Tuuliturbiinigeneraattorin tyypit
tuuliturbiini koostuu kahdesta pääkomponentista, ja kun olemme tarkastelleet niistä toista, roottorin lavan rakennetta edellisessä oppaassa, voimme nyt tarkastella toista, Tuuliturbiinigeneraattoria tai WTG: tä, joka on sähkön tuottamiseen käytetty sähkökone. Alhaisen kierrosnopeuden sähkögeneraattoria käytetään tuulienergian tuottaman mekaanisen pyörimissähkön muuntamiseen käyttökelpoiseksi sähköksi kotiimme ja se on kaikkien tuulivoimajärjestelmien sydän.
roottorin lapojen tuottaman pyörimismekaanisen tehon (ns. prime mover) muuntaminen hyödylliseksi sähkövoimaksi kotitalouksissa ja valaistussovelluksissa tai akkujen lataamiseksi voidaan toteuttaa millä tahansa seuraavista tuulivoimajärjestelmissä yleisesti käytettävistä pyörimissähkökonetyypeistä:
- 1. Tasavirtakone, joka tunnetaan myös nimellä Dynamo
- 2. Vaihtovirtasynkroninen kone, joka tunnetaan myös VAIHTOVIRTAGENERAATTORINA
- 3. Vaihtovirran (AC ) Induktiokone, joka tunnetaan myös Vaihtovirtageneraattorina
kaikki nämä sähkökoneet ovat sähkömekaanisia laitteita, jotka toimivat Faradayn sähkömagneettisen induktion lain mukaan. Toisin sanoen ne toimivat magneettivuon ja sähkövirran eli varausvirran vuorovaikutuksen kautta. Koska tämä prosessi on palautuva, samaa konetta voidaan käyttää tavanomaisena sähkömoottorina sähkövoiman muuntamiseen mekaaniseksi voimaksi tai generaattorina, joka muuntaa mekaanisen tehon takaisin sähkövoimaksi.
tuuliturbiinisovelluksissa käytetään yleisimmin generaattoreina toimivia sähkökoneita, joissa synkronigeneraattoria ja induktiogeneraattoria (kuten kuvassa) käytetään yleisesti suuremmissa tuuliturbiinigeneraattorijärjestelmissä. Yleensä pienempi tai kotitekoisia tuuliturbiinit yleensä käyttää alhainen nopeus Kestomagneetti DC generaattori tai Dynamo, koska ne ovat pieniä, halpa ja paljon helpompi kytkeä ylös.
ei siis ole väliä, minkälaisella sähkögeneraattorilla voimme tuottaa tuulivoimaa. Yksinkertainen vastaus on sekä kyllä että ei, koska kaikki riippuu siitä, millaisen järjestelmän ja sovelluksen haluat. Generaattorin tai vanhemman tyylin Dynamon matalajännitteistä TASAVIRTALÄHTÖÄ voidaan käyttää akkujen lataamiseen, kun taas vaihtovirtageneraattorin korkeampi sinimuotoinen lähtö voidaan kytkeä suoraan paikalliseen verkkoon.
myös lähtöjännite ja tehontarve riippuvat täysin siitä, mitä laitteita sinulla on ja miten haluat käyttää niitä. Lisäksi tuuliturbiinigeneraattorin sijainti, pitäisiköhän tuulivara sen jatkuvasti pyörimässä pitkiä aikoja vai vaihtelisiko generaattorin nopeus ja siten sen teho ylös ja alas käytettävissä olevan Tuulen vaihtelun mukana.
sähköntuotanto
Tuuliturbiinigeneraattori valmistaa sähkösi muuntamalla mekaanista energiaa sähköenergiaksi. Tehdään selväksi, että ne eivät luo energiaa tai tuota enemmän sähköenergiaa kuin roottorin lapojen pyörittämiseen käytetty mekaanisen energian määrä. Mitä suurempi ”kuorma” eli generaattoriin kohdistuva sähkötarve on, sitä enemmän roottorin kääntämiseen tarvitaan mekaanista voimaa. Tämän vuoksi generaattorit ovat erikokoisia ja tuottavat erilaisia määriä sähköä.
” tuuliturbiinigeneraattorin ” tapauksessa tuuli työntää suoraan turbiinin lapoja vastaan, jolloin tuulen lineaarinen liike muuttuu generaattorin roottorin pyörittämiseen tarvittavaksi pyörimisliikkeeksi ja mitä kovempaa tuuli työntää, sitä enemmän saadaan sähköenergiaa. Silloin on tärkeää, että tuuliturbiinin lapa on suunniteltu niin, että tuulesta saadaan mahdollisimman paljon energiaa.
kaikki sähköturbiinigeneraattorit toimivat, koska magneettikenttä siirtyy sähkökäämin ohi. Kun elektronit virtaavat sähkökäämin läpi, sen ympärille syntyy magneettikenttä. Samoin, kun magneettikenttä liikkuu johdinkelan ohi, Kelaan indusoituu jännite Faradayn määrittelemän magneettisen induktion lain mukaisesti aiheuttaen elektronien virtaamisen.
Yksinkertainen generaattori, joka käyttää magneettista induktiota
, niin voimme nähdä, että siirtämällä magneettia yhden johtosilmukan ohi, jännite, joka tunnetaan nimellä ja emf (Elektro-motive force) indusoituu johtosilmukan sisällä magneetin magneettikentän takia.
kun johdinsilmukkaan indusoidaan jännite, elektronivirran muodossa oleva sähkövirta alkaa virrata silmukan ympäri tuottaen sähköä.
mutta mitä jos yhden yksittäisen langansilmukan sijasta, kuten on esitetty, meillä olisi monta silmukkaa, jotka kiedottaisiin yhteen samaan entiseen, jolloin muodostettaisiin langankäämi, paljon enemmän jännitettä ja siten virtaa voitaisiin tuottaa saman verran magneettivuota.
tämä johtuu siitä, että magneettivuo leikkaa useampaa johtoa tuottaen suuremman emf: n ja tämä on Faradayn sähkömagneettisen induktion lain perusperiaate, ja vaihtovirtageneraattori käyttää tätä pääainetta muuntaakseen mekaanisen energian, kuten pyörimisen tuuliturbiinista tai vesiturbiinista, sähköenergiaksi, joka tuottaa sinimuotoisen aaltomuodon.
voimme siis nähdä, että sähköntuotannolle on kolme päävaatimusta, jotka ovat:
- kela tai johtimien joukko
- magneettikenttäjärjestelmä
- suhteellinen liike johtimien ja kentän välillä
sitten mitä nopeammin johdinkela pyörii, sitä suurempi muutosnopeus, jolla käämi katkaisee magneettivuon ja sitä suurempi on kelan sisällä oleva indusoitu emf. Vastaavasti jos magneettikenttä voimistuu, indusoitunut emf kasvaa samalla pyörimisnopeudella. Näin: indusoitu emf ∝ Φ * n. missä:” Φ ”on magneettikentän vuo ja” n ” on pyörimisnopeus. Myös syntyvän jännitteen napaisuus riippuu vuon magneettiviivojen suunnasta ja johtimen liikesuunnasta.
sähkögeneraattoreita ja vaihtovirtageneraattoreita on kahta perustyyppiä: kestomagneettigeneraattori ja haavakenttägeneraattori, joissa molemmissa on kaksi pääosaa: staattori ja roottori.
staattori on koneen ”stationäärinen” (siitä sen nimi) osa, ja siinä voi olla joko sähkömagneetin tuottava sähkökäämien joukko tai rakenteeltaan kestomagneettien joukko. Roottori on koneen se osa, joka”pyörii”. Roottorissa voi jälleen olla lähtökäämejä, jotka pyörivät tai kestomagneetteja. Yleensä tuuliturbiinigeneraattoreissa käytettävät generaattorit ja vaihtovirtageneraattorit määritellään sen mukaan, miten ne saavat aikaan magnetisminsa, joko sähkömagneetit tai kestomagneetit.
kummastakaan tyypistä ei ole todellisia etuja ja haittoja. Useimmat asuntojen tuuliturbiinigeneraattorit markkinoilla käyttävät kestomagneetteja niiden turbiinigeneraattorin suunnittelussa, ja joka luo tarvittavan magneettikentän koneen pyörimisellä, vaikka jotkut käyttävät sähkömagneettisia keloja.
nämä lujat magneetit valmistetaan yleensä harvinaisista maametalleista, kuten Neodyymiraudasta (NdFe) tai samariumkoboltista (SmCo), jolloin kenttäkäämien ei tarvitse muodostaa jatkuvaa magneettikenttää, mikä johtaa yksinkertaisempaan ja lujempaan rakenteeseen.
Haavakenttäkäämien etuna on niiden magnetismin (ja siten tehon) sovittaminen vaihtelevaan tuulennopeuteen, mutta vaaditun magneettikentän synnyttämiseen tarvitaan ulkoinen energianlähde.
tiedämme nyt, että sähkögeneraattori tarjoaa keinon energian muuntamiseen roottorin lapojen tuottaman mekaanisen vääntömomentin, jota kutsutaan pääliikkeeksi, ja jonkin sähkökuorman välillä.
tuuliturbiinigeneraattorin mekaaninen kytkentä roottorin lapoihin tapahtuu pääakselin kautta, joka voi olla joko yksinkertainen suoraveto tai käyttämällä vaihteistoa generaattorin nopeuden lisäämiseksi tai pienentämiseksi suhteessa lapojen pyörimisnopeuteen.
vaihteiston käyttö mahdollistaa generaattorin nopeuden paremman sovittamisen turbiinin nopeuteen, mutta vaihteiston käytön haittana on se, että mekaanisena komponenttina siihen kohdistuu kulumista, mikä vähentää järjestelmän tehokkuutta. Suora käyttö voi kuitenkin olla yksinkertaisempaa ja tehokkaampaa, mutta generaattoreiden roottorin akseli ja laakerit altistuvat roottorin lapojen täydellä painolla ja pyörimisvoimalla.
Tuuliturbiinigeneraattorin Lähtökäyrä
joten tiettyyn paikkaan tarvittavan tuuliturbiinigeneraattorin tyyppi riippuu tuulen sisältämästä energiasta ja itse Sähkökoneen ominaisuuksista. Kaikilla tuulivoimaloilla on tiettyjä tuulen nopeuteen liittyviä ominaisuuksia.
generaattori (tai vaihtovirtageneraattori) tuottaa lähtötehoa vasta, kun sen pyörimisnopeus on suurempi kuin sen katkaisema tuulennopeus, jossa roottorin lapoihin kohdistuva tuulen voima riittää kitkan voittamiseen ja roottorin lavat kiihtyvät tarpeeksi, jotta generaattori alkaa tuottaa käyttökelpoista tehoa.
tämän katkaisunopeuden yläpuolella generaattorin pitäisi tuottaa tuulennopeuteen suhteutettua tehoa kuutioina ( K. V3), kunnes se saavuttaa suurimman mitoitustehonsa kuten on esitetty.
tämän nimellisnopeuden yläpuolella roottorin lapojen tuulikuormat lähestyvät Sähkökoneen suurinta voimakkuutta, ja generaattori tuottaa maksimitehonsa eli nimellistehonsa, kun nimellistuulennopeusikkuna on saavutettu.
jos Tuulen nopeus kasvaa edelleen, tuuliturbiinigeneraattori pysähtyisi katkaisupisteeseensä mekaanisten ja sähköisten vaurioiden estämiseksi, jolloin sähköntuotanto olisi nollassa. Jarru generaattorin pysäyttämiseksi itsensä vahingoittamiseksi voi olla joko mekaaninen säädin tai sähköinen nopeusanturi.
TUULITURBIINIGENERAATTORIN, kuten EKOKELPOISEN 400 watin tuuliturbiinigeneraattorin, ostaminen akun lataukseen ei ole helppoa ja huomioon otettavia tekijöitä on paljon. Hinta on vain yksi niistä. Muista valita sähkökone, joka vastaa tarpeitasi. Jos asennat verkkoon liitetyn järjestelmän, valitse VERKKOJÄNNITEGENERAATTORI.
jos aiot asentaa akkupohjaisen järjestelmän, etsi akkua lataava TASAVIRTAGENERAATTORI. Harkitse myös generaattorin mekaanista rakennetta, kuten kokoa ja painoa, toimintanopeutta ja ympäristönsuojelua, koska se viettää koko elämänsä pylvään tai tornin huipulla.
seuraavassa opetuksessa Tuuliturbiinigeneraattoreista tarkastelemme TASAVIRTAKONEITA ja sitä, miten voimme käyttää PMDC-generaattoria tuottamaan sähköä tuulen voimasta. Jos haluat lisätietoja ” Tuuliturbiinigeneraattoreista ”tai saada lisää tuulienergiatietoa käytettävissä olevista eri tuuliturbiinijärjestelmistä tai tutkia tuulienergian etuja ja haittoja, Klikkaa tästä saadaksesi kopion yhdestä top” Tuuliturbiinioppaista ” tänään suoraan Amazonista.