Конструктивні особливості малої вітрової турбіни постійного струму змінного струму
Для малих вітрових електростанцій використовувалися генератори постійного струму, електромагнітні генератори, генератори конічних полюсів, генератори індукції та індуктивні генератори. З розвитком технології матеріалів з постійними магнітами, продукт магнітної енергії з матеріалів з постійними магнітами був значно покращений, і в даний час в основному використовуються генератори постійних магнітів. Цей тип двигуна перевершує колишні типи генераторів з точки зору електричних характеристик і безпеки. Оскільки місце застосування цього типу генератора відрізняється від місця застосування генератора генератора, його технічні вимоги мають свою особливість, і він повинен мати гарну відповідність з вітрогенератором з точки зору продуктивності. Тому проводиться певний аналіз декількох проблем у даному типі генератора. І досліджувати.
2 технічні вимоги
Фіг.1 є схематичною схемою пристрою малої енергії вітру. Вітер приводить в рух вітроколесо, перетворюючи енергію вітру в механічну енергію. Вітровий колесо приводить генератор в обертання, перетворює механічну енергію в електричну, випрямляє і виводить. Конструкція цього типу генератора повинна спочатку вибрати тип генератора і лінію випрямлення; визначають розрахункову потужність випрямлення, номінальну потужність, напругу, швидкість і так далі. Основними технічними вимогами до нього є:
(1) номінальна вихідна потужність PN (W); (2) номінальна вихідна напруга (DC) UN (V); (3) номінальна швидкість NN (об / хв); (4) ефективність генератора η (); (5) крутний момент TN (Nm) пускового опору; (6) при номінальній швидкості 65, напруга холостого ходу генератора не повинна бути нижче номінальної напруги; (7) при номінальній швидкості 150 генератор повинен мати можливість перевантаження при номінальній напрузі 2 хв; (8) Генератор повинен бути в змозі витримувати вдвічі більшу номінальну швидкість при ненавантажених умовах, що триває 2 хвилини, структура ротора не повинна бути пошкоджена і шкідлива деформація; (9) Генератор повинен бути в змозі запобігти дощу, снігу, піску та блискавці.
Крім того, він повинен також відповідати технічним вимогам загальної теплоізоляції двигуна, опору тиску, механічної міцності і так далі.
Технічні вимоги (5), (6), (7), (8) є спеціальними вимогами до вітрових турбін, які будуть проаналізовані окремо нижче.
3 вибір електромагнітного навантаження
Практика сучасного виробництва двигунів і тривала експлуатація електродвигуна зазвичай дають діапазон лінійної навантаження As і магнітного навантаження Bδ конструкційного двигуна. Коли добуток As і Bδ є однаковим, то співвідношення між As і Bδ визначає різні параметри генератора, індекс енергії сили і масу. Коли Bδ є великим і як низький, генератор багатий на залізо, і коли As є великим і Bδ є малим, генератор багатий на мідь.
Електричне навантаження двигуна вимірюється щільністю струму j (A / mm2) обмотки двигуна та лінійним навантаженням As (A / cm). Чим більше електричне навантаження, тим більше втрати міді. Для вітрових турбін малої потужності це, як правило, низьковольтні та сильні струми. Зокрема, генератори нижче 1 кВт використовуються переважно при 24, 36 В або 48 В (випрямлений постійний струм), а номінальний струм таких двигунів великий. Для генераторів малої потужності від 1 до 10 кВт високі номінальні вихідні напруги не можуть бути прийняті. Оскільки цей тип генератора в основному використовує акумулятор енергії акумулятора, напруга високо, необхідно використовувати більше батарей, що збільшує вартість всієї машини, що важко прийняти клієнтам. Коротше кажучи, навантаження вітрової турбіни малої потужності є відносно високою, і це багатий міддю генератор. Втрата міді двигуна велика, що становить близько 70% від загальної втрати двигуна. Це об'єктивна ситуація. Крім того, вихідна потужність генератора збільшується зі збільшенням швидкості вітру, як показано на малюнку 2. Потужність генератора збільшується, а тепло зростає. Однак, оскільки швидкість вітру збільшується, стан тепловиділення значно покращується. Отже, для цього типу генератора стандарт вибору А для загального двигуна не повинен дотримуватися, і вибирається більш високе значення А, що є одночасно необхідним і дозволеним. Наприклад, загальний малої потужності двигуна АС становить від 60 до 80 А / см; а типу генератора можна прийняти за 100-150 А / см; А генератор аерогенів При використанні високоефективного вприскування палива охолодження може досягати близько 300 А / см. Тому при виборі As слід враховувати втрати двигуна, ефективність, тепловиділення і застосування, і отримувати розумну величину.
Вибір магнітного навантаження Bδ може бути повністю у відповідності з загальними принципами моторної теорії, і тут не буде описано.
4 статора
4.1 слоти статора
Виходячи з високої електричної навантаження цього типу генератора, втрати міді великі. При проектуванні генератора необхідно зменшити ширину зуба і товщину яма, щоб забезпечити зону канавки, забезпечуючи достатню механічну міцність і щільність магнітного потоку. Збільшують площу дроту обмотки статора, зменшують споживання міді і підвищують ККД генератора. Це не те, що розглянув кожен виробник. Часто за рахунок більш тонких обмоток статора проводів, вимоги до конструкції можуть бути задоволені під час початкової роботи генератора. Після 2 - 3 годин роботи температура різко підвищується, і вихідна потужність швидко падає, так що номінальна вихідна потужність не відповідає вимогам.
4.2 обмотка статора
Технічні вимоги вітрових турбін малої потужності (5) запроваджують концепцію моменту запуску опору генератора, оскільки малое вітроенергетичне обладнання, як правило, обертається на десятки до сотень оборотів, щоб зменшити ланки, зменшити витрати та підвищити надійність. Колесо вітру пристрою безпосередньо пов'язане з валом генератора. Це вимагає мінімізації опору обертаючого моменту, що генерується ефектом зубця генератора, так що коли швидкість вітру є низькою (від 2 до 3 м / с), вітрогенератор може бути запущений швидко і генерувати електроенергію якомога швидше. З цією метою національний стандарт GB10760.1-89 висунув вимоги, див. Таблицю нижче.
Потужність (Вт) 501002003005001000 Максимальний крутний момент пускового опору (Нм) 0.200.300.350.501.201.50
З теорії двигуна, лотка статора, повороту ротора і поріг обмотки статора можна зменшити моменти опору, викликані ефектом зубця і відповідати технічним вимогам. Однак було доведено, що фракційна обмотка слота є найбільш ефективним способом зниження опору моменту.
Використання лотка статора відносно легко реалізується в процесі, але ефект не є очевидним, і якщо відстань жолоби занадто велике, то впливатимуть на електричні характеристики генератора; за допомогою ротора косого полюса магніт ротора і магнітний полюс скручуються до розумного розміру. Процес складний і ефект не є очевидним; тому в основному використовуються дробові обмотки слота.
Намотування дробових щілин:
Кількість прорізів на фазу на полюс q = Zs / 2mp = ac / d
Кількість прорізів на полюс Q = Zs / 2p = AC / D
Де: Zs - кількість слотів статора; m - не кількість фаз обмотки; p - кількість пар полюсів генератора; A, a - ціле число; c / d, C / D є незвідним дробом.
Теорія і практика доводять, що чим більше D, тим менший момент пускового опору генератора [5]. Крім того, коли величина q зростає, опір негативної послідовності зменшується, а реактивність витоку зменшується, що ми і сподіваємося. У той же час, однак, надмірно збільшуючи значення q, знижується здатність генератора пригнічувати вищі гармоніки, і цього слід уникати. Тому, доки виконується вимога опору моменту, визначеного національним стандартом, чим більше значення q, тим краще.
Ми розрахували і фактично перевірили крутний момент декількох генераторів, з яких можна визначити координацію зубів, див.
5 ротор
Швидкість вітрогенератора невеликого вітроенергетичного пристрою становить десятки до сотень оборотів в хвилину, а ротор генератора безпосередньо з'єднаний з вітровим колесом. Швидкість обертання ротора визначає, що генератор є багатополюсним низькошвидкісним генератором; ротор, як правило, виконаний з фериту і магніту неодим-залізо-бор, тангенціальна структура; структура ротора має бути міцною і витримувати вплив раптових змін швидкості вітру без пошкодження або пошкодження. І деформація. Це чітко зазначено в технічних вимогах (7) і (8). Проблема ротора буде розглянута в спеціальній статті.
6 характеристик
6.1 Вихідна напруга постійного струму
Генератор виводить напругу змінного струму, щоб виправити та зарядити акумулятор. Відповідно до національного стандарту, випрямлена напруга повинна бути 2В вище, ніж стандартна батарея 12В, тобто вихідна напруга генератора 14В, 28В, 42В, 56В ... Однак, було доведено, що це регулювання можливо для областей з дуже багатими вітровими ресурсами, але для ресурсів вітру, райони, які можуть бути використані, є низькими. Деякі люди використовували для виробництва 42V (DC) у внутрішньому районі культури озера Цзянсу Нейху. Генератор підключався до двох серій батарей (24В) і працював без серйозних проблем. Отже, при проектуванні генератора має бути відомо, що джерело вітру в зоні, де використовується вітряна турбіна, як правило, має бути вище 4 В, щоб повною мірою використовувати цінні вітрові ресурси.
6.2 Вихідні характеристики
Зв'язок між вихідною потужністю P і швидкістю n не потрібна для генераторів загального призначення і важлива для таких генераторів. На фіг.2 показані виміряні характеристики генератора DYF-600. Завдяки специфічним вимогам, вітрові турбіни вимагають від генераторів генерувати електроенергію при низькій швидкості вітру, а вихідні характеристики настільки ж м'які, наскільки це можливо, вище за номінальну швидкість вітру. Тому при конструюванні генератора магнітопровід повинен бути максимально насичений, щоб не викликати часті перевищення швидкості вітрової турбіни, а вихідна потужність генератора різко підвищується, викликаючи надмірний вплив на зарядний пристрій і інвертор і перегріву генератора, тим самим пошкоджуючи. .
6.3 Відповідні характеристики вітрових турбін з вихідними характеристиками генератора
(1) Після запуску вітрової турбіни генератор повинен генерувати електроенергію якомога швидше, тобто енергія вітру може бути захоплена в низькому діапазоні швидкості вітру. Це вимагається технічними вимогами (6), пусковий момент генератора максимально малий, так що вітрогенератор може бути введений в експлуатацію якомога швидше.
(2) Сподівається, що генератор P = f (n) має квадратичне параболічне відношення перед номінальною точкою для отримання найкращої енергії вітру шляхом зіставлення генератора з вітровою турбіною.
