typy generatora turbin wiatrowych
turbina wiatrowa składa się z dwóch głównych komponentów i po przyjrzeniu się jednemu z nich, projektowi łopaty wirnika w poprzednim samouczku, możemy teraz spojrzeć na drugi, Generator turbin wiatrowych lub WTG, który jest maszyną elektryczną używaną do generowania energii elektrycznej. Generator elektryczny o niskiej prędkości obrotowej służy do przekształcania mechanicznej mocy obrotowej wytwarzanej przez energię wiatru w użyteczną energię elektryczną do zasilania naszych domów i jest sercem każdego systemu energetyki wiatrowej.
konwersja obrotowej mocy mechanicznej generowanej przez łopaty wirnika (znanej jako główny napęd) na użyteczną moc elektryczną do użytku w domowych instalacjach energetycznych i oświetleniowych lub do ładowania akumulatorów może być dokonana przez jeden z następujących głównych typów obrotowych maszyn elektrycznych powszechnie stosowanych w systemach wytwarzania energii wiatrowej:
- 1. Maszyna prądu stałego (DC), znana również jako Dynamo
- 2. Maszyna Synchroniczna prądu zmiennego (AC), znana również jako Generator prądu przemiennego
- 3. Maszyna indukcyjna prądu zmiennego (AC), znana również jako Alternator
wszystkie te maszyny elektryczne są urządzeniami elektromechanicznymi, które działają na prawie indukcji elektromagnetycznej Faradaya. To znaczy działają one poprzez oddziaływanie strumienia magnetycznego i prądu elektrycznego, lub przepływu ładunku. Ponieważ proces ten jest odwracalny, ta sama maszyna może być używana jako konwencjonalny silnik elektryczny do przekształcania energii elektrycznej w moc mechaniczną lub jako generator przekształcający moc mechaniczną z powrotem w moc elektryczną.
maszyna elektryczna najczęściej używana w turbinach wiatrowych to maszyny działające jako generatory, przy czym generator synchroniczny i generator indukcyjny (jak pokazano) są powszechnie stosowane w większych systemach generatorów turbin wiatrowych. Zwykle mniejsze lub domowe turbiny wiatrowe mają tendencję do używania Generatora PRĄDU STAŁEGO z magnesem trwałym o niskiej prędkości lub Dynamo, ponieważ są małe, tanie i dużo łatwiejsze do podłączenia.
więc robi różnicę, jakiego rodzaju generatora elektrycznego możemy użyć do produkcji energii wiatrowej. Prosta odpowiedź brzmi tak i nie, ponieważ wszystko zależy od rodzaju systemu i aplikacji, którą chcesz. Wyjście prądu stałego niskiego napięcia z generatora lub starszego typu dynamo może być używane do ładowania akumulatorów, podczas gdy wyższe sinusoidalne wyjście prądu przemiennego z alternatora może być podłączone bezpośrednio do sieci lokalnej.
ponadto napięcie wyjściowe i zapotrzebowanie na moc zależy wyłącznie od posiadanych urządzeń i sposobu ich użytkowania. Ponadto lokalizacja Generatora Turbiny Wiatrowej, czy zasób wiatrowy utrzymać go stale obracając przez długi czas lub prędkość generatora, a zatem jego moc zmienia się w górę iw dół ze zmianami w dostępnym wietrze.
Wytwarzanie energii elektrycznej
Generator Turbiny Wiatrowej jest tym, co wytwarza energię elektryczną, przekształcając energię mechaniczną w energię elektryczną. Powiedzmy sobie jasno, nie wytwarzają one energii ani nie wytwarzają więcej energii elektrycznej niż ilość energii mechanicznej zużywanej do obracania łopatek wirnika. Im większe „obciążenie” lub zapotrzebowanie elektryczne na generator, tym większa siła mechaniczna jest wymagana do obrócenia wirnika. To dlatego generatory są w różnych rozmiarach i produkują różne ilości energii elektrycznej.
w przypadku „generatora turbiny wiatrowej” wiatr popycha bezpośrednio do łopatek turbiny, Co przekształca liniowy ruch wiatru w ruch obrotowy niezbędny do obrócenia wirnika generatora i im mocniej wiatr popycha, tym więcej energii elektrycznej może zostać wygenerowane. Następnie ważne jest, aby mieć dobrą konstrukcję łopatki turbiny wiatrowej, aby wydobyć jak najwięcej energii z wiatru, Jak to możliwe.
wszystkie elektryczne generatory turbinowe działają z powodu efektów przesuwania pola magnetycznego obok cewki elektrycznej. Kiedy elektrony przepływają przez cewkę elektryczną, wokół niej powstaje pole magnetyczne. Podobnie, gdy pole magnetyczne przemieszcza się obok cewki drutu, w cewce indukowane jest napięcie określone przez prawo indukcji magnetycznej Faradaya powodujące przepływ elektronów.
prosty Generator wykorzystujący indukcję magnetyczną
wtedy widzimy, że przesuwając magnes przez pojedynczą pętlę drutu, Napięcie znane jako i EMF (siła elektromotoryczna) jest indukowane w pętli drutu z powodu pola magnetycznego magnesu.
gdy napięcie jest indukowane przez pętlę drutu, prąd elektryczny w postaci przepływu elektronów zaczyna przepływać wokół pętli wytwarzając energię elektryczną.
ale co, jeśli zamiast pojedynczej pojedynczej pętli drutu, jak pokazano, mieliśmy wiele pętli nawiniętych razem na tym samym pierwszym, tworząc cewkę drutu, znacznie więcej napięcia, a zatem prądu może być generowane dla tej samej ilości strumienia magnetycznego.
dzieje się tak, ponieważ strumień magnetyczny przecina więcej drutu, wytwarzając większy emf i jest to podstawowa zasada prawa indukcji elektromagnetycznej Faradaya, a generator prądu przemiennego wykorzystuje tę zasadę do przekształcenia energii mechanicznej, takiej jak obrót turbiny wiatrowej lub turbiny wodnej, w energię elektryczną wytwarzającą sinusoidalny kształt fali.
więc widzimy, że istnieją trzy główne wymagania dotyczące wytwarzania energii elektrycznej i są to:
- cewka lub zestaw przewodników
- układ pola magnetycznego
- względny ruch między przewodnikami a polem
wtedy im szybciej obraca się cewka drutu, tym większa szybkość zmiany, z jaką strumień magnetyczny jest cięty przez cewkę i tym większy jest indukowany emf w cewce. Podobnie, jeśli pole magnetyczne zostanie wzmocnione, indukowany emf wzrośnie dla tej samej prędkości obrotowej. Tak więc: indukowany emf ∝ Φ * N. gdzie:” Φ „to strumień pola magnetycznego, a „n”to prędkość obrotowa. Również polaryzacja generowanego napięcia zależy od kierunku linii magnetycznych strumienia i kierunku ruchu przewodnika.
istnieją dwa podstawowe typy generatora elektrycznego i alternatora: generator Z Magnesami Trwałymi i generator pola rany, w których oba typy składają się z dwóch głównych części: stojana i wirnika.
Stojan jest „stacjonarną” (stąd jego nazwa) częścią maszyny i może mieć zestaw uzwojeń elektrycznych wytwarzających elektromagnes lub zestaw magnesów trwałych w swojej konstrukcji. Wirnik jest częścią maszyny, która „obraca się”. Ponownie, wirnik może mieć cewki wyjściowe, które obracają się lub magnesy stałe. Ogólnie rzecz biorąc, generatory i alternatory stosowane w generatorach turbin wiatrowych są zdefiniowane przez sposób generowania ich magnetyzmu, elektromagnesów lub magnesów trwałych.
nie ma prawdziwych zalet i wad obu typów. Większość mieszkalnych generatorów turbin wiatrowych dostępnych na rynku wykorzystuje magnesy stałe w swojej konstrukcji generatora turbin, które wytwarzają Wymagane pole magnetyczne z obrotem maszyny, chociaż niektóre używają cewek elektromagnetycznych.
Te magnesy o wysokiej wytrzymałości są zwykle wykonane z materiałów ziem rzadkich, takich jak żelazo neodymowe (NdFe) lub Samar kobalt (SmCo), eliminując potrzebę uzwojeń pola w celu zapewnienia stałego pola magnetycznego, co prowadzi do prostszej, bardziej wytrzymałej konstrukcji.
uzwojenia pola rany mają tę zaletę, że dopasowują swój magnetyzm (a zatem moc) do zmiennej prędkości wiatru, ale wymagają zewnętrznego źródła energii do wytworzenia wymaganego pola magnetycznego.
wiemy już, że generator elektryczny zapewnia sposób konwersji energii między mechanicznym momentem obrotowym generowanym przez łopaty wirnika, zwanym głównym napędem, a pewnym obciążeniem elektrycznym.
mechaniczne połączenie Generatora Turbiny Wiatrowej z łopatkami wirnika odbywa się za pomocą wału głównego, który może być prostym napędem bezpośrednim lub za pomocą przekładni w celu zwiększenia lub zmniejszenia prędkości generatora w stosunku do prędkości obrotowej łopatek.
zastosowanie przekładni pozwala na lepsze dopasowanie prędkości generatora do prędkości turbiny, ale wadą stosowania przekładni jest to, że jako element mechaniczny jest poddawany zużyciu, zmniejszając wydajność systemu. Napęd bezpośredni może być jednak prostszy i bardziej wydajny, ale wał wirnika generatora i łożyska są poddawane pełnej masie i sile obrotowej łopatek wirnika.
Krzywa wyjściowa generatora turbin wiatrowych
tak więc typ generatora turbin wiatrowych wymagany dla konkretnej lokalizacji zależy od energii zawartej w wietrze i właściwości samej maszyny elektrycznej. Wszystkie turbiny wiatrowe mają pewne cechy związane z prędkością wiatru.
generator (lub alternator) nie wytworzy mocy wyjściowej, dopóki jego prędkość obrotowa nie przekroczy prędkości wiatru, w której Siła wiatru na łopatach wirnika jest wystarczająca do przezwyciężenia tarcia, a łopaty wirnika przyspieszają wystarczająco, aby generator zaczął wytwarzać użyteczną moc.
powyżej tej prędkości cięcia generator powinien generować moc proporcjonalną do prędkości wiatru ( K. V3), dopóki nie osiągnie maksymalnej mocy znamionowej, jak pokazano.
powyżej tej prędkości znamionowej obciążenia wiatrem na łopatach wirnika zbliżą się do maksymalnej wytrzymałości maszyny elektrycznej, a generator będzie wytwarzał maksymalną lub znamionową moc wyjściową, gdy zostanie osiągnięte znamionowe okno prędkości wiatru.
jeśli prędkość wiatru będzie nadal rosła, generator Turbiny Wiatrowej zatrzyma się w punkcie odcięcia, aby zapobiec uszkodzeniom mechanicznym i elektrycznym, powodując zerowe wytwarzanie energii elektrycznej. Zastosowanie hamulca w celu zatrzymania generatora w celu jego uszkodzenia może być mechanicznym regulatorem lub elektrycznym czujnikiem prędkości.
zakup Generatora Turbiny Wiatrowej, takiego jak ekologiczny generator turbiny wiatrowej o mocy 400 W do ładowania akumulatora, nie jest łatwy i należy wziąć pod uwagę wiele czynników. Price jest tylko jednym z nich. Pamiętaj, aby wybrać maszynę elektryczną, która spełni Twoje potrzeby. Jeśli instalujesz system podłączony do sieci, wybierz generator napięcia PRĄDU PRZEMIENNEGO.
jeśli zamierzasz zainstalować system oparty na bateriach, poszukaj ładującego akumulator Generatora PRĄDU STAŁEGO. Zastanów się również nad mechaniczną konstrukcją generatora, taką jak rozmiar i waga, prędkość robocza i Ochrona przed środowiskiem, ponieważ spędzi on całą swoją żywotność zamontowany na szczycie słupa lub wieży.
w następnym tutorialu o generatorach turbin wiatrowych przyjrzymy się maszynom DC i sposobom wykorzystania generatora PMDC do produkcji energii elektrycznej z mocy wiatru. Aby dowiedzieć się więcej o „generatorach turbin wiatrowych” lub uzyskać więcej informacji na temat energii wiatrowej na temat różnych dostępnych systemów generowania turbin wiatrowych lub poznać zalety i wady energii wiatrowej, Kliknij tutaj, aby otrzymać kopię jednego z najlepszych „przewodników po turbinach wiatrowych” dzisiaj bezpośrednio z Amazon.