ميزات التصميم من التوربينات الريحية المغناطيسية AC الصغيرة
تم استخدام مولدات التيار المباشر ، والمولدات الكهرومغناطيسية ، ومولدات مخلب القطب ، ومولدات التردد ، ومولدات الحث لمحطات طاقة الرياح الصغيرة. مع تطوير تكنولوجيا المواد المغناطيسية الدائمة ، تم تحسين منتج الطاقة المغناطيسية لمواد المغناطيس الدائم بشكل كبير ، وتستخدم مولدات المغناطيس الدائم بشكل رئيسي في الوقت الحاضر. هذا النوع من المحركات يتفوق على أنواع المولدات السابقة من حيث الأداء الكهربائي والسلامة. وبما أن مكان تطبيق هذا النوع من المولدات يختلف عن مولد مولد عام ، فإن متطلباته الفنية لها خصوصيتها ، ويجب أن يكون لها تطابق جيد مع توربينات الرياح من حيث الأداء. لذلك ، يتم إجراء بعض التحليل على العديد من المشاكل في هذا النوع من المولد. واستكشف.
2 المتطلبات التقنية
الشكل 1 هو رسم بياني تخطيطي لجهاز صغير لتوليد طاقة الرياح. تدفع الرياح عجلة الرياح لتدوير ، وتحويل طاقة الرياح إلى طاقة ميكانيكية. تدفع عجلة الرياح المولد إلى الدوران ، وتحول الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية ، وتصحح والمخرجات. يجب أن يحدد تصميم هذا النوع من المولدات أولاً نوع المولد وخط التصحيح ؛ تحديد قوة تصحيح المحسوبة ، السلطة المقدرة ، الجهد ، السرعة ، وهلم جرا. المتطلبات الفنية الرئيسية لذلك هي:
(1) تصنيف انتاج الطاقة PN (W) ؛ (2) تصنيف انتاج التيار الكهربائي (العاصمة) الامم المتحدة (الخامس) ؛ (3) السرعة المقدرة NN (r / min) ؛ (4) كفاءة المولدات () ؛ (5) بدء عزم دوران المقاومة TN (Nm) ؛ (6) بسرعة 65 درجة ، لا ينبغي أن يكون الفولتية غير المولدة للمولد أقل من الجهد المقنن ؛ (7) بسرعة 150 درجة ، يجب أن يكون المولدات قادرة على العمل الزائد تحت الجهد الكهربائي المصنّف 2 دقيقة ؛ (8) يجب أن يكون المولد قادرًا على تحمل 2 أضعاف السرعة المقدرة في ظل ظروف عدم التحميل ، ودائمًا لمدة دقيقتين ، ويجب ألا يتضرر هيكل الدوار وأن يتسبب في تشوه ضار ؛ (9) يجب أن يتمكن المولد من منع المطر والثلج والرمل والبرق.
بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن تلبي المتطلبات التقنية لعزل المحرك العام ، مقاومة الضغط ، القوة الميكانيكية وهلم جرا.
المتطلبات الفنية (5) ، (6) ، (7) ، (8) هي متطلبات خاصة لتوربينات الرياح ، والتي سيتم تحليلها بشكل منفصل أدناه.
3 اختيار الحمل الكهرومغناطيسي
إن ممارسة التصنيع الحديث للمحرك والتشغيل طويل المدى للمحرك يعطيان عمومًا نطاق حمل الخط As والحمل المغنطيسي Bδ للمحرك المصمم. عندما يكون منتج As و Bδ هو نفسه ، فإن النسبة بين As و Bδ تحدد المعلمات المختلفة للمولد ، ومؤشر قوة الطاقة والكتلة. عندما يكون Bδ كبيرًا ومتدنيًا ، يكون المولد غنيًا بالحديد ، وعندما يكون حجمه كبيرًا و Bδ صغيرًا ، يكون المولد غنيًا بالنحاس.
يتم قياس الحمل الكهربي للمحرك بالكثافة الحالية j (A / mm2) لملف المحرك وحمل الخط باسم (A / cm). كلما كان الحمل الكهربائي أكبر ، كلما كان فقدان النحاس أكبر. بالنسبة لتوربينات طاقة منخفضة الطاقة ، فهي عادةً ذات فولتية منخفضة وعالية التيار. على وجه الخصوص ، تستخدم المولدات أقل من 1 كيلوواط في الغالب في 24 ، 36 فولت أو 48 فولت (DC مُعَقَّمة) ، والتيار المقنن لهذه المحركات كبير. ﺑﺎﻟﻧﺳﺑﺔ ﻟﻣوﻟدات اﻟطﺎﻗﺔ اﻟﻣﻧﺧﻔﺿﺔ ﻣن 1 إﻟﯽ 10 ﮐﯾﻟووات ، ﻻ ﯾﻣﮐن اﺗﺧﺎذ ﺟﮭود ﺧرج ﻣرﺗﻔﻌﺔ. نظرًا لأن هذا النوع من المولدات يستخدم بشكل أساسي تخزين طاقة البطارية ، فإن الجهد مرتفع ، ويجب استخدام المزيد من البطاريات ، مما يزيد من تكلفة الماكينة بأكملها ، الأمر الذي يصعب على العملاء قبوله. وباختصار ، فإن حمل خط طاقة التوربينات منخفض الطاقة مرتفع نسبياً ، وهو مولد غني بالنحاس. فقدان النحاس في المحرك كبير ، وهو ما يمثل حوالي 70 ٪ من إجمالي خسارة المحرك. هذا هو موقف موضوعي. بالإضافة إلى ذلك ، تزداد قوة خرج المولد مع زيادة سرعة الرياح ، كما هو موضح في الشكل 2. تزداد قوة المولد وتزداد الحرارة. ومع ذلك ، مع زيادة سرعة الرياح ، يتم تحسين حالة تبديد الحرارة بشكل كبير. لذلك ، بالنسبة لهذا النوع من المولدات ، يجب عدم الالتزام بمعيار اختيار المحرك العام (As) للمحرك العام ، وكلما كانت أعلى يمكن تحديد القيمة ، وهو أمر مطلوب ومسموح به. على سبيل المثال ، محرك الطاقة الصغير العام كما هو 60 إلى 80 A / cm ؛ ويمكن اعتبار نوع المولد من 100 إلى 150 A / cm ؛ ومولد الهوائي باستخدام التبريد بالوقود عالي الكفاءة يمكن أن يصل إلى حوالي 300 A / cm. لذلك ، يجب أن يراعي اختيار "As" خسارة المحرك وكفاءته وتبديده وتطبيقه والحصول على قيمة معقولة.
اختيار الحمل المغناطيسي Bδ يمكن أن يكون متوافقا تماما مع المبادئ العامة لنظرية المحرك ، ولن يتم وصفه هنا.
4 الجزء الثابت
4.1 فتحات الجزء الثابت
استناداً إلى الحمل الكهربائي العالي لهذا النوع من المولدات ، فإن خسارة النحاس كبيرة. عند تصميم المولد ، يجب تقليل عرض السن وسمك الوخز لضمان منطقة الأخدود من خلال ضمان قوة ميكانيكية وكثافة تدفق مغناطيسي كافية. زيادة مساحة الأسلاك في لفائف الجزء الثابت ، وتقليل استهلاك النحاس ، وتحسين كفاءة المولد. هذا شيء لا يعتبره كل مصنع. في كثير من الأحيان بسبب أسلاك لفائف الجزء الثابت الأرفع ، يمكن تلبية متطلبات التصميم أثناء التشغيل الأولي للمولد. بعد 2 إلى 3 ساعات من التشغيل ، ترتفع درجة الحرارة بشكل حاد وتخفض طاقة الخرج بسرعة ، بحيث لا تستوفي طاقة الخرج المصنفة المتطلبات.
4.2 لفائف الجزء الثابت
توفر المتطلبات التقنية لتوربينات طاقة منخفضة الطاقة (5) مفهوم مولد يبدأ عزم دوران المقاومة ، لأن معدات توليد طاقة الرياح الصغيرة تدور بشكل عام من عشرات إلى مئات الثورات ، من أجل تقليل الروابط وخفض التكاليف وتحسين الموثوقية. تقترن عجلة الرياح في الجهاز مباشرة إلى عمود المولد. وهذا يتطلب تقليل عزم المقاومة الذي يولده تأثير مولد المولد ، حتى عندما تكون سرعة الرياح منخفضة (من 2 إلى 3 متر / ثانية) ، يمكن تشغيل توربين الرياح بسرعة وتوليد الكهرباء في أقرب وقت ممكن. تحقيقا لهذه الغاية ، وضعت معيار وطني GB10760.1-89 المتطلبات ، انظر الجدول أدناه.
قوة (W) 501002003005001000 أقصى عزم دوران مقاومة انطلاق (Nm) 0.200.300.350.501.201.50
من نظرية المحرك ، يمكن أن يؤدي المزلق الثابت ، والقطب المائل الدوار وفتحة الجزء الكسري الثابت إلى تقليل عزم المقاومة الذي يسببه تأثير الضبط ويستوفي المتطلبات الفنية. ومع ذلك ، فقد ثبت أن لف الفتحة الكسرية هي الطريقة الأكثر فعالية لتقليل عزم المقاومة.
من السهل نسبياً استخدام الشلال الثابت في العملية ، ولكن التأثير ليس واضحاً ، وإذا كانت مسافة المزلقة كبيرة جداً ، سيتأثر الأداء الكهربائي للمولد ؛ باستخدام القطب المائل الدوار ، فإن مغناطيس الدوار والقطب المغناطيسي ملتويان إلى حجم معقول. العملية صعبة والأثر غير واضح ؛ لذلك ، يتم استخدام معظم ملفات الكسور الجزئية.
فتحات الكسر الجزئي:
عدد الفتحات لكل مرحلة لكل عمود q = Zs / 2mp = ac / d
عدد الفتحات لكل عمود Q = Zs / 2p = AC / D
حيث: Zs هو عدد فتحات الجزء الثابت ؛ م ليس عدد مراحل اللف؛ p هو عدد أزواج أقطاب المولد ؛ أ ، هو عدد صحيح. ج / د ، C / D هو جزء غير القابل للاختزال.
أثبتت النظرية والممارسة أن أكبر D هو ، أصغر عزم دوران المقاومة المبدئي للمولد [5]. بالإضافة إلى ذلك ، كلما زادت قيمة q ، تقل معاوقة التتابع السلبي وتقل مفاعلة التسرب ، وهو ما نأمل. في الوقت نفسه ، ومع ذلك ، زيادة قيمة q بشكل مفرط ، يتم تقليل قدرة المولد لقمع التوافقيات أعلى ، وهذا ينبغي تجنبه. لذلك ، طالما تم استيفاء متطلبات عزم المقاومة المحددة بواسطة المعيار الوطني ، كلما كانت القيمة q أكبر ، كلما كان ذلك أفضل.
قمنا بحساب واختبار عزم الدوران للعديد من المولدات ، والتي يمكننا من خلالها تحديد تنسيق الأسنان ، انظر الشكل 3.
5 الدوار
تبلغ سرعة توربينات الرياح لجهاز صغير لتوليد الطاقة من الرياح عشرات إلى مئات الثورات في الدقيقة ، ويرتبط دوار المولد مباشرة بعجلة الرياح. تحدد سرعة الدوار أن المولد عبارة عن مولد منخفض السرعة متعدد الأقطاب ؛ يتكون الدوار عادة من مغناطيس الفريت والنيوديميوم-الحديد-البورون ، وهيكل عرضي. يجب أن يكون هيكل الدوار ثابتًا ويمكن أن يتحمل تأثير التغيرات المفاجئة في سرعة الرياح دون حدوث تلف أو تلف. والتشوه. وهذا واضح في المتطلبات الفنية (7) و (8). ستتم مناقشة مشكلة الدوار في مقالة خاصة.
6 خصائص
6.1 انتاج التيار الكهربائي
ينتج المولد جهد التيار المتناوب لتصحيح وتصحيح البطارية. وفقا للمعايير الوطنية ، يجب أن يكون الجهد المعدل 2V أعلى من بطارية 12V القياسية ، وهذا هو الجهد الناتج المولد هو 14V ، 28V ، 42V ، 56V ... ومع ذلك ، فقد ثبت أن هذه اللائحة هي مجدية للمناطق مع موارد الرياح الوفيرة ، ولكن بالنسبة لموارد الرياح ، فإن المناطق التي يمكن استخدامها منخفضة. اعتاد بعض الناس على إنتاج 42V (DC) في منطقة بحيرة البحيرة الداخلية في Jiangsu Neihu. تم توصيل المولد بسلسلتين من البطاريات (24V) وكان يعمل بشكل جيد دون مشاكل خطيرة. لذلك ، عند تصميم مولد ، يجب أن يكون معروفًا أن مصدر الريح في المنطقة التي تستخدم فيها التوربينات الريحية يجب أن يكون أعلى من 4V بشكل عام للاستفادة الكاملة من موارد الرياح القيمة.
6.2 خصائص الانتاج
لا تعتبر العلاقة بين طاقة الخرج P والسرعة n مطلوبة للمولدات العامة وهي مهمة لمثل هذه المولدات. يبين الشكل 2 الخصائص المقاسة لمولد DYF-600. ونظراً لمتطلبات محددة ، تتطلب توربينات الرياح مولدات لتوليد الكهرباء عند سرعات الرياح المنخفضة ، في حين أن خصائص الخرج تتسم بالمرونة قدر الإمكان فوق سرعة الرياح المقدرة. لذلك ، عند تصميم المولد ، يجب تشبع الدائرة المغنطيسية قدر الإمكان ، حتى لا تسبب السرعة الزائدة لتوربينات الرياح ، وتزداد قوة خرج المولد بحدة ، مما يتسبب في تأثير كبير على الشاحن والعاكس و ارتفاع درجة حرارة المولد ، وبالتالي إتلاف. .
6.3 خصائص مطابقة لتوربينات الرياح ذات خصائص خرج المولد
(1) بعد بدء تشغيل التوربينات الريحية ، يتعين على المولد توليد الكهرباء في أقرب وقت ممكن ، أي أن طاقة الرياح يمكن التقاطها في نطاق سرعة الرياح المنخفض. كما هو مطلوب من قبل المتطلبات الفنية (6) ، يكون عزم بدء تشغيل المولد صغيرًا قدر الإمكان ، بحيث يمكن تشغيل توربين الرياح في أقرب وقت ممكن.
(2) من المأمول أن يكون للمولد P = f (n) علاقة مكافئة تربيعية قبل النقطة المقدرة للحصول على أفضل طاقة ريحية عن طريق مطابقة المولد مع توربين الرياح.
