Windturbinengenerator

Arten von Windturbinengenerator

Eine Windkraftanlage besteht aus zwei Hauptkomponenten und nachdem wir uns eine davon angesehen haben, das Rotorblattdesign im vorherigen Tutorial, können wir uns jetzt die andere ansehen, den Windturbinengenerator oder WTGS, die elektrische Maschine, mit der der Strom erzeugt wird. Ein elektrischer Generator mit niedriger Drehzahl wird zur Umwandlung der von der Windenergie erzeugten mechanischen Rotationsleistung in nutzbaren Strom zur Versorgung unserer Häuser verwendet und ist das Herzstück jeder Windenergieanlage.

Die Umwandlung der von den Rotorblättern erzeugten mechanischen Rotationsleistung (bekannt als Antriebsmaschine) in nützliche elektrische Leistung zur Verwendung in Haushaltsstrom- und Beleuchtungsanwendungen oder zum Laden von Batterien kann durch eine der folgenden Haupttypen von elektrischen Rotationsmaschinen erfolgen, die üblicherweise in Windenergieanlagen verwendet werden:

• 1. Die Gleichstrommaschine (DC), auch bekannt als Dynamo
• 2. Die Wechselstrom (AC) Synchron maschine, auch bekannt als eine AC Generator
• 3. Die Wechselstrom (AC) -Induktionsmaschine, auch als Lichtmaschine bekannt

Alle diese elektrischen Maschinen sind elektromechanische Geräte, die nach dem Faradayschen Gesetz der elektromagnetischen Induktion arbeiten. Das heißt, sie arbeiten durch die Wechselwirkung eines magnetischen Flusses und eines elektrischen Stroms oder Ladungsflusses. Da dieser Vorgang reversibel ist, kann dieselbe Maschine als herkömmlicher Elektromotor zur Umwandlung der elektrischen Leistung in mechanische Leistung oder als Generator zur Umwandlung der mechanischen Leistung in elektrische Leistung verwendet werden.

Die elektrische maschine am häufigsten verwendet für wind turbinen anwendungen sind diejenigen, die als generatoren, mit die synchron generator und die induktion generator (wie gezeigt) wird häufig verwendet in größere wind turbine generator systeme. Normalerweise neigen die kleineren oder hausgemachten Windturbinen dazu, einen Permanentmagnet-Gleichstromgenerator oder Dynamo mit niedriger Geschwindigkeit zu verwenden, da sie klein, billig und viel einfacher anzuschließen sind.

Es macht also einen Unterschied, mit welcher Art von elektrischem Generator wir Windkraft erzeugen können. Die einfache Antwort lautet Ja und Nein, da alles von der Art des gewünschten Systems und der gewünschten Anwendung abhängt. Der Niederspannungs-Gleichstromausgang eines Generators oder eines älteren Dynamos kann zum Laden von Batterien verwendet werden, während der höhere sinusförmige Wechselstromausgang eines Generators direkt an das lokale Stromnetz angeschlossen werden kann.

Außerdem hängt die Ausgangsspannung und der Strombedarf vollständig von den Geräten ab, die Sie haben und wie Sie sie verwenden möchten. Darüber hinaus würde der Standort des Windturbinengenerators die Windressource für lange Zeiträume konstant rotieren lassen oder würde die Generatordrehzahl und damit seine Leistung mit Variationen des verfügbaren Windes auf und ab variieren.

Stromerzeugung

Ein Windturbinengenerator erzeugt Ihren Strom, indem er mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt. Seien wir hier klar, sie erzeugen keine Energie oder produzieren mehr elektrische Energie als die Menge an mechanischer Energie, die zum Drehen der Rotorblätter verwendet wird. Je größer die „Last“ oder elektrische Anforderung an den Generator ist, desto mehr mechanische Kraft ist erforderlich, um den Rotor zu drehen. Aus diesem Grund gibt es Generatoren in verschiedenen Größen und produzieren unterschiedliche Strommengen.

Bei einem „Windturbinengenerator“ drückt der Wind direkt gegen die Schaufeln der Turbine, wodurch die lineare Bewegung des Windes in die Drehbewegung umgewandelt wird, die zum Drehen des Generatorrotors erforderlich ist, und je stärker der Wind drückt, desto mehr elektrische Energie kann erzeugt werden. Dann ist es wichtig, ein gutes Windturbinenblattdesign zu haben, um so viel Energie wie möglich aus dem Wind zu gewinnen.

Alle elektrischen Turbinengeneratoren arbeiten aufgrund der Auswirkungen der Bewegung eines Magnetfelds an einer elektrischen Spule vorbei. Wenn Elektronen durch eine elektrische Spule fließen, wird ein Magnetfeld um sie herum erzeugt. Ebenso wird, wenn sich ein Magnetfeld an einer Drahtspule vorbeibewegt, eine Spannung in der Spule induziert, wie sie durch das Faradaysche Gesetz der magnetischen Induktion definiert ist, wodurch Elektronen fließen.

Einfacher Generator mit magnetischer Induktion

Dann können wir sehen, dass durch Bewegen eines Magneten an einer einzelnen Drahtschleife vorbei eine Spannung, die als emk (Electro-Motive Force) bekannt ist, aufgrund des Magnetfelds des Magneten innerhalb der Drahtschleife induziert wird.

Wenn eine Spannung über die Drahtschleife induziert wird, beginnt ein elektrischer Strom in Form eines Elektronenflusses um die Schleife zu fließen, der Elektrizität erzeugt.

Aber was wäre, wenn anstelle einer einzelnen Drahtschleife, wie gezeigt, viele Schleifen auf demselben Former zu einer Drahtspule zusammengewickelt wären, viel mehr Spannung und damit Strom für die gleiche Menge an magnetischem Fluss erzeugt werden könnte.

Dies liegt daran, dass der magnetische Fluss über mehr Draht schneidet und eine größere EMK erzeugt, und dies ist das Grundprinzip des Faradayschen Gesetzes der elektromagnetischen Induktion, und ein Wechselstromgenerator verwendet dieses Prinzip, um eine mechanische Energie wie die Rotation von einer Windturbine oder Wasserturbine in elektrische Energie umzuwandeln, die eine sinusförmige Wellenform erzeugt.

Wir können also sehen, dass es drei Hauptanforderungen für die Stromerzeugung gibt, und diese sind:

• Eine Spule oder ein Satz von Leitern
• Ein Magnetfeldsystem
• Relativbewegung zwischen den Leitern und dem Feld

Je schneller sich die Drahtspule dreht, desto größer ist die Änderungsrate, mit der der magnetische Fluss von der Spule geschnitten wird, und desto größer ist die induzierte EMK innerhalb der Spule. In ähnlicher Weise, wenn das Magnetfeld stärker gemacht wird, wird die induzierte emk für die gleiche Drehzahl zunehmen. Also: Induzierte emk ∝ Φ * n. Wobei: „Φ“ der Magnetfeldfluss und „n“ die Rotationsgeschwindigkeit ist. Die Polarität der erzeugten Spannung hängt auch von der Richtung der magnetischen Flusslinien und der Bewegungsrichtung des Leiters ab.

Es gibt zwei Grundtypen von elektrischen Generatoren und Generatoren: den Permanentmagnetgenerator und den Wickelfelderzeuger, wobei beide Typen aus zwei Hauptteilen bestehen: dem Stator und dem Rotor.

Der Stator ist der „stationäre“ (daher der Name) Teil der Maschine und kann entweder einen Satz elektrischer Wicklungen haben, die einen Elektromagneten erzeugen, oder einen Satz Permanentmagnete in seinem Design. Der Rotor ist der Teil der Maschine, der sich „dreht“. Auch hier kann der Rotor rotierende Ausgangsspulen oder Permanentmagnete aufweisen. Im Allgemeinen werden Generatoren und Generatoren, die für Windturbinengeneratoren verwendet werden, dadurch definiert, wie sie ihren Magnetismus erzeugen, entweder Elektromagnete oder Permanentmagnete.

Es gibt keine wirklichen Vor- und Nachteile beider Typen. Die meisten Wohnwindkraftanlagegeneratoren auf dem Markt benutzen Dauermagnete innerhalb ihres Turbinengeneratorentwurfs, und der das erforderliche Magnetfeld mit der Rotation der Maschine schafft, obgleich einige elektromagnetische Spulen benutzen.

Diese hochfesten Magnete werden normalerweise aus Seltenerdmaterialien wie Neodym-Eisen (NdFeB) oder Samarium-Kobalt (SmCo) hergestellt, wodurch die Feldwicklungen ein konstantes Magnetfeld bereitstellen müssen, was zu einer einfacheren, robusteren Konstruktion führt.

Gewickelte Feldwicklungen haben den Vorteil, dass sie ihren Magnetismus (und damit ihre Leistung) an die variierende Windgeschwindigkeit anpassen, benötigen jedoch eine externe Energiequelle, um das erforderliche Magnetfeld zu erzeugen.

Wir wissen jetzt, dass der elektrische Generator ein Mittel zur Energieumwandlung zwischen dem von den Rotorblättern erzeugten mechanischen Drehmoment, dem sogenannten Primärantrieb, und einer elektrischen Last bereitstellt.

Die mechanische Verbindung des Windturbinengenerators mit den Rotorblättern erfolgt über eine Hauptwelle, die entweder ein einfacher Direktantrieb sein kann, oder durch Verwendung eines Getriebes zum Erhöhen oder Verringern der Generatordrehzahl relativ zur Rotationsgeschwindigkeit der Blätter.

Die Verwendung eines Getriebes ermöglicht eine bessere Anpassung der Generatordrehzahl an die der Turbine, aber der Nachteil der Verwendung eines Getriebes besteht darin, dass es als mechanische Komponente einem Verschleiß ausgesetzt ist, der den Wirkungsgrad des Systems verringert. Der Direktantrieb kann jedoch einfacher und effizienter sein, aber die Rotorwelle und die Lager des Generators sind dem vollen Gewicht und der Rotationskraft der Rotorblätter ausgesetzt.

Wind Turbine Generator Ausgang Kurve

So die art von wind turbine generator erforderlich für eine bestimmte lage hängt von der energie enthalten in die wind und die eigenschaften der elektrischen maschine selbst. Alle Windkraftanlagen haben bestimmte Eigenschaften in Bezug auf die Windgeschwindigkeit.

Der Generator (oder die Lichtmaschine) erzeugt keine Ausgangsleistung, bis seine Drehzahl über seiner Einschaltwindgeschwindigkeit liegt, bei der die Kraft des Windes auf die Rotorblätter ausreicht, um die Reibung zu überwinden, und die Rotorblätter so beschleunigen, dass der Generator nutzbare Leistung erzeugt.

Oberhalb dieser Einschaltgeschwindigkeit sollte der Generator eine Leistung erzeugen, die proportional zur gewürfelten Windgeschwindigkeit (K.V3) ist, bis er wie gezeigt seine maximale Nennleistung erreicht.

Oberhalb dieser Nenndrehzahl nähern sich die Windlasten an den Rotorblättern der maximalen Stärke der elektrischen Maschine, und der Generator erzeugt seine maximale oder Nennleistung, wenn das Nennwindgeschwindigkeitsfenster erreicht ist.

Wenn die wind geschwindigkeit weiter zu erhöhen, die wind turbine generator würde stoppen zu seine cut-out punkt zu verhindern mechanische und elektrische schäden, was zu null elektrische generation. Die Anwendung einer Bremse, um den Generator zu stoppen, um sich selbst zu beschädigen, kann entweder ein mechanischer Regler oder ein elektrischer Geschwindigkeitssensor sein.

Der Kauf eines Windkraftgenerators wie des UMWELTFREUNDLICHEN 400-Watt-Windkraftgenerators zum Aufladen der Batterie ist nicht einfach und es sind viele Faktoren zu berücksichtigen. Der Preis ist nur einer davon. Achten Sie darauf, eine elektrische Maschine zu wählen, die Ihren Bedürfnissen entspricht. Wenn Sie ein netzgekoppeltes System installieren, wählen Sie einen Wechselstrom-Netzspannungsgenerator.

Wenn Sie beabsichtigen, ein batteriebasiertes System zu installieren, suchen Sie nach einem batterieladenden Gleichstromgenerator. Berücksichtigen Sie auch das mechanische Design eines Generators wie Größe und Gewicht, Betriebsgeschwindigkeit und Schutz vor der Umwelt, da er seine gesamte Lebensdauer an der Spitze eines Mastes oder Turms montiert verbringen wird.

Im nächsten Tutorial über Windturbinengeneratoren werden wir uns Gleichstrommaschinen ansehen und wie wir mit einem PMDC-Generator Strom aus der Kraft des Windes erzeugen können. Um mehr über „Windturbinengeneratoren“ zu erfahren oder weitere Windenergieinformationen über die verschiedenen verfügbaren Windkraftanlagen zu erhalten oder die Vor- und Nachteile der Windenergie zu erkunden, Klicken Sie hier, um Ihre Kopie eines der Top- „Windturbinenführer“ zu erhalten“ heute direkt von Amazon.