Generators for Wind Turbine Applications-Part 2: How to Pick One

verschillende typen generatoren

er zijn verschillende typen generatoren die kunnen worden gekoppeld aan kleine windturbines: het belangrijkste zijn gelijkstroom-of WISSELSTROOMTYPEN en synchrone of asynchrone generatoren die werken met respectievelijk permanente magneten of elektrische veldexcitatie. De keuze is afhankelijk van verschillende factoren, zoals de toepassing (stand-alone of net aangesloten), type belasting, maakbaarheid, nominaal vermogen, turbinesnelheid en kosten. Toch zijn al deze elektrische machines elektromechanische apparaten die werken op Faraday ‘ s wet van elektromagnetische inductie.

synchroon Versus asynchroon

zoals uitgelegd in de prequel bij dit artikel, bevat het roterende deel van een generator een soort component die een magnetisch veld creëert. Daarom vormt het roterende Polen. Er zijn twee soorten componenten die deze taak kunnen vervullen.

In zogenaamde synchrone generatoren zullen we eenvoudige permanente magneten vinden. Ze lijken op hoefijzermagneten of op het soort magneet dat je aan een koelkast zou kunnen plakken. Het type generator dat gebruik maakt vanpermanente magneten wordt synchroon genoemd omdat de rotor en het magnetisch veld met dezelfde snelheid draaien. Synchrone generatoren hebben doorgaans een hoge vermogensdichtheid en een lage massa, daarom worden ze steeds meer gebruikt in windturbinetoepassingen. Uitdagingen die door deze generatoren worden opgelegd, is dat onder extreme warmteontwikkeling, de permanente magneten kunnen demagnetiseren, waardoor de generator nutteloos wordt, en dat ze geen elektriciteit kunnen produceren met een vaste frequentie. Dit komt door de variabiliteit van de windsnelheden en de rotatie met dezelfde snelheid. Daarom hebben deze generatoren rectificerende powerconverters nodig.

de tegenhanger van synchrone zijn asynchrone generatoren. Ze creëren een elektrisch veld niet met behulp van permanente magneten, maar met behulp van extra spoelen. Faraday ‘ s wet suggereert dat een elektrische stroom en een magnetisch veld altijd samen bestaan. Dit stelt ons in staat om een magnetisch veld te gebruiken om elektrische stroom te induceren op de manier zoals hier beschreven, maar het helpt ons ook om een magnetisch veld te creëren door een stroom door een spoel te sturen. Dit is precies wat asynchrone generatoren doen. Dit soort generator heeft daarom een voeding nodig die specifiek voor de magneten is, maar is minder gevoelig voor schade en kan betrouwbaarder zijn dan zijn tegenhanger. Bovendien heeft het een hogere mate vandamping, zodat het rotorsnelheid schommelingen veel gemakkelijker kan absorberen.

Dynamo ‘ s vs. Dynamo ‘s

het belangrijkste verschil tussen Dynamo’ s en dynamo ‘s is het soort stroom dat zij produceren: dynamo’ s produceren een gelijkstroom (gelijkstroom), terwijl alternatoren een wisselstroom (wisselstroom) produceren die voortdurend van stroomrichting verandert.

voor een zeer eenvoudige generatoropstelling hebben we in de prequel bij dit artikel geleerd dat het geproduceerde vermogen AC-elektriciteit zal zijn. Het onderdeel dat een dynamo in staat stelt om gelijkstroom te produceren zonder het concept volledig opnieuw te ontwerpen, wordt een commutator genoemd. Op zijn eenvoudigste, het is in feite een vaste schakelaar die verbindt en loskoppelt met de twee verschillende eindcontacten van het stroomcircuit van de generator als de as draait. Hierdoor kan de commutator constant de polariteit van de uitgangsstroom veranderen zodat de output uiteindelijk altijd van dezelfde polariteit is.

het belangrijkste voordeel van Dynamo ‘ s die gelijkstroom produceren, is dat de meeste van onze Elektrische Apparaten gelijkstroom nodig hebben om te kunnen functioneren. Dit betekent dat als u netstroom genereert, u altijd een stroomomvormer nodig hebt om de elektriciteit in uw huis te gebruiken.

toch zijn wisselstroomgeneratoren tegenwoordig wijdverbreid. De reden hiervoor is dat AC-elektriciteit veel eenvoudiger en efficiënter kan worden getransporteerd via enorme hoogspanningslijnen. Het omzetten van wisselstroom naar extreem hoge spanningen voor transport en vervolgens het terugbrengen naar bruikbare niveaus is eenvoudig en kan worden gedaan zonder significante stroomverliezen. Hetzelfde is zeer moeilijk te doen met DC stromen. Zodra het op de gewenste plaats voor verbruik is aangekomen, kan de wisselstroom gemakkelijk opnieuw worden omgezet in DC.

standaard in windenergie: Permanente magneet synchrone generatoren

het type generator dat het meest wordt gebruikt in windturbines zijn de permanente magneet synchrone generatoren. Dit komt omdat ze de afgelopen jaren aantrekkelijker zijn geworden door betere prestaties en lagere kosten.Vooral voor direct-drive turbines, ze zijn concurrerend omdat ze kunnen hebben hogere Polen nummers van 60 of meer Polen in vergelijking met een conventioneel zou asynchrone generator. Dit betekent dat ondanks lagere rotatiesnelheden, een redelijke vermogensoutputfrequentie kan worden bereikt.

bij normaal bedrijf zijn permanente magneetgeneratoren stabiel en veilig en het belangrijkste is dat ze geen extra voeding nodig hebben voor het excitatiecircuit om een magnetisch veld te leveren. Dit maakt het ontwerp en de elektrische aansluiting veel eenvoudiger en elimineert rotor excitationlosses die kunnen maken 20-30% van de totale generator verliezen. Daardoor is de vermogensdichtheid hoog en blijft de generator klein en efficiënt. Dit is aantrekkelijk omdat het risico van demagnetisatie goed wordt aangepakt, het belooft lage levensduurkosten en weinig problemen of onderhoud.

de vermogenscurve

hoewel het eenvoudig lijkt, is de verbinding tussen een windturbine en een generator niet alleen een mechanische verbinding met een as en een versnellingsbak. Om bevredigende prestaties te bereiken, moeten de windturbine en de vermogenscurven van de generator worden afgestemd.

in het algemeen zijn er verschillende soorten vermogen, maar ze hebben de fysieke eenheid watt. Er is mechanische kracht, eerst opgenomen in de wind, dan in roterende bladen en dan is er elektrische kracht.

enerzijds wordt het rotatiemechanische vermogen in de roterende bladen van een windturbine berekend als de rotatiesnelheid van de rotor maal zijn rotatiemoment. De snelheid is essentieel hoe vaak de as binnen een bepaalde tijdsperiode draait, terwijl hetomentum overeenkomt met hoeveel ‘weerstand’ of Traagheidsmoment de AS tegen kan draaien. Om het momentum te visualiseren, stel je voor dat je een potlood in je hand draait. Als je het losjes vasthoudt, zal het heel gemakkelijk zijn om dit te doen. Als je een betere grip neemt, moet je meer moeite doen om het potlood op dezelfde snelheid te laten draaien als voorheen. Wat er gebeurt is dat je nodig hebt om een hogermomentum toe te passen op het omdat uw strakke grip stoppen van de rotatiebeweging werkt vergelijkbaar met een hoog moment van inertie.

het vermogen van de windturbine rotor hangt dus af van de rotatiesnelheid en van de huidige momentum op elk gegeven moment. Natuurlijk, het vermogen is niet altijd precies hetzelfde, hoewel. Het verandert aanzienlijk als de windsnelheid toeneemt of afneemt. Deze kansen vormen een zogenaamde machtscurve.

daarentegen wordt het elektrische vermogen berekend als de spanning van een apparaat maal de stroom. Simpel gezegd, wat er gebeurt in een generator is dat het haalt een deel van de macht in rotatie om het te transformeren in elektrische energie. Hoeveel macht kan worden geëxtraheerd hangt af van de hoeveelheid van de macht die aanwezig is. Het probleem is dat een generator op zichzelf niet weet hoeveel rotatievermogen er is.Wat het wel kan doen, is input krijgen van een windsensor om de huidige windsnelheid te kennen. Dankzij de krachtcurve van de turbine kan het huidige rotatievermogen direct worden afgeleid van de genoemde windsnelheid. Dus nu, kunnen we beslissen hoeveel macht de generator moet halen bij een bepaalde windsnelheid en programmeren om dit te doen. Door dat te doen, geven we het zijn eigen krachtcurve.

energie en vermogen-Wat is het verschil?

een veelvoorkomende misvatting wanneer mensen spreken over windturbines is dat ze energie verwarren met energieproductie. Het verschil is het volgende: Het uitgangsvermogen vertelt ons hoeveel energie wordt geproduceerd in vergelijking met een specifieke periode. Energie-output vertelt ons hoeveel energie er daadwerkelijk wordt geproduceerd. De eenheid die wordt gebruikt om de energie – output aan te geven is meestal kWh-kilo watt uur. Een energieproductie van een kilo wattuur zou kunnen betekenen dat binnen een uur een elektrisch apparaat precies een duizendwatt elektriciteit heeft geproduceerd of dat het binnen een half uur tweeduizendwatt elektriciteit heeft geproduceerd.

dus als je iemand wilt vertellen hoeveel energie je windturbine vorig jaar heeft geproduceerd, zou je kunnen zeggen: “mijn turbine heeft 400 kWh geproduceerd – is dat niet cool?”. In deze context zou praten over macht weinig zin hebben. Typisch, het vergelijken van het uitgangsvermogen zou nuttig zijnvoorvoorbeeld bij het vergelijken van twee verschillende soorten turbines die werken onder dezelfde omgevingsomstandigheden. Of het zinvol is om te praten over macht of energieproductie hangt sterk af van de situatie. Niettemin, Ken uw eenheden-gebruik Watts wanneer het over macht en kilo watt uren wanneer het over energie.