Küçük AC sabit mıknatıslı rüzgar türbininin tasarım özellikleri

Küçük AC sabit mıknatıslı rüzgar türbininin tasarım özellikleri

DC rüzgar jeneratörleri, elektromanyetik alternatörler, pençe kutuplu jeneratörler, relüktans jeneratörleri ve endüktif jeneratörler küçük rüzgar enerjisi santralleri için kullanılmıştır. Kalıcı mıknatıslı malzeme teknolojisinin gelişmesiyle birlikte, kalıcı mıknatıslı malzemelerin manyetik enerji ürünü büyük ölçüde geliştirilmiştir ve kalıcı mıknatıs jeneratörleri esas olarak günümüzde kullanılmaktadır. Bu motor türü, elektriksel performans ve güvenlik açısından eski jeneratör türlerine göre üstündür. Bu tip jeneratörün uygulama yeri genel bir jeneratörünkinden farklı olduğundan, teknik gereklilikleri kendine özgüdür ve performans açısından rüzgar türbini ile iyi bir uyum içinde olması gerekir. Bu nedenle, bu tip jeneratörlerde çeşitli problemler üzerinde bazı analizler yapılır. Ve araştır.

2 teknik gereksinimler

Şekil 1, küçük bir rüzgar enerjisi üretim cihazının şematik bir diyagramıdır. Rüzgar, rüzgar enerjisini mekanik enerjiye dönüştürerek rüzgar tekerleğini döndürmeye yönlendirir. Rüzgar çarkı jeneratörü dönmeye zorlar, mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürür ve giderir ve çıkarır. Bu tip jeneratörün tasarımı önce jeneratör tipini ve düzeltme hattını seçmelidir; hesaplanan doğrultma gücünü, anma gücünü, voltajı, hızı vb. belirler. Bunun için temel teknik şartlar:

(1) nominal çıkış gücü PN (W); (2) nominal çıkış voltajı (DC) UN (V); (3) nominal hız NN (r / dak); (4) jeneratör verimliliği η (); (5) Başlangıç direnci torku TN (Nm); (6) 65 nominal hızda, jeneratörün yüksüz voltajı nominal voltajdan düşük olmamalıdır; (7) 150 nominal hızda, jeneratör 2 dakika anma gerilimi altında çalışmayı aşırı yükleyebilmelidir; (8) Jeneratör, yüksüz şartlar altında anma hızının 2 katına dayanabilmeli, 2 dakika sürmeli, rotor yapısı hasar görmemeli ve zararlı deformasyona uğramalıdır; (9) Jeneratör yağmur, kar, kum ve şimşek çakmasını önleyebilmelidir.

Ayrıca, genel motor yalıtımı, basınç dayanımı, mekanik dayanım ve benzeri teknik gereksinimleri de karşılamalıdır.

Teknik şartlar (5), (6), (7), (8), aşağıda ayrı ayrı analiz edilecek rüzgar türbinleri için özel şartlardır.

3 elektromanyetik yük seçimi

Modern motor üretimi ve motorun uzun süreli çalışması, genel olarak hat yükü As ve tasarlanmış motorun manyetik yükü B range aralığını verir. As ve Bδ ürünleri aynı olduğunda, As ve Bδ arasındaki oran jeneratörün farklı parametrelerini, kuvvet enerji endeksini ve kütleyi belirler. Bδ büyük ve düşük olduğu zaman, jeneratör demir açısından zengin ve Büyük ve Bδ küçük olduğunda, jeneratör bakır bakımından zengindir.

Motorun elektrik yükü, motor sargısının akım yoğunluğu j (A / mm2) ve hat yükü As (A / cm) ile ölçülür. Elektrik yükü büyüdükçe bakır kaybı da artar. Düşük güçlü rüzgar türbinleri için, genellikle düşük voltaj ve yüksek akımdır. Özellikle, 1 kW altındaki jeneratörler çoğunlukla 24, 36 V veya 48 V (rektifiye edilmiş DC) kullanılır ve bu motorların nominal akımı büyüktür. 1 ila 10 kW arasındaki düşük güç jeneratörleri için yüksek çıkış voltajları alınamaz. Bu tip jeneratör esas olarak batarya enerji depolaması kullandığından, voltaj yüksektir, tüm makinenin maliyetini artıran daha fazla batarya kullanılmalıdır, bu da müşterilerin kabul etmesi zor. Kısacası, düşük güçlü rüzgar türbini hattı yükü nispeten yüksektir ve bakır bakımından zengin bir jeneratördür. Motorun bakır kaybı büyüktür, motorun toplam kaybının yaklaşık% 70'ini oluşturur. Bu nesnel bir durumdur. Ek olarak, Şekil 2'de gösterildiği gibi, jeneratörün çıkış gücü rüzgar hızı arttıkça artar. Jeneratörün gücü artar ve ısı artar. Bununla birlikte, rüzgar hızı arttıkça, ısı dağılımı koşulu büyük ölçüde iyileştirilir. Bu nedenle, bu tip jeneratör için, genel motor için As seçim standardına uyulmamalıdır ve hem gerekli olan hem de izin verilen As değeri seçilebilir. Örneğin, genel küçük güç motoru As 60 ila 80 A / cm'dir; ve jeneratör tipi olarak 100 ila 150 A / cm olarak alınabilir; ve aerojen jeneratörü Yüksek verimli yakıt enjeksiyonunu kullanırken, soğutma yaklaşık 300 A / cm'ye ulaşabilir. Bu nedenle, As seçimi, motor kaybını, verimini, ısı dağılımını ve uygulamayı dikkate almalı ve makul bir değer elde etmelidir.

Manyetik yük Bδ seçimi tamamen motor teorisinin genel ilkelerine uygun olabilir ve burada açıklanmayacaktır.

4 stator

4.1 stator yuvası

Bu tip jeneratörün yüksek elektrik yüküne bağlı olarak, bakır kaybı büyüktür. Jeneratörü tasarlarken, yeterli mekanik mukavemet ve manyetik akı yoğunluğu sağlayarak oluk alanını sağlamak için diş genişliği ve boyunduruk kalınlığı en aza indirilmelidir. Stator sargısının tel alanını arttırın, bakır tüketimini azaltın ve jeneratörün verimliliğini artırın. Bu, her üreticinin düşündüğü bir şey değildir. Genellikle daha ince stator sargı telleri nedeniyle, jeneratörün ilk çalışması sırasında tasarım gereklilikleri karşılanabilir. 2 ila 3 saatlik çalışmadan sonra, sıcaklık keskin bir şekilde artar ve çıkış gücü hızlı bir şekilde düşer, böylece nominal çıkış gücü gereksinimleri karşılamaz.

4.2 stator sargısı

Düşük güçlü rüzgar türbinlerinin (5) teknik gereksinimleri, jeneratörün başlangıç direnç torku kavramını ortaya koymaktadır, çünkü küçük rüzgar enerjisi üretim ekipmanı, bağlantıları azaltmak, maliyetleri düşürmek ve güvenilirliği artırmak için genellikle onlarca yüzlerce devirde döner. Cihazın rüzgar çarkı doğrudan jeneratör şaftına bağlanmıştır. Bu, jeneratörün tıkanma etkisinin ürettiği direnç torkunun en aza indirilmesini gerektirir, böylece rüzgar hızı düşük olduğunda (2 ila 3 m / s), rüzgar türbini hızlı bir şekilde başlatılabilir ve mümkün olan en kısa sürede elektrik üretilebilir. Bu amaçla, GB10760.1-89 ulusal standardı gereklilikleri ortaya koymuştur, aşağıdaki tabloya bakınız.

Güç (W) 501002003005001000 maksimum başlangıç direnci torku (Nm) 0.200.300.350.501.201.50

Motor teorisinden, stator oluğu, rotor eğimli direği ve stator kesirli yarık sarımı, diş çekme etkisinin neden olduğu direnç torkunu azaltabilir ve teknik gereksinimleri karşılayabilir. Bununla birlikte, kesirli yarık sargısının, direnç torkunu azaltmanın en etkili yolu olduğu kanıtlanmıştır.

Stator oluğunun kullanımı işlemde uygulanması nispeten kolaydır, ancak etki açık değildir ve oluk mesafesi çok büyükse, jeneratörün elektrik performansı etkilenecektir; Rotor eğik direği kullanılarak, rotor mıknatısı ve manyetik kutup makul bir boyutta bükülür. İşlem zor ve etkisi açık değil; bu nedenle, kesirli yarık sargıları çoğunlukla kullanılır.

Kesirli yarık sarımı:

Kutup başına faz başına yuva sayısı q = Zs / 2mp = ac / d

Kutup başına yuva sayısı Q = Zs / 2p = AC / D

Burada: Zs, stator slotlarının sayısıdır; m, sarım fazlarının sayısı değildir; p, jeneratör kutup çifti sayısıdır; A, a bir tam sayıdır; c / d, C / D, indirgenemez bir fraksiyondur.

Teori ve pratik, D'nin ne kadar büyük olduğunu, jeneratörün başlangıç direnç torkunun ne kadar küçük olduğunu kanıtlar [5]. Ek olarak, q değeri arttıkça, negatif dizi empedansı azalır ve sızıntı reaktansı azalır, umduğumuz şey budur. Bununla birlikte, aynı zamanda, q değerinin aşırı şekilde artması, jeneratörün daha yüksek harmonikleri bastırma kabiliyeti azaltılır ve bundan kaçınılmalıdır. Bu nedenle, ulusal standart tarafından belirtilen direnç torku gereksinimi karşılandığı sürece, q değeri ne kadar büyükse, o kadar iyidir.

Dişlerin koordinasyonunu belirleyebileceğimiz birkaç jeneratörün torkunu hesapladık ve test ettik, bakınız Şekil 3.

5 rotor

Küçük bir rüzgar enerjisi üretim cihazının rüzgar türbini hızı, dakikada yüzlerce devirdir ve jeneratör rotoru doğrudan rüzgar tekerleğine bağlanır. Rotor hızı, jeneratörün çok kutuplu bir düşük hızlı jeneratör olduğunu belirler; Rotor genellikle ferrit ve neodim demir bor mıknatıs, teğet yapıdan yapılmıştır; Rotor yapısı sağlam olmalı ve rüzgar hızındaki ani değişikliklerin hasar görmeden veya hasar görmeden dayanabilmelidir. Ve deformasyon. Bu, teknik şartlarda (7) ve (8) açıkça belirtilmiştir. Rotor problemi özel bir makalede tartışılacak.

6 karakteristik

6.1 DC çıkış voltajı

Jeneratör, aküyü düzeltmek ve şarj etmek için alternatif bir akım voltajı verir. Ulusal standarda göre, düzeltilmiş voltaj standart 12V aküden 2V daha yüksek olmalıdır, yani jeneratör çıkış voltajı 14V, 28V, 42V, 56V ... Bununla birlikte, bu düzenlemenin alanlar için uygun olduğu kanıtlanmıştır. çok miktarda rüzgar kaynağına sahip olmakla birlikte, rüzgar kaynakları için kullanılabilecek alanlar düşüktür. Bazı insanlar Jiangsu Neihu'nun iç göl kültür alanında 42V (DC) üretiyorlardı. Jeneratör iki aküye (24V) bağlandı ve ciddi bir sorun yaşamadan çalıştı. Bu nedenle, bir jeneratör tasarlanırken, rüzgar türbininin kullanıldığı alandaki rüzgar kaynağının, değerli rüzgar kaynaklarını tam olarak kullanabilmek için genellikle 4V'den yüksek olması gerektiği bilinmelidir.

6.2 Çıktı özellikleri

Çıkış gücü P ve hız n arasındaki ilişki genel üreticiler için gerekli değildir ve bu tür üreticiler için önemlidir. Şekil 2, DYF-600 jeneratörünün ölçülen özelliklerini gösterir. Özel gereksinimler nedeniyle, rüzgar türbinleri düşük rüzgar hızlarında elektrik üretebilmelerini sağlarken, çıkış özellikleri nominal rüzgar hızlarının üzerinde olabildiğince yumuşaktır. Bu nedenle, jeneratörü tasarlarken, manyetik devre rüzgar türbininin aşırı yüksek hızına neden olmayacak şekilde mümkün olduğunca doygun hale getirilmeli ve jeneratörün çıkış gücü keskin bir şekilde artarak, şarj cihazı ve invertör üzerinde aşırı etkiye neden olacaktır. Jeneratörün aşırı ısınması, böylece zarar. .

6.3 Rüzgar türbinlerinin jeneratör çıkış karakteristikleri ile eşleşme karakteristikleri

(1) Rüzgar türbini çalıştırıldıktan sonra, jeneratörün mümkün olan en kısa sürede elektrik üretmesi gerekir, yani rüzgar enerjisi düşük bir rüzgar hızı aralığında tutulabilir. Bu, teknik şartnamelerin gerektirdiği gibi (6), jeneratörün başlangıç torku mümkün olduğu kadar küçüktür, böylece rüzgar türbini mümkün olan en kısa sürede devreye girebilir.

(2) Jeneratörün rüzgar türbini ile eşleştirerek en iyi rüzgar enerjisini elde etmek için, P = f (n) jeneratörünün, anma noktasından önce kuadratik parabolik bir ilişkiye sahip olması umulur.