generátorok szélturbina alkalmazásokhoz – 2. rész: Hogyan válasszunk egyet

különböző típusú generátorok

többféle generátor is csatlakoztatható kis szélturbinákhoz: a legfontosabb DC vagy AC típusok, valamint szinkron vagy aszinkron, amelyek állandó mágnesekkel vagy elektromos mező gerjesztéssel működnek. A választás számos tényezőtől függ, mint például az alkalmazás (önálló vagy hálózatra csatlakoztatott), a terhelés típusa, a gyárthatóság, a névleges teljesítmény, a turbina sebessége és a költség. Mindazonáltal ezek az elektromos gépek elektromechanikus eszközök, amelyek Faraday elektromágneses indukciós törvényén dolgoznak.

szinkron vs.aszinkron

amint azt a cikk előzményében kifejtettük, a generátor forgó része valamilyen komponenst tartalmaz, amely mágneses teret hoz létre. Ezért forgó pólusokat képez. Kétféle komponens van, amely képes teljesíteni ezt a feladatot.

az úgynevezett szinkron generátorokban egyszerű állandó mágneseket fogunk találni. Hasonlóak a patkómágnesekhez vagy a fajtáhozmágnes, amelyet a hűtőszekrényhez ragaszkodhat. Az állandó mágneseket használó generátor típusát szinkronnak nevezik, mivel a rotor és a mágneses mező azonos sebességgel forog. A szinkrongenerátorok jellemzően nagy teljesítménysűrűséggel és kis tömeggel rendelkeznek, ezért egyre gyakrabban használják őket szélturbina alkalmazásokban. E generátorok által támasztott kihívások az, hogy a szélsőséges hőfejlődés során az állandó mágnesek demagnetizálhatnak, használhatatlanná téve a generátort, és hogy nem tudnak rögzített frekvenciával villamos energiát előállítani. Ennek oka a szélsebesség változékonysága ésugyanolyan sebességű forgás. Ezért ezek a generátorok egyenirányító áramátalakítókat igényelnek.

a szinkron párja aszinkrongenerátorok. Elektromos mezőt hoznak létre, nem állandó mágneseket használva, hanem használvaextra tekercsek. Faraday törvénye szerint az elektromos áram és a mágneses mező mindig együtt léteznek. Ez lehetővé teszi számunkra, hogy mágneses mezőt használjunk az indukcióhozelektromos áram az itt részletezett módon, de segít abban is, hogy mágneses mezőt hozzunk létre azáltal, hogy áramot küldünk egy tekercsen keresztül. Pontosan ezt csinálják az aszinkron generátorok. Ez a fajta generátor ezért szüksége van egy powersupply kifejezetten a mágnesek, de ez kevésbé hajlamos a kár, és mightbe megbízhatóbb, mint a megfelelője. Sőt, ez egy magasabb fokú ofdamping úgy, hogy képes elnyelni rotor fordulatszám ingadozások sokkal könnyebben.

dinamók vs. Generátorok

a fő különbség a dinamók és a generátorok között az általuk előállított áram típusa: a dinamók egyenáramot (DC) termelnek, míg az alternatívák váltakozó áramot (AC) termelnek, amely folyamatosan megváltoztatja az áramlási irányt.

egy nagyon alapvető generátor beállításhoz a cikk előzményében megtanultuk, hogy az előállított teljesítmény váltakozó áramú villamos energia lesz. Azt a részt, amely lehetővé teszi a dinamó számára, hogy egyenáramot állítson elő a koncepció teljes újratervezése nélkül, kommutátornak nevezzük. A legegyszerűbb, ez alapvetően egy fix kapcsoló, amely összeköti és leválasztja a generátor áramkörének két különböző végérintkezőjét, amikor a tengely megfordul. Ez lehetővé teszi a kommutátor számára, hogy folyamatosan változtassa meg a kimeneti áram polaritását úgy, hogy végül a kimenet mindig azonos polaritású legyen.

az egyenáramot előállító dinamók fő előnye, hogy a legtöbb elektromos készülékünknek egyenáramra van szüksége a működéshez. Ez azt jelenti, hogy haha váltakozó áramot termel, akkor mindig szüksége lesz egy átalakítóra a villamos energia otthonában.

Mindazonáltal a váltakozó áramú generátorok ma még elterjedtebbek. Ennek oka az, hogy az AC villamos energia sokkal egyszerűbbés hatékonyabb a hatalmas távvezetékeken keresztül történő továbbítás. A váltóáram átalakítása rendkívül magas feszültségekké a szállításhoz, majd újra használható szintre történő csökkentése egyszerű és jelentős energiaveszteségek nélkül is elvégezhető. Ugyanez nagyonnehéz a DC áramokkal. Miután megérkezett a kívánt helyrea fogyasztáshoz a váltakozó áram könnyen átalakítható EGYENÁRAMÚVÁ.

szélenergia szabvány: Állandó mágneses szinkron generátorok

a szélturbinákban leggyakrabban használt generátor típusaaz állandó mágneses szinkron generátorok. Ez azért van, mert az utóbbi években a teljesítmény javulása és a költségek csökkenése miatt vonzóbbá váltak.Különösen a közvetlen meghajtású turbinák esetében versenyképesek, mert nagyobb pólusszámuk lehet 60 vagy több pólus, mint egy hagyományosan szinkronizált generátorhoz képest. Ez azt jelenti, hogy az alacsonyabb forgási sebesség ellenére areasandable teljesítmény Kimeneti frekvencia érhető el.

normál működés közben az állandó mágneses generátorok stabilak és biztonságosak, és ami a legfontosabb, hogy nincs szükségük további tápellátásra a gerjesztő áramkör számára a mágneses mező biztosításához. Ez sokkal egyszerűbbé teszi a tervezést és az elektromos csatlakozást, és kiküszöböli a rotor gerjesztési veszteségeit, amelyek a teljes generátor veszteség 20-30% – át tehetik ki. Következésképpen a teljesítménysűrűség magas, és a generátor kicsi és hatékony marad. Ez azért vonzó, mert tekintettel arra, hogy a demagnetizáció kockázatát megfelelően kezelik, alacsony élettartamköltséget, kevés problémát vagy karbantartást ígér.

a teljesítménygörbe

bár egyszerűnek tűnhet, a szélturbina és a generátorkapcsolata nem csak egy mechanikus, egy tengellyel és egy sebességváltóval. A kielégítő teljesítmény elérése érdekében a szélturbina és a generátor teljesítménygörbéit össze kell hangolni.

Általánosságban elmondható, hogy vannakkülönböző típusú teljesítmény, de a fizikai egység watt. Vanmechanikai teljesítmény, először a szélben, majd a forgó pengékben, majd az elektromos áramban.

egyrészt a szélturbina forgó lapátjaiban található rotationalmechanikai teljesítményt úgy számítják ki, hogy a rotor forgási sebessége szorozza meg a forgási lendületet. A sebesség lényegében az, hogy a tengely milyen gyakran fordul meg egy meghatározott időn belül, miközben a pillanat megfelel annak, hogy a tengely mekkora ellenállással vagy tehetetlenségi nyomatékkal fordulhat. A lendület megjelenítéséhez képzelje el, hogy egy ceruzát fordítkézzel. Ha lazán tartja, nagyon könnyű lesz ezt megtenni. Ha a szorosabb markolat, akkor több erőfeszítést kell tennie annak érdekében, hogy a ceruza forogjonugyanolyan sebességgel, mint korábban. Ami történik, hogy magasabbra kell alkalmaznodpillanat rá, mert a szoros markolat megállítja a forgási mozgásthasonlóan a nagy tehetetlenségi nyomatékhoz.

tehát a szélturbina forgórészének teljesítménykimenete függ a forgási sebességtől és a jelenlegi lendülettől bármely adott időpontban. Természetesen a teljesítmény nem mindig pontosan ugyanaz, bár. A szélsebesség növekedésével vagy csökkenésével jelentősen megváltozik. Ezek az esélyekegy úgynevezett teljesítménygörbét alkotnak.

másrészt az elektromos áramaz eszköz feszültségének az áramának szorzataként számítják ki. Egyszerűen fogalmazva, ami egy generátorban történik, az az, hogy kivonja a forgásban lévő teljesítmény egy részét annak érdekében, hogy elektromos energiává alakítsa. Mennyi energiát lehet kivonninyilvánvalóan a jelen lévő teljesítmény mennyiségétől függ. A probléma az, hogy önmagában a generátor nem tudja, mennyi forgási teljesítmény van.Mit tehet azonban, hogy bemenetet kap egy szélérzékelőtől, hogy megismerje a jelenlegi szélsebességet. A turbina teljesítménygörbéjének köszönhetően a jelenlegi forgásaa teljesítmény közvetlenül az említett szélsebességből származhat. Tehát most eldönthetjük, hogy a generátor mennyi energiát nyerjen ki egy adott szélsebesség mellett, és programozhatjuk erre. Ezzel megadjuk a saját teljesítménygörbéjét.

Energia és teljesítmény-mi a különbség?

általános tévhit, amikor az emberek a szélturbinákról beszélnek, hogy összekeverik az energiát az energiatermeléssel. A különbség a következő: a teljesítmény azt jelzi, hogy mennyi energiát állítanak elő egy adott időszakhoz képest. Az energiatermelés megmutatja, hogy mennyi energia vanvalójában előállított. Az energiatermelés jelzésére használt egység általábankwh-kilo watt óra. Egy kiló wattóra energiatermelés azt jelenthetihogy egy órán belül egy elektromos eszköz pontosan ezer watt villamos energiát termelt, vagy hogy fél órán belül két ezer watt villamos energiát termelt.

tehát, ha el akarja mondani valakinek, hogy mennyi energiát termelt a szélturbinája tavaly, akkor azt mondhatja: “a turbinám 400 kWh-t termelt – nem klassz?”. Ebben az összefüggésben a hatalomrólkevés értelme lenne. Általában hasznos lenne a teljesítmény összehasonlításapéldául, ha összehasonlítanánk két különböző típusú turbinát, amelyek ugyanazon környezeti feltételek mellett működnek. Van-e értelme beszélni a hatalomról vagyaz energiatermelés nagymértékben függ a helyzettől. Ennek ellenére Ismerje meg egységeit-használja a wattot, amikor teljesítményről beszél, kilo watt órát, amikor energiáról beszél.