generaattorit Tuuliturbiinisovelluksiin – Osa 2: Miten valita yksi

erityyppisiä generaattoreita

on useita erilaisia generaattoreita, jotka voidaan kytkeä pieniin tuuliturbiineihin: tärkeimpänä tasavirta-tai VAIHTOVIRTATYYPIT ja synkroniset tai asynkroniset generaattorit, jotka toimivat kestomagneeteilla tai Sähkökentän virityksellä. Valinta riippuu eri tekijöistä, kuten käyttökohteesta (erillisenä tai verkkoon kytkettynä), kuormitustyypistä, valmistettavuudesta, nimellistehosta, turbiinin nopeudesta ja kustannuksista. Kaikki nämä sähkökoneet ovat kuitenkin sähkömekaanisia laitteita, jotka toimivat Faradayn sähkömagneettisen induktion lain mukaan.

synkroninen vs. asynkroninen

kuten tämän artikkelin esiosassa selitetään, generaattorin pyörivä osa sisältää jonkinlaisen komponentin, joka luo magneettikentän. Siksi se muodostaa pyöriviä napoja. On olemassa kahdenlaisia komponentteja, jotka voivat täyttää tämän tehtävän.

niin sanotuissa synkronigeneraattoreissa etsitään kestomagneetteja. Ne muistuttavat hevosenkenkämagneetteja tai sellaisia magneetteja, joita voisi pitää kiinni jääkaapissa. Tyyppi generaattori, joka käyttääpysyviä magneetteja kutsutaan synkroninen, koska roottori ja magneettinen kenttä pyörivät samalla nopeudella. Synkronigeneraattoreilla on tyypillisesti suuri tehotiheys ja pieni massa, minkä vuoksi niitä käytetään yhä enemmän tuuliturbiinisovelluksissa. Näiden generaattorien asettamia haasteita on se, että äärimmäisen lämmönkehityksen aikana kestomagneetit voivat demagnetisoitua, jolloin generaattorista ei ole hyötyä, ja että ne eivät pysty tuottamaan sähköä määrätyllä taajuudella. Tämä johtuu Tuulen nopeuksien vaihtelusta ja samanopeuden pyörimisestä. Siksi nämä generaattorit vaativat oikaisevan virtakonverterit.

synkronisen vastine ovat asynkronisia generaattoreita. Ne luovat Sähkökentän, jossa ei käytetä kestomagneetteja vaan käytetään extra-keloja. Faradayn lain mukaan sähkövirta ja magneettikenttä ovat aina olemassa yhdessä. Tämä antaa meille mahdollisuuden käyttää magneettikenttää sähkövirran indusoimiseen tässä kuvatulla tavalla, mutta se auttaa meitä myös luomaan magneettikentän lähettämällä virran kelan läpi. Tämä on täsmälleen mitä asynkroniset generaattorit tekevät. Tällainen generaattori tarvitsee siis virtalähteen nimenomaan magneetteja varten, mutta se on vähemmän altis vaurioille ja saattaa olla luotettavampi kuin sen vastine. Lisäksi se on korkeampi ofdamping niin, että se voi absorboida roottorin nopeuden vaihtelut paljon helpommin.

Dynamos vs. Vaihtovirtageneraattorit

suurin ero vaihtovirtageneraattoreiden ja vaihtovirtageneraattoreiden välillä on niiden tuottaman virran tyyppi: dynamot tuottavat tasavirtaa (DC), kun taas vaihtovirtageneraattorit tuottavat vaihtovirtaa (AC), joka muuttaa jatkuvasti virtaussuuntaa.

tämän artikkelin esiosasta on opittu, että tuotettu teho on VAIHTOVIRTASÄHKÖÄ. Osaa, jonka avulla dynamo voi tuottaa tasavirtaa ilman konseptin täydellistä uudelleensuunnittelua, kutsutaan kommutaattoriksi. Yksinkertaisimmillaan se on periaatteessa kiinteä kytkin, joka yhdistää ja irrottaa generaattorin virtapiirin kaksi eri päätykosketinta akselin kääntyessä. Näin kommutaattori voi jatkuvasti muuttaa lähtövirran napaisuutta niin, että lopulta ulostulo on aina sama napaisuus.

tasavirtaa tuottavien dynamojen tärkein etu on, että suurin osa sähkölaitteistamme tarvitsee tasavirtaa toimiakseen. Tämä tarkoittaa, että Jos tuotat verkkovirtaa, tarvitset aina tehomuuntimen käyttääsähkö kotona.

siitä huolimatta vaihtovirtaa tuottavat vaihtovirtageneraattorit ovat nykyään yhä yleisempiä. Syynä tähän on se, että VAIHTOVIRTASÄHKÖ on paljon yksinkertaisempaa ja tehokkaampaa siirtää valtavien voimajohtojen kautta. Muuntamalla vaihtovirtaa extremelyhigh Jännitteet kuljetukseen ja sitten vähentää sitä käyttökelpoiselle tasolle jälleen on helppoa ja voidaan tehdä ilman merkittäviä tehohäviöitä. Sama on hyvin vaikeaa tehdä TASAVIRTOJA. Kun se on saapunut haluttuun sijaintiinkulutukselle, vaihtovirtaa voidaan helposti muuntaa DC uudelleen.

tuulienergian standardi: Kestomagneettigeneraattorit

tuuliturbiineissa eniten käytettyjä generaattorityyppejä ovat kestomagneettigeneraattorit. Tämä johtuu siitä, että viime vuosina niiden houkuttelevuus on kasvanut suorituskyvyn parantumisen ja kustannusten alenemisen ansiosta.Erityisesti suorakäyttöisissä turbiineissa ne ovat kilpailukykyisiä, koska niillä voi olla suurempi napaluku 60 tai enemmän napoja verrattuna tavanomaisesti synkroniseen generaattoriin. Tämä tarkoittaa, että pienemmistä pyörimisnopeuksista huolimatta areasonable power output frequency voidaan saavuttaa.

normaalikäytössä kestomagneetin generaattorit ovat vakaita ja turvallisia, ja mikä tärkeintä, ne eivät tarvitse ylimääräistä virtalähdettä herätepiiriin magneettikentän aikaansaamiseksi. Tämä tekee thedesign ja sähköinen yhteys paljon yksinkertaisempaa ja poistaa roottorin excitationlosses, jotka voivat muodostaa 20-30 % koko generaattori häviöt. Näin ollen tehotiheys on korkea, ja generaattori pysyy pienenä ja tehokkaana. Tämä on houkuttelevaa, koska koska demagnetisoinnin riskiä käsitellään asianmukaisesti, se lupaa alhaiset elinkustannukset ja vähän ongelmia tai kunnossapitoa.

tehokäyrä

vaikka se saattaa vaikuttaa yksinkertaiselta, tuuliturbiinin ja generaattorin välinen yhteys ei ole vain mekaaninen yksiakseli ja vaihteisto. Tyydyttävän suorituskyvyn saavuttamiseksi tuuliturbiinin ja generaattorin tehokäyrät on sovitettava yhteen.

yleisesti ottaen on olemassa erilaisia tehoja, mutta niillä on fysikaalinen yksikkö watti. On mekaanista voimaa, joka sisältyy ensin tuuleen,sitten pyöriviin teriin ja sitten on sähköenergiaa.

toisaalta tuuliturbiinin pyörivien lapojen sisältämä pyörimismekaaninen teho lasketaan siten, että roottorin pyörimisnopeus kertaa sen pyörimismomentin. Nopeus on oleellinen, kuinka usein akseli kääntyy tietyn ajan kuluessa, kun taas themomentum vastaa sitä, kuinka paljon “resistanssia” tai hitausmomenttia shaftcan kääntyy vastaan. Kuvitelkaa, että kääntäisitte lyijykynää kädessänne. Jos pidät sitä löysästi, se on erittäin helppo tehdä niin. Jos otat atighter-otteen, sinun täytyy käyttää enemmän vaivaa pitääksesi kynän kääntymisen samalla nopeudella kuin ennen. Mitä tapahtuu, on, että sinun täytyy soveltaa korkeahermomentum sitä, koska tiukka ote pysäyttäminen pyörimisliike toimii samanlaisena korkea hitausmomentti.

niinpä tuuliturbiinin roottorin teho riippuu pyörimisnopeudesta ja kulloinkin vallitsevasta liikemäärästä. Teho ei tietenkään aina ole aivan sama. Se muuttuu merkittävästi tuulen nopeuden kasvaessa tai laskiessa. Nämä mahdollisuudet muodostavat niin sanotun tehokäyrän.

sen sijaan sähköteho lasketaan siten, että laitteen jännite kertaa sen virran. Yksinkertaisesti sanottuna, mitä tapahtui generaattori on, että se poimii osan virrasta sisältyvät rotaatio, jotta se voidaan muuttaa sähköenergiaksi. Kuinka paljon voimaa voidaan purkaa, riippuu siitä, kuinka paljon voimaa on. Ongelma on, että generaattori ei yksinään tiedä, kuinka paljon pyörimistehoa on olemassa.Se voi kuitenkin saada syötteen tuulianturista, jotta se tietää nykyisen tuulen nopeuden. Turbiinin tehokäyrän ansiosta sen nykyinen pyörimisvoima voidaan johtaa suoraan mainitusta tuulennopeudesta. Joten nyt voimme päättää, kuinka paljon virtaa generaattorin pitäisi poimia tietyllä tuulennopeudella ja ohjelmoida se tekemään niin. Siten annamme sille oman tehokäyrän.

Energia ja teho-Mitä eroa?

yleinen harhaluulo tuulivoimaloista puhuttaessa on, että ne sekoittavat tehon ja energiantuotannon. Ero on seuraava: teho kertoo, kuinka paljon energiaa tuotetaan verrattuna tiettyyn ajanjaksoon. Energiantuotanto kertoo, kuinka paljon energiaa todellisuudessa tuotetaan. Yksikkö, jota käytetään osoittamaan energiantuotto on usuallykWh – kilo wattitunteja. Yhden kilon wattitunnin energiantuotanto voi tarkoittaa sitä, että yhden tunnin kuluessa sähkölaite tuottaa tasan tuhanneswatteja sähköä tai että puolen our: n kuluessa se on tuottanut kaksi tuhanneswattia sähköä.

joten jos haluat kertoa jollekulle, kuinka paljon energiaa tuuliturbiinisi on tuottanut viime vuonna, voisit sanoa “turbiinini tuotti 400 kWh – eikö se ole siistiä?”. Tässä yhteydessä vallasta puhumisessa ei ole juurikaan järkeä. Tyypillisesti tehon vertailu olisi hyödyllistä esimerkiksi verrattaessa kahta erilaista turbiinia, jotka toimivat samoissa ympäristöolosuhteissa. Se, onko järkevää puhua tehosta tai energiantuotannosta, riippuu suuresti tilanteesta. Kuitenkin, tiedä yksikkösi-usewatts kun puhutaan tehosta ja kilo wattitunteja kun puhutaan energiasta.