Característiques del disseny de la petita turbina eòlica d'imant permanent AC
S'han utilitzat generadors de CC, alternadors electromagnètics, generadors de pols, generadors de reticències i generadors inductius per a petites centrals eòliques. Amb el desenvolupament de la tecnologia de materials d'imants permanents, el producte d'energia magnètica dels materials d'imants permanents ha estat molt millorat, i els generadors d'imants permanents s'utilitzen principalment en l'actualitat. Aquest tipus de motor és superior als antics tipus de generadors en termes de rendiment i seguretat elèctrics. Atès que el lloc d'aplicació d'aquest tipus de generador és diferent del d'un generador general, els seus requisits tècnics tenen la seva particularitat, i ha de tenir una bona relació amb l'aerogenerador pel que fa a rendiment. Per tant, es realitza una anàlisi sobre diversos problemes en aquest tipus de generadors. I explora.
2 requisits tècnics
La figura 1 és un diagrama esquemàtic d'un petit dispositiu de generació d'energia eòlica. El vent impulsa la roda del vent per girar, convertint l'energia eòlica en energia mecànica. La roda del vent condueix el generador a girar, converteix l'energia mecànica en energia elèctrica, rectifica i produeix. El disseny d'aquest tipus de generador primer ha de seleccionar el tipus de generador i la línia de rectificació; determina la potència de rectificació calculada, la potència nominal, la tensió, la velocitat, etc. Els principals requisits tècnics per a això són:
(1) potencia de sortida nominal PN (W); (2) tensió de sortida nominal (DC) ONU (V); (3) velocitat nominal NN (r / min); (4) eficiència del generador η (); (5) Parell de resistència inicial TN (Nm); (6) a 65 velocitats, la tensió sense càrrega del generador no ha de ser inferior a la tensió nominal; (7) a la velocitat nominal de 150, el generador hauria de poder sobrecarregar el funcionament sota tensió nominal de 2 minuts; (8) El generador hauria de poder suportar 2 vegades la velocitat nominal en condicions de no-càrrega, duent 2 minuts, l'estructura del rotor no ha de ser danyada i la deformació nociva; (9) El generador hauria de poder prevenir la pluja, la neu, la sorra i el llamp.
A més, també hauria de complir els requisits tècnics de l'aïllament general del motor, la resistència a la pressió, la força mecànica, etc.
Els requisits tècnics (5), (6), (7), (8) són requisits especials per als aerogeneradors, que s'analitzaran per separat a continuació.
3 selecció de càrrega electromagnètica
La pràctica de la fabricació de motors moderns i el funcionament a llarg termini del motor generalment donen el rang de la càrrega de la línia As i la càrrega magnètica Bδ del motor dissenyat. Quan el producte d'As i Bδ és el mateix, llavors la relació entre As i Bδ determina els diferents paràmetres del generador, l'índex d'energia de força i la massa. Quan Bδ és gran i Com que és baix, el generador és ric en ferro, i quan és gran i Bδ és petit, el generador és ric en coure.
La càrrega elèctrica del motor es mesura per la densitat de corrent j (A / mm2) del corrent del motor i la càrrega de la línia As (A / cm). Com més gran sigui la càrrega elèctrica, major serà la pèrdua de coure. Per a aerogeneradors de baixa potència, generalment és de baixa tensió i d'alta corrent. En particular, els generadors per sota d'1 kW s'utilitzen principalment a 24, 36 V o 48 V (corregir DC), i la corrent nominal d'aquests motors és gran. Per a generadors de baixa potència d'1 a 10 kW, no es poden prendre tensions de sortida d'alta qualitat. Com que aquest tipus de generador utilitza principalment l'emmagatzematge d'energia de la bateria, la tensió és alta, cal utilitzar més bateries que augmenten el cost de tota la màquina, cosa que és difícil per als clients acceptar. En resum, la càrrega de la línia de turbina eòlica de baixa potència és relativament alta, i és un generador ric en coure. La pèrdua de coure del motor és gran, que representa aproximadament el 70% de la pèrdua total del motor. Aquesta és una situació objectiva. A més, la potència de sortida del generador augmenta a mesura que augmenta la velocitat del vent, tal com es mostra a la Figura 2. La potència del generador s'incrementa i s'incrementa la calor. No obstant això, a mesura que augmenta la velocitat del vent, la condició de dissipació de calor es millora considerablement. Per tant, per a aquest tipus de generador, no s'haurà d'adherir a l'estàndard de selecció del motor general, i es pot seleccionar el valor de més alt que es requereix i es permet. Per exemple, el motor general de petita potència com és 60 a 80 A / cm; i el tipus del generador es pot prendre de 100 a 150 A / cm; i el generador d'aerògens. L'ús de refrigeració d'injecció de combustible d'alta eficiència pot arribar a uns 300 A / cm. Per tant, l'elecció de com ha de tenir en compte la pèrdua del motor, l'eficiència, la dissipació de calor i l'aplicació, i obtenir un valor raonable.
L'elecció de la càrrega magnètica Bδ pot estar completament d'acord amb els principis generals de la teoria del motor i no es descriu aquí.
4 estator
4.1 ranures d'estator
Partint de la gran càrrega elèctrica d'aquest tipus de generadors, la pèrdua de coure és gran. Quan es dissenyi el generador, s'ha de minimitzar l'ample de la dent i el gruix del ió per garantir la superfície de la ranura assegurant la suficient resistència mecànica i la densitat de flux magnètic. Augmenteu l'àrea de filferro del bobinat de l'estator, reduïu el consum de coure i milloreu l'eficiència del generador. Això no és una cosa que cada fabricant ha considerat. Sovint, a causa dels fils de bobinat de l'estator més prim, es poden complir els requisits de disseny durant el funcionament inicial del generador. Després de 2 a 3 hores de funcionament, la temperatura augmenta bruscament i la potència de sortida cau ràpidament, de manera que la potència nominal de sortida no compleix els requisits.
4.2 liquidació de l'estator
Els requisits tècnics dels aerogeneradors de baixa potència (5) presenten el concepte de parell de resistència d'arrencada del generador, ja que el petit equip de generació d'energia eòlica gira, generalment, a desenes a centenars de revolucions, per reduir els enllaços, reduir costos i millorar la fiabilitat. La roda del vent del dispositiu està directament acoblada a l'eix del generador. Això requereix minimitzar el parell de resistència generat per l'efecte d'encoixinat del generador, de manera que quan la velocitat del vent sigui baixa (2 a 3 m / s), l'aerogenerador es pot iniciar ràpidament i generar electricitat el més aviat possible. A aquest efecte, la norma nacional GB10760.1-89 presenta els requisits, vegeu la taula següent.
Potència (W) 501002003005001000 parell màxim de resistència d'arrencada (Nm) 0.200.300.350.501.201.50
A partir de la teoria del motor, el canal d'estator, el pal inclinador del rotor i el bobinat de la ranura fraccionària de l'estator poden reduir el parell de resistència causat per l'efecte de trossejament i complir amb els requisits tècnics. No obstant això, s'ha demostrat que el devanament de la ranura fraccionada és la forma més efectiva de reduir el parell de resistència.
L'ús del canal d'estator és relativament fàcil d'implementar en el procés, però l'efecte no és obvi, i si la distància de la canonada és massa gran, el rendiment elèctric del generador es veurà afectat; utilitzant el pal oblic del rotor, l'imant del rotor i el pol magnètic es retorcen a una mida raonable. El procés és difícil i l'efecte no és obvi; per tant, els bobinatges de les ranures fraccionals s'utilitzen principalment.
Tramvies fraccionades:
Nombre de tragamonedas per fase per pole q = Zs / 2mp = ac / d
Nombre de tragamonedas per pole Q = Zs / 2p = AC / D
On: Z és el nombre de slots d'estator; m no és el nombre de fases de liquidació; p és la quantitat de parells de pols generadors; A, a és un enter; c / d, C / D és una fracció irreductible.
La teoria i la pràctica demostren que la major D és, com més petit és el parell de resistència de partida del generador [5]. A més, a mesura que augmenta el valor de q, la impedància de seqüència negativa disminueix i la reactància de fuga disminueix, que és el que esperem. Al mateix temps, però, augmentant excessivament el valor de q, la capacitat del generador per suprimir armónicos superiors es redueix, i això s'ha d'evitar. Per tant, sempre que es compleixi el requisit de parell de resistència especificat per la norma nacional, major serà el valor q, millor.
Hem calculat i realment provat el parell de diversos generadors, dels quals podem determinar la coordinació de les dents, vegeu la Figura 3.
5 rotor
La velocitat de la turbina eòlica d'un petit dispositiu de generació d'energia eòlica és de desenes a centenars de revolucions per minut, i el rotor del generador està directament acoblat a la roda del vent. La velocitat del rotor determina que el generador és un generador polivalent de baixa velocitat; el rotor generalment està format per imants de ferrita i neodimi-ferro-boro, estructura tangencial; l'estructura del rotor ha de ser ferma i resistir l'impacte de canvis sobtats en la velocitat del vent sense danys ni danys. I deformació. Això queda clarament establert en els requisits tècnics (7) i (8). El problema del rotor serà discutit en un article especial.
6 característiques
6.1 Tensió de sortida DC
El generador produeix una tensió de corrent altern per rectificar i carregar la bateria. Segons la norma nacional, la tensió rectificada hauria de ser superior a 2V que la bateria estàndard de 12V, és a dir, la tensió de sortida del generador és de 14V, 28V, 42V, 56V ... No obstant això, s'ha demostrat que aquesta regulació és factible per a zones amb recursos eòlics molt abundants, però per als recursos eòlics, les zones que es poden utilitzar són baixes. Algunes persones solien produir 42V (DC) a la zona de cultura del llac interior de Jiangsu Neihu. El generador estava connectat a dues sèries de bateries (24V) i funcionava bé sense problemes greus. Per tant, al dissenyar un generador, cal saber que l'origen del vent a la zona on s'utilitza l'aerogenerador hauria de ser, en general, superior a 4 V per aprofitar al màxim els recursos eòlics valuosos.
6.2 Característiques de sortida
La relació entre la potència de sortida P i la velocitat n no és necessària per als generadors generals i és important per a aquests generadors. La Figura 2 mostra les característiques mesurades del generador DYF-600. A causa de requisits específics, les turbines eòliques requereixen generadors per generar electricitat a baixes velocitats del vent, mentre que les característiques de sortida són el més suau possible per sobre de la velocitat del vent nominal. Per tant, al dissenyar el generador, el circuit magnètic s'ha de saturar tant com sigui possible, de manera que no produeixi una sobrecàrrega freqüent de l'aerogenerador, i la potència de sortida del generador augmenta bruscament, causant un impacte excessiu sobre el carregador i l'inversor i sobreescalfament del generador, perjudicant així. .
6.3 Característiques coincidents d'aerogeneradors amb característiques de sortida del generador
(1) Després de la posada en marxa de l'aerogenerador, el generador necessita generar electricitat el més aviat possible, és a dir, l'energia eòlica es pot capturar en un rang de velocitat del vent baix. Això és el que exigeixen els requisits tècnics (6), el parell inicial del generador és el més petit possible, de manera que la turbina eòlica es pugui posar en funcionament el més aviat possible.
(2) S'espera que el generador P = f (n) tingui una relació parabòlica quadràtica abans del punt nominal per obtenir la millor energia eòlica associant el generador amb l'aerogenerador.
