detændres betydeligt, da vindhastigheden stiger eller falder. Disse chancerudgør en såkaldt strømkurve.

på den anden side elektrisk strømberegnes som en enheds spænding gange dens strøm. Kort sagt, hvad der skeri en generator er, at den udtrækker en del af strømmen indeholdt i rotationfor at omdanne den til elektrisk strøm. Hvor meget strøm kan udvindesafhænger naturligvis af mængden af den strøm, der er til stede. Problemet erat en generator alene ikke ved, hvor meget rotationskraft der er.Hvad det kan gøre, er imidlertid at få input fra en vindsensor for at kende den nuværende vindhastighed. Takket være turbinens effektkurve kan dens nuværende rotationskraft direkte udledes af vindhastigheden. Så nu kan vi beslutte, hvordanmeget strøm generatoren skal udtrække ved en given vindhastighed og programmere det til at gøre det. Ved at gøre det giver vi det sin egen strømkurve.

energi og energi-Hvad er forskellen?

en almindelig misforståelse, når folk taler om vindmøller, er, at de forveksler strøm med energiproduktion. Forskellen er følgende: effektudgang fortæller os, hvor meget energi der produceressammenlignet med en bestemt tidsperiode. Energiproduktion fortæller os, hvor meget energi der erFaktisk produceret. Den enhed, der bruges til at angive energiudgang, er normaltkilogram vand timer. En energiproduktion på et kilo vand time kan betydeat inden for en time har en elektrisk enhed indkøbt nøjagtigt et tusindvand af elektricitet, eller at den inden for en halv Vores har produceret to tusindvand af elektricitet.

så hvis du vil fortælle nogen, hvordanmeget energi din vindmølle har produceret sidste år, kan du sige ” Min turbinehar produceret 400 kh – er det ikke sejt?”. I denne sammenhæng taler om magtville give lidt mening. Typisk vil sammenligning af effekt være nyttigt for eksempel, når man sammenligner to forskellige slags turbiner, der opererer under de samme miljøforhold. Uanset om det giver mening at tale om magt ellerenergiproduktion afhænger meget af situationen. Ikke desto mindre kender dine enheder – brugvand, når du taler om strøm og kilo vand timer, når du taler om energi.