geradores para aplicações de turbinas eólicas-Parte 2: Como escolher um

diferentes tipos de geradores

existem vários tipos de geradores que podem ser acoplados a pequenas turbinas eólicas: o mais importante são os tipos DC ou AC e síncronos ou assíncronos que operam com ímãs permanentes ou excitação de campo elétrico, respectivamente. A escolha depende de vários fatores, como aplicação (autônomo ou conectado à rede), tipo de carga, capacidade de fabricação, potência nominal, velocidade e custo da turbina. No entanto, todas essas máquinas elétricas são dispositivos eletromecânicos que trabalham na lei de indução eletromagnética de Faraday.

síncrono vs. assíncrono

conforme explicado na prequela deste artigo, a parte rotativa de um gerador contém algum tipo de componente que cria um campo magnético. Portanto, constitui pólos rotativos. Existem dois tipos de componentes que podem cumprir essa tarefa.

nos chamados geradores síncronos, encontraremos ímãs permanentes simples. Eles são semelhantes aos ímãs de ferradura ou ao tipo demagneto que você poderia ficar com uma geladeira. O tipo de gerador que usaOs ímãs permanentes são chamados de síncronos porque o rotor e o campo magnético giram com a mesma velocidade. Geradores síncronostem uma alta densidade de potência e baixa massa, é por isso que eles são cada vez mais usadosem aplicações de turbinas eólicas. Os desafios impostos por estes geradores são quesob o desenvolvimento extremo do calor, os ímãs permanentes podem desmagnetizar, fazendo o gerador inútil, e que não podem produzir a eletricidade com um fixedfrequency. Isto é devido à variabilidade das velocidades do vento e estesrotação de mesma velocidade. Portanto, esses geradores requerem retificação de powerconverters.

a contraparte para síncrono são assíncronosgeneradores. Eles criam um campo elétrico não usando ímãs permanentes, mas usando bobinas extra. A lei de Faraday sugere que uma corrente elétrica e um campo magnético sempre existem juntos. Isso nos permite usar um campo magnético para induziruma corrente elétrica da maneira que é detalhada aqui, mas também nos ajuda a criar um campo magnético enviando uma corrente através de uma bobina. Isso é exatamente o que os geradores assíncronos fazem. Este tipo de gerador, portanto, precisa de um powersupply especificamente para os ímãs, mas é menos propenso a danos e mightbe mais confiável do que a sua contrapartida. Além disso, tem um grau mais alto dedamping de modo que possa absorver flutuações da velocidade do rotor muito mais facilmente.

Dynamos vs. Alternadores

a principal diferença entre dínamos e alternadores éo tipo de corrente que eles produzem: os dínamos produzem uma corrente contínua (DC) enquanto os alternadores produzem uma corrente alternada (AC) que muda constantemente o flowdirection.

para uma configuração de gerador muito básica, aprendemos no prequel deste artigo que a saída de energia produzida será eletricidade CA. A peça que permite que um dínamo produza energia CC sem redesenhar completamente o conceito é chamada de comutador. Na sua forma mais simples, é basicamente um interruptor fixo que se conecta e se desconecta aos dois contatos finais diferentes do circuito de potência do gerador à medida que o eixo gira. Isso permite que o comutador altere constantemente a polaridade da Corrente de saída para que, no final, a saída seja sempre da mesma polaridade.

a principal vantagem dos dínamos que produzem corrente CC é que a maioria dos nossos dispositivos elétricos precisa de energia CC para funcionar. Isso significa que sevocê gera energia CA, você sempre precisará de um conversor de energia para usar oeletricidade em sua casa.

no entanto, os alternadores que produzem energia CA são muito mais difundidos hoje. A razão para isso é que a eletricidade CA é muito mais simplese mais eficiente para transmitir através de enormes linhas de energia. Convertendo a energia CA para extremamentealtas tensões para transporte e, em seguida, reduzindo-a a níveis utilizáveis novamente iseasy e pode ser feito sem perdas significativas de energia. O mesmo é muitodifícil fazer com correntes DC. Uma vez que chegou ao local desejadopara o consumo, a energia CA pode ser facilmente transformada em DC novamente.

padrão em energia eólica: Geradores síncronos de ímã permanente

o tipo de gerador mais usado em turbinas eólicas sãogeradores síncronos de ímã permanente. Isso ocorre porque nos últimos anos, elesganharam em atratividade devido à melhoria do desempenho e diminuição do custo.Especialmente para turbinas de acionamento direto, eles são competitivos porque podemtem números de pólos mais altos de 60 ou mais pólos em comparação com um gerador convencionalmente síncrono. Isso significa que, apesar das velocidades de rotação mais baixas, a frequência de saída de energia razoável pode ser alcançada.

durante a operação normal, os geradores de ímã permanentesão estáveis e seguros e, o mais importante, eles não precisam de um suprimento de energia adicional para que o circuito de excitação forneça um campo magnético. Isto faz thedesign e conexão elétrica muito mais simples e elimina excitationlosses do rotor que podem compor 20-30% das perdas totais do gerador. Consequentemente, a densidade de potência é alta e o gerador permanece pequeno e eficiente. Isso é atraente porque, dado que o risco de desmagnetização é tratado properalmente, promete baixo custo de vida útil e poucos problemas ou manutenção.

a curva de potência

embora possa parecer simples, a conexão entre uma turbina eólica e um genererador não é apenas uma mecânica com um eixo e uma caixa de câmbio. Para alcançar um desempenho satisfatório, as curvas de potência da turbina de vento e do gerador precisam ser combinadas.

de um modo geral, existemdiferentes tipos de potência, mas eles têm a unidade física watt. Há poder mecânico, primeiro contido no vento,depois em lâminas rotativas e, em seguida, há energia elétrica.

por um lado, a potência mecânica de rotação contida nas pás rotativas de uma turbina eólica é calculada comoa velocidade de rotação do rotor aumenta seu momento de rotação. A velocidade éessencialmente quantas vezes o eixo gira dentro de um período fixo de tempo enquanto themomentum corresponde a quanta ‘resistência’ ou momento de inércia o shaftcan virar contra. Para visualizar o momento, imagine que você vire um lápis em suamão. Se você segurá-lo frouxamente, será muito fácil fazê-lo. Se você pegar um aperto mais apertado, precisará usar mais esforço para manter o lápis girando na mesma velocidade de antes. O que acontece é que você precisa aplicar um highermomentum a ele porque seu aperto apertado parando os atos de movimento rotacionalsemelhante a um alto momento de inércia.

portanto, a potência do rotor da turbina eólica depende da velocidade de rotação e do momento atual em qualquer giventime. Claro, a potência de saída nem sempre é exatamente a mesma, no entanto. Muda significativamente à medida que a velocidade do vento aumenta ou diminui. Essas chancesfazem uma chamada curva de poder.

por outro lado, a energia Elétricaé calculado como a tensão de um dispositivo vezes sua corrente. Simplificando, o que acontece em um gerador é que ele extrai uma parte da energia contida na rotaçãopara transformá-lo em energia elétrica. Quanta energia pode ser extraídaobviosamente depende da quantidade de energia que está presente. O problema éque, por si só, um gerador não sabe quanta energia rotacional existe.O que ele pode fazer, no entanto, é obter entrada de um sensor de vento, a fim de conhecer a velocidade do Vento Presente. Graças à curva de potência da turbina, seu poder de rotação atual pode ser derivado diretamente da referida velocidade do vento. Então agora, podemos decidir comotal energia o gerador deve extrair a qualquer velocidade do vento e programá-lo para fazê-lo. Ao fazer isso, damos a ele sua própria curva de poder.

energia e potência-qual é a diferença?

um equívoco comum quando as pessoas falam sobre turbinas eólicas é que elas confundem potência com saída de energia. A diferença é a seguinte: a saída de energia nos diz quanta energia é produzidacomparado a um período de tempo específico. A produção de energia nos diz quanta energia éactualmente produzida. A unidade que é usada para indicar a saída de energia é geralmentekwh-kilo watt-hora. Uma produção de energia de um quilo de watt-hora pode significarque dentro de uma hora, um dispositivo elétrico procucou exatamente um milwatts de eletricidade ou que dentro de metade de um nosso, produziu dois milwatts de eletricidade.

então, se você quiser dizer a alguém comotal energia que sua turbina eólica produziu no ano passado, você pode dizer ” minha turbina produziu 400 kWh – isso não é legal?”. Nesse contexto, falar sobre poder faria pouco sentido. Normalmente, comparar a potência de saída seria útil paraexemplo ao comparar dois tipos diferentes de turbinas que operam sob as mesmas condições ambientais. Se faz sentido falar sobre energia OUA saída de energia depende muito da situação. No entanto, conheça suas unidades – usewatts quando se fala em energia e quilo watt-hora quando se fala em energia.