generatoare pentru aplicații de turbine eoliene – Partea 2: Cum să alegeți unul

diferite tipuri de generatoare

există mai multe tipuri de generatoare care pot fi cuplate la turbine eoliene mici: cel mai important tip DC sau AC și sincron sau asincron care funcționează cu magneți permanenți sau respectiv excitație de câmp electric. Alegerea depinde de diverși factori, cum ar fi aplicația (autonomă sau conectată la rețea), tipul de sarcină, manufacturabilitatea, puterea nominală, viteza turbinei și costul. Cu toate acestea, toate aceste mașini electrice sunt dispozitive electromecanice care funcționează pe Legea lui Faraday a inducției electromagnetice.

sincron vs.asincron

după cum se explică în prequelul acestui articol, partea rotativă a unui generator conține un fel de componentă care creează un câmp magnetic. Prin urmare, constituie poli rotativi. Există două tipuri de componente care pot îndeplini această sarcină.

în așa-numitele generatoare sincrone, vom găsimagneți permanenți simpli. Ele sunt similare cu magneți de potcoavă sau la fel demagnet pe care le-ar putea lipi la un frigider. Tipul de generator care utilizeazămagneții permanenți este denumit sincron deoarece rotorul și câmpul magnetic se rotesc cu aceeași viteză. Generatoare sincrone în mod tipicau o densitate mare de putere și o masă redusă, de aceea sunt din ce în ce mai utilizateîn aplicațiile turbinelor eoliene. Provocările impuse de aceste generatoare sunt că, în urma dezvoltării căldurii extreme, magneții permanenți pot demagnetiza, făcând generatorul inutil și că nu pot produce energie electrică cu o frecvență fixă. Acest lucru se datorează variabilității vitezei vântului șiaceeași viteză de rotație. Prin urmare, aceste generatoare necesită rectificarea puterii.convertoare.

omologul sincron sunt asincronegeneratoare. Ele creează un câmp electric care nu utilizează magneți permanenți, ci utilizează bobine suplimentare. Legea lui Faraday sugerează că un curent electric și un magneticcâmpul există întotdeauna împreună. Acest lucru ne permite să folosim un câmp magnetic pentru a induce un curent electric în modul detaliat aici, dar ne ajută, de asemenea, să creăm un câmp magnetic prin trimiterea unui curent printr-o bobină. Acesta este exactce fac generatoarele asincrone. Prin urmare, acest tip de generator are nevoie de o alimentare specială pentru magneți, dar este mai puțin predispus la deteriorare și ar putea fi mai fiabil decât omologul său. Mai mult decât atât, are un grad mai mare deîmpingere, astfel încât să poată absorbi fluctuațiile de viteză ale rotorului mult mai ușor.

dinamuri vs. Alternatoarele

principala diferență dintre dinamuri și alternatoare estetipul de curent pe care îl produc: dinamurile produc un curent continuu (DC), în timp ce alternatoarele produc un curent alternativ (AC) care schimbă constant direcția de curgere.

pentru o configurare foarte de bază a generatorului, am învățat în prequel la acest articol că puterea produsă va fi electricitate AC. Partea care permite unui dinam să producă energie DC fără a reproiecta complet conceptul se numește comutator. La cel mai simplu, este practic un comutator fix care se conectează și se deconectează la cele două contacte de capăt diferite ale circuitului de putere al generatorului pe măsură ce arborele se rotește. Acest lucru permite comutatorului să schimbe în mod constant polaritatea curentului de ieșire, astfel încât, în final, ieșirea să fie întotdeauna de aceeași polaritate.

principalul avantaj al dinamurilor care produc curent continuu estecă majoritatea dispozitivelor noastre electrice au nevoie de curent continuu pentru a funcționa. Aceasta înseamnă că dacăanalizați curent alternativ, veți avea întotdeauna nevoie de un convertor de putere pentru a utilizaelectricitate în casa dvs.

cu toate acestea, alternatoarele care produc curent alternativ sunt astăzi mai răspândite. Motivul pentru aceasta este că electricitatea AC este mult mai simplăși mai eficient pentru a transmite prin linii electrice uriașe. Conversia puterii de curent alternativ la extremtensiuni ridicate pentru transport și apoi reducerea acesteia la niveluri utilizabile din nou este ușoară și se poate face fără pierderi semnificative de putere. Același lucru este foartedificil de făcut cu curenții DC. Odată ce a ajuns la locația dorităpentru consum, puterea de curent alternativ poate fi ușor transformată din nou în DC.

Standard în energia eoliană: Generatoare sincrone cu magnet Permanent

tipul de generator cel mai utilizat în turbinele eoliene estegeneratoare sincrone cu magnet permanent. Acest lucru se datorează faptului că în ultimii ani, eiau câștigat atractivitate datorită îmbunătățirii performanței și scăderii costurilor.În special pentru turbinele cu acționare directă, acestea sunt competitive, deoarece pot avea un număr mai mare de poli de 60 sau mai mulți poli în comparație cu un generator convențional asincron. Aceasta înseamnă că, în ciuda vitezelor de rotație mai mici, pot fi obținute frecvențe de ieșire a puterii rezonabile.

în timpul funcționării normale, generatoarele cu magnet permanentsunt stabile și sigure și, cel mai important, nu au nevoie de o alimentare suplimentară pentru circuitul de excitație pentru a furniza un câmp magnetic. Acest lucru face ca proiectarea și conexiunea electrică să fie mult mai simple și elimină excitația rotoruluipierderi care pot reprezenta 20-30% din pierderile totale ale generatorului. În consecință,densitatea de putere este ridicată, iar generatorul rămâne mic și eficient. Acest lucru este atractiv deoarece, având în vedere că riscul de demagnetizare este tratat corect, promite costuri reduse pe viață și mici probleme sau întreținere.

curba de putere

deși ar putea părea simplă, legătura dintre o turbină eoliană și un generator nu este doar una mecanică cu un arbore și o cutie de viteze. Pentru a obține performanțe satisfăcătoare, curbele de putere ale turbinei eoliene și ale generatorului trebuie să fie potrivite.

în general, existădiferite tipuri de putere, dar au unitatea fizică watt. Existăputere mecanică, mai întâi conținută în vânt,apoi în lame rotative și apoi, există energie electrică.

pe de o parte, puterea mecanică rotativă conținută în lamele rotative ale unei turbine eoliene este calculată ca viteza de rotație a rotorului ori impulsul său de rotație. Viteza este în mod esențial cât de des se rotește arborele într-o perioadă fixă de timp, în timp ce tomentul corespunde cu cât de multă rezistență sau moment de inerție se poate întoarce arborele. Pentru a vizualiza impulsul, imaginați-vă că transformați un creion în dvs. mână. Dacă îl țineți liber, va fi foarte ușor să faceți acest lucru. Dacă luați atânere mai strânsă, va trebui să depuneți mai mult efort pentru a menține creionul rotindaceeași viteză ca înainte. Ce se întâmplă este că trebuie să se aplice un highermomentum să-l deoarece prindere strans oprirea mișcării de rotație actsimilar cu un moment ridicat de inerție.

deci, puterea rotorului turbinei eoliene depinde de viteza de rotație și de impulsul prezent în orice moment dat. Desigur, puterea de ieșire nu este întotdeauna exact la fel, deși. Se schimbă semnificativ pe măsură ce Viteza vântului crește sau scade. Aceste șanseface o așa-numită curbă de putere.

pe de altă parte, puterea electricăse calculează ca tensiunea unui dispozitiv ori curentul său. Pur și simplu, ceea ce se întâmplăîntr-un generator este că extrage o parte din puterea conținută în rotațieîn scopul de a-l transforma în energie electrică. Cât de multă putere poate fi extrasădepinde în mod evident de cantitatea de putere prezentă. Problema este că, de unul singur, un generator nu știe câtă putere de rotație există.Ce se poate face, cu toate acestea, este obține de intrare de la un senzor de vânt pentru a ști theprezent Viteza vântului. Datorită curbei de putere a turbinei, puterea sa rotativă actuală poate fi derivată direct din Viteza vântului menționată. Deci, acum, putem decide cât de multă putere ar trebui să extragă generatorul la orice viteză dată de vânt și să o programăm pentru a face acest lucru. Făcând asta, îi dăm propria curbă de putere.

energie și putere-care este diferența?

o concepție greșită comună atunci când oamenii vorbesc despre turbinele eoliene este că acestea confundă puterea cu producția de energie. Diferența este următoarea: puterea de ieșire ne spune câtă energie este produsăcomparativ cu o anumită perioadă de timp. Producția de energie ne spune cât de multă energie esteprodus de fapt. Unitatea care este utilizată pentru a indica producția de energie este de obiceikwh – kilo watt ore. O producție de energie de un kilogram watt oră ar putea însemna că într-o oră, un dispozitiv electric a procurat exact o mie de wați de energie electrică sau că în jumătate de al nostru, a produs două mii de wați de energie electrică.

deci, dacă doriți să spuneți cuiva cât de multă energie a produs turbina eoliană anul trecut, ați putea spune “turbina mea a produs 400 kWh-nu este grozav?”. În acest context, vorbind despre puterear avea puțin sens. De obicei, compararea puterii de ieșire ar fi utilă pentruexemplu atunci când se compară două tipuri diferite de turbine care funcționează în aceleași condiții de mediu. Indiferent dacă are sens să vorbim despre putere sauproducția de energie depinde foarte mult de situație. Cu toate acestea, cunoașteți – vă unitățile-utilizațiwatts atunci când vorbim despre putere și kilo watt ore atunci când vorbim despre energie.