typy generátorů větrných turbín
větrná turbína se skládá ze dvou hlavních komponent a když jsme se podívali na jednu z nich, návrh lopatky rotoru v předchozím tutoriálu, nyní se můžeme podívat na druhou, generátor větrných turbín nebo WTG, což je elektrický stroj používaný k výrobě elektřiny. Elektrický generátor s nízkými otáčkami se používá k přeměně mechanické rotační síly produkované energií větrů na použitelnou elektřinu pro zásobování našich domovů a je jádrem jakéhokoli systému větrné energie.
přeměna rotačního mechanického výkonu generovaného lopatkami rotoru (známého jako hlavní tahač) na užitečnou elektrickou energii pro použití v domácích energetických a osvětlovacích aplikacích nebo pro nabíjení baterií může být provedena některým z následujících hlavních typů rotačních elektrických strojů běžně používaných v systémech generujících větrnou energii:
- 1. Stejnosměrný proud (DC ) stroj, také známý jako Dynamo
- 2. Střídavý proud ( AC ) synchronní stroj, také známý jako střídavý generátor
- 3. Střídavý proud (AC ) indukční stroj, také známý jako alternátor
všechny tyto elektrické stroje jsou elektromechanická zařízení, která pracují na Faradayově zákoně elektromagnetické indukce. To znamená, že pracují prostřednictvím interakce magnetického toku a elektrického proudu nebo toku náboje. Protože je tento proces reverzibilní, může být stejný stroj použit jako běžný elektrický motor pro přeměnu elektrické energie na mechanickou energii nebo jako generátor, který převádí mechanickou energii zpět na elektrickou energii.
elektrický stroj nejčastěji používaný pro aplikace větrných turbín jsou ty, které fungují jako generátory, přičemž synchronní generátor a indukční generátor (jak je znázorněno) se běžně používají ve větších systémech generátorů větrných turbín. Obvykle menší nebo domácí větrné turbíny mají tendenci používat nízkorychlostní stejnosměrný generátor s permanentním magnetem nebo Dynamo, protože jsou malé, levné a mnohem jednodušší připojení.
takže je rozdíl, jaký typ elektrického generátoru můžeme použít k výrobě větrné energie. Jednoduchá odpověď je ano i ne, protože vše závisí na typu systému a aplikace, kterou chcete. Nízkonapěťový stejnosměrný výstup z generátoru nebo staršího Dynama lze použít k nabíjení baterií, zatímco vyšší sinusový výstup střídavého proudu z alternátoru lze připojit přímo k místní síti.
výstupní napětí a spotřeba energie závisí zcela na spotřebičích, které máte, a na tom, jak je chcete používat. Kromě toho, umístění generátoru větrné turbíny, by větrný zdroj udržoval neustále rotující po dlouhou dobu nebo by rychlost generátoru, a proto by se jeho výkon měnil nahoru a dolů s kolísáním dostupného větru.
Výroba elektřiny
generátor větrné turbíny je to, co dělá vaši elektřinu přeměnou mechanické energie na elektrickou energii. Pojďme si to ujasnit, nevytvářejí energii ani neprodukují více elektrické energie, než je množství mechanické energie používané k otáčení lopatek rotoru. Čím větší je „zatížení“ nebo elektrická poptávka na generátoru, tím více mechanické síly je zapotřebí k otáčení rotoru. To je důvod, proč generátory přicházejí v různých velikostech a produkují různé množství elektřiny.
v případě „generátoru větrné turbíny“ vítr tlačí přímo proti lopatkám turbíny, což přeměňuje lineární pohyb větru na rotační pohyb nezbytný k otáčení rotoru generátorů a čím tvrdší vítr tlačí, tím více elektrické energie může být generováno. Pak je důležité mít dobrou konstrukci lopatek větrné turbíny, aby se z větru získalo co nejvíce energie.
všechny generátory elektrických turbín pracují kvůli účinkům pohybu magnetického pole kolem elektrické cívky. Když elektrony protékají elektrickou cívkou, kolem ní se vytvoří magnetické pole. Podobně, když se magnetické pole pohybuje kolem cívky drátu, v cívce je indukováno napětí, jak je definováno Faradayovým zákonem magnetické indukce způsobujícím tok elektronů.
jednoduchý generátor využívající magnetickou indukci
pak můžeme vidět, že pohybem magnetu kolem jediné smyčky drátu je v drátěné smyčce indukováno napětí známé jako a emf (elektro-hnací síla) v důsledku magnetického pole magnetu.
jako napětí je indukováno přes drátěnou smyčku, elektrický proud ve formě toku elektronů začne proudit kolem smyčky generující elektřinu.
ale co když místo jedné jednotlivé smyčky drátu, jak je znázorněno, jsme měli mnoho smyček navinutých dohromady na stejném bývalém, abychom vytvořili cívku drátu, mnohem více napětí, a proto by mohl být generován proud pro stejné množství magnetického toku.
je to proto, že magnetický tok prochází více drátem a vytváří větší emf a to je základní princip Faradayova zákona elektromagnetické indukce a střídavý generátor používá tento princip k přeměně mechanické energie, jako je rotace z větrné turbíny nebo vodní turbíny, na elektrickou energii produkující sinusový průběh.
takže vidíme, že existují tři hlavní požadavky na výrobu elektrické energie a to jsou:
- cívka nebo sada vodičů
- systém magnetického pole
- relativní pohyb mezi vodiči a polem
pak čím rychleji se cívka drátu otáčí, tím větší je rychlost změny, kterou je magnetický tok řezán cívkou a tím větší je indukovaný emf uvnitř cívky. Podobně, pokud je magnetické pole silnější, indukovaný emf se zvýší o stejnou rychlost otáčení. Tedy: indukovaný emf Φ Φ * n. kde: „Φ „je tok magnetického pole a“ n “ je rychlost otáčení. Také polarita generovaného napětí závisí na směru magnetických linií toku a směru pohybu vodiče.
existují dva základní typy elektrického generátoru a alternátoru: generátor s permanentním magnetem a generátor vinutého pole s oběma typy sestávajícími ze dvou hlavních částí: statoru a rotoru.
stator je „stacionární“ (odtud jeho název) část stroje a může mít v rámci své konstrukce buď sadu elektrických vinutí produkujících elektromagnet, nebo sadu permanentních magnetů. Rotor je část stroje, která se „otáčí“. Rotor může mít opět výstupní cívky, které se otáčejí nebo permanentní magnety. Obecně, generátory a alternátory používané pro generátory větrných turbín jsou definovány tím, jak vytvářejí svůj magnetismus, buď elektromagnety nebo permanentní magnety.
neexistují žádné skutečné výhody a nevýhody obou typů. Většina obytných generátorů větrných turbín na trhu používá permanentní magnety v konstrukci turbínového generátoru, a který vytváří požadované magnetické pole s rotací stroje, i když někteří používají elektromagnetické cívky.
tyto magnety s vysokou pevností jsou obvykle vyrobeny z materiálů vzácných zemin, jako je neodymové železo (NdFe) nebo samarium kobalt (SmCo), což eliminuje potřebu polních vinutí poskytovat konstantní magnetické pole, což vede k jednodušší a robustnější konstrukci.
vinutí vinutého pole mají tu výhodu, že odpovídají jejich magnetismu (a tedy výkonu) s proměnlivou rychlostí větru, ale vyžadují externí zdroj energie pro generování požadovaného magnetického pole.
nyní víme, že elektrický generátor poskytuje prostředek přeměny energie mezi mechanickým točivým momentem generovaným lopatkami rotoru, nazývaným hlavní tahač, a určitým elektrickým zatížením.
mechanické spojení generátoru větrné turbíny s lopatkami rotoru se provádí přes hlavní hřídel, která může být buď jednoduchým přímým pohonem, nebo pomocí převodovky ke zvýšení nebo snížení otáček generátoru vzhledem k otáčkám lopatek.
použití převodovky umožňuje lepší přizpůsobení otáček generátoru otáčkám turbíny, ale nevýhodou použití převodovky je to, že jako mechanická součást je vystavena opotřebení, což snižuje účinnost systému. Přímý pohon však může být jednodušší a efektivnější, ale hřídel rotoru generátorů a ložiska jsou vystaveny plné hmotnosti a rotační síle lopatek rotoru.
křivka výkonu generátoru větrné turbíny
takže typ generátoru větrné turbíny potřebný pro konkrétní místo závisí na energii obsažené ve větru a vlastnostech samotného elektrického stroje. Všechny větrné turbíny mají určité vlastnosti související s rychlostí větru.
generátor (nebo alternátor) nebude produkovat výstupní výkon, dokud jeho rychlost otáčení nebude vyšší než jeho mezní rychlost větru, kde síla větru na lopatkách rotoru stačí k překonání tření a lopatky rotoru se dostatečně zrychlí, aby generátor mohl začít produkovat využitelný výkon.
nad touto mezní rychlostí by měl generátor generovat výkon úměrný rychlosti větru krychlové (k. V3), dokud nedosáhne svého maximálního jmenovitého výkonu, jak je znázorněno.
nad touto jmenovitou rychlostí se zatížení větru na lopatkách rotoru blíží maximální síle elektrického stroje a generátor bude produkovat svůj maximální nebo jmenovitý výkon, jakmile bude dosaženo okna jmenovité rychlosti větru.
pokud se Rychlost větru stále zvyšuje, generátor větrné turbíny by se zastavil ve svém výřezu, aby se zabránilo mechanickému a elektrickému poškození, což by vedlo k nulové výrobě elektrické energie. Použití brzdy k zastavení generátoru pro samotné poškození může být buď mechanický regulátor nebo elektrický snímač rychlosti.
nákup generátoru větrné turbíny, jako je ekologický 400 wattový generátor větrné turbíny pro nabíjení baterie, není snadný a je třeba vzít v úvahu mnoho faktorů. Cena je jen jedna z nich. Nezapomeňte si vybrat elektrický stroj, který vyhovuje vašim potřebám. Pokud instalujete systém připojený k síti, zvolte generátor střídavého síťového napětí.
pokud máte v úmyslu nainstalovat systém založený na bateriích, vyhledejte stejnosměrný generátor nabíjející baterii. Zvažte také mechanickou konstrukci generátoru, jako je velikost a hmotnost, provozní rychlost a ochrana před okolím, protože stráví celý svůj život namontovaný na vrcholu sloupu nebo věže.
v dalším tutoriálu o generátorech větrných turbín se podíváme na stejnosměrné stroje a jak můžeme použít generátor PMDC k výrobě elektřiny z síly větru. Chcete-li se dozvědět více o „generátorech větrných turbín“, nebo získat více informací o větrné energii o různých dostupných systémech generování větrných turbín, nebo prozkoumat výhody a nevýhody větrné energie, kliknutím sem získáte kopii jednoho z nejlepších „průvodců větrných turbín“ dnes přímo z Amazonu.