Konstrukcijske lastnosti majhne vetrne turbine s stalnim magnetom
Za male vetrne elektrarne so bili uporabljeni generatorji enosmernega toka, elektromagnetni alternatorji, generatorji s krempljenimi palicami, generatorji reluktance in induktivni generatorji. Z razvojem tehnologije materialov s trajnimi magneti se je močno izboljšal magnetni produkt trajnih magnetnih materialov, danes pa se večinoma uporabljajo generatorji s trajnimi magneti. Ta tip motorja je boljši od prejšnjih tipov generatorjev v smislu električne učinkovitosti in varnosti. Ker je mesto uporabe tega tipa generatorja drugačno od tistega pri splošnem generatorju, imajo njegove tehnične zahteve svoje posebnosti in se morajo po zmogljivosti dobro ujemati z vetrno turbino. Zato se izvajajo nekatere analize o več problemih v tej vrsti generatorja. In raziskati.
2 tehnične zahteve
Slika 1 je shematski diagram naprave za proizvodnjo majhne vetrne energije. Veter poganja vetrno kolo, da pretvori vetrno energijo v mehansko energijo. Vetrni koles poganja generator, pretvarja mehansko energijo v električno energijo in popravlja in odvaja. Zasnova tega tipa generatorja mora najprej izbrati tip generatorja in rektifikacijsko linijo; določite izračunano moč rektifikacije, nazivno moč, napetost, hitrost in tako naprej. Glavne tehnične zahteve za to so:
(1) nazivna izhodna moč PN (W); (2) nazivna izhodna napetost (DC) UN (V); (3) nazivna hitrost NN (r / min); (4) učinkovitost generatorja η (); (5) navor TN (Nm) začetnega upora; (6) pri nazivni hitrosti 65, napetost brez obremenitve generatorja ne sme biti nižja od nazivne napetosti; (7) pri 150 nazivnih vrtljajih mora biti generator sposoben preobremenitve pri nazivni napetosti 2min; (8) Generator mora biti sposoben prenesti 2-kratno nazivno hitrost pod pogoji brez obremenitve, ki traja 2 minuti, struktura rotorja ne sme biti poškodovana in škodljiva deformacija; (9) Generator mora preprečiti dež, sneg, pesek in strele.
Poleg tega mora izpolnjevati tudi tehnične zahteve za splošno izolacijo motorja, tlačno odpornost, mehansko trdnost in tako naprej.
Tehnične zahteve (5), (6), (7), (8) so posebne zahteve za vetrne turbine, ki bodo ločeno analizirane spodaj.
3 izbira elektromagnetne obremenitve
Praksa sodobne proizvodnje motorjev in dolgotrajno delovanje motorja navadno določata območje napetosti vodov As in magnetno obremenitev Bδ konstruiranega motorja. Če je produkt As in Bδ enak, potem razmerje med As in Bδ določa različne parametre generatorja, indeks moči energije in maso. Ko je Bδ velik in kot je nizek, je generator bogat z železom, in ko je As velik in Bδ majhen, je generator bogat z bakrom.
Električna obremenitev motorja se meri z gostoto toka j (A / mm2) navitja motorja in obremenitvijo vodnika As (A / cm). Večja je električna obremenitev, večja je izguba bakra. Za vetrne turbine z nizko porabo je na splošno nizkonapetostna in visokonapetostna. Zlasti generatorji pod 1 kW se večinoma uporabljajo pri 24, 36 V ali 48 V (popravljeni DC), pri čemer je nazivni tok takšnih motorjev velik. Pri generatorjih z nizko močjo od 1 do 10 kW ni mogoče upoštevati visokih nazivnih izhodnih napetosti. Ker ta vrsta generatorja večinoma uporablja akumulatorsko baterijo, je napetost visoka, uporabiti je treba več baterij, kar poveča stroške celotnega stroja, kar je strankam težko sprejeti. Skratka, obremenitev vetrnih turbin z nizko porabo je razmeroma visoka in je bogata z bakrom. Izguba bakra pri motorju je velika in predstavlja približno 70% skupne izgube motorja. To je objektivna situacija. Poleg tega se poveča izhodna moč generatorja, ko se poveča hitrost vetra, kot je prikazano na sliki 2. Moč generatorja se poveča in toplota se poveča. Ker pa se poveča hitrost vetra, se stanje izgube toplote močno izboljša. Zato za ta tip generatorja ne smemo upoštevati standarda izbire As za splošni motor in lahko izberemo višjo vrednost As, kar je tako zahtevano kot dovoljeno. Na primer, splošni motor z majhno močjo As je 60 do 80 A / cm; in As tipa generatorja lahko vzamemo kot 100 do 150 A / cm; in generator aerogen Kot je z visoko učinkovitostjo vbrizgavanja goriva hlajenje lahko doseže približno 300 A / cm. Zato je treba pri izbiri As upoštevati izgubo motorja, učinkovitost, odvajanje toplote in uporabo ter pridobiti razumno vrednost.
Izbira magnetne obremenitve Bδ je lahko popolnoma v skladu s splošnimi načeli motorične teorije in tukaj ne bo opisana.
4 stator
4.1 reže statorja
Na podlagi visoke električne obremenitve te vrste generatorja je izguba bakra velika. Pri načrtovanju generatorja je treba zmanjšati širino zob in debelino jarma, da zagotovimo površino utora z zagotavljanjem zadostne mehanske trdnosti in gostote magnetnega pretoka. Povečajte površino žice statorskega navitja, zmanjšajte porabo bakra in izboljšajte učinkovitost generatorja. To ni nekaj, kar je upošteval vsak proizvajalec. Pogosto zaradi tanjših žic navitja statorja lahko zadostijo konstrukcijske zahteve med začetnim delovanjem generatorja. Po 2 do 3 urah delovanja se temperatura močno dvigne in izhodna moč hitro pada, tako da nazivna izhodna moč ne ustreza zahtevam.
4.2 navitje statorja
Tehnične zahteve vetrnih turbin z majhno močjo (5) uvajajo koncept navor vrtilnega upora generatorja, ker se oprema za vetrno energijo večinoma vrti na desetine do več sto vrtljajev, da bi zmanjšala povezave, zmanjšala stroške in izboljšala zanesljivost. Vetrno kolo naprave je neposredno povezano z gredjo generatorja. To zahteva zmanjšanje upornega momenta, ki ga povzroča učinek stiskanja generatorja, tako da se pri nizki hitrosti vetra (2 do 3 m / s) lahko hitreje zažene vetrna turbina in čim prej proizvede elektriko. V ta namen je nacionalni standard GB10760.1-89 navedel zahteve, glej spodnjo tabelo.
Moč (W) 501002003005001000 največji navor začetnega upora (Nm) 0.200.300.350.501.201.50
Iz teorije motorja, statorskega žleba, poševnega rotorja in statorskega navitja statorja se lahko zmanjša uporni moment, ki ga povzroča učinek zobcevanja in izpolnjuje tehnične zahteve. Vendar pa je bilo dokazano, da je delno navitje reže najbolj učinkovit način za zmanjšanje upornega navora.
Uporaba statorskega žleba je v procesu razmeroma lahko izvedljiva, vendar učinek ni očiten in če je razdalja padalke prevelika, bo to vplivalo na električno zmogljivost generatorja; s poševnim rotorjem rotorja se magnet magnetnega rotorja in magnetni pol zavita v razumno velikost. Postopek je težaven in učinek ni očiten; zato se večinoma uporabljajo delni navitiji.
Delno navijanje:
Število rež na fazo na pol q = Zs / 2mp = ac / d
Število rež na polu Q = Zs / 2p = AC / D
Kjer je: Zs število statorskih rež; m ni število faz navijanja; p je število parov generatorskih polov; A, a je celo število; c / d, C / D je nespremenljiva frakcija.
Teorija in praksa dokazujeta, da je večji D, manjši je začetni uporni moment generatorja [5]. Poleg tega se z naraščanjem vrednosti q zmanjša impedanca negativnega zaporedja in reaktanca puščanja, kar upamo. Hkrati pa se zaradi pretiranega povečanja vrednosti q zmanjša zmožnost generatorja za zatiranje višjih harmonikov, kar se je treba izogibati. Torej, dokler je izpolnjena zahteva upornega navora, ki jo določa nacionalni standard, večja je vrednost q, tem bolje.
Izračunali smo in dejansko testirali vrtilni moment več generatorjev, iz katerega lahko določimo koordinacijo zob, glej sliko 3.
5 rotor
Hitrost vetrne turbine male naprave za proizvodnjo električne energije je več deset do sto obratov na minuto, rotor generatorja pa je neposredno povezan z vetrnim kolesom. Hitrost rotorja določa, da je generator večpolni generator nizke hitrosti; rotor je na splošno izdelan iz ferita in neodim-železo-borov magnet, tangencialna struktura; struktura rotorja mora biti trdna in prenesti vpliv nenadnih sprememb hitrosti vetra brez poškodb ali poškodb. In deformacija. To je jasno navedeno v tehničnih zahtevah (7) in (8). Problem rotorja bomo obravnavali v posebnem članku.
6 značilnosti
6.1 DC izhodna napetost
Generator oddaja napetost izmeničnega toka, da popravi in napolni baterijo. V skladu z nacionalnim standardom mora biti popravljena napetost 2V višja od standardne 12V baterije, to pomeni, da je izhodna napetost generatorja 14V, 28V, 42V, 56V ... Vendar pa je bilo dokazano, da je ta ureditev izvedljiva za območja z zelo bogatimi viri vetra, toda za vire vetra so območja, ki se lahko uporabljajo, nizka. Nekateri ljudje so uporabljali za proizvodnjo 42V (DC) v notranjem območju jezerske kulture Jiangsu Neihu. Generator je bil priključen na dve vrsti baterij (24V) in brez težav je deloval dobro. Zato je pri načrtovanju generatorja treba vedeti, da mora biti vir vetra na območju, kjer se uporablja vetrna turbina, na splošno višji od 4 V, da se lahko v celoti izkoristijo dragoceni viri vetra.
6.2 Izhodne značilnosti
Razmerje med izhodno močjo P in hitrostjo n ni potrebno za splošne generatorje in je pomembno za take generatorje. Slika 2 prikazuje merjene karakteristike generatorja DYF-600. Zaradi posebnih zahtev vetrne turbine potrebujejo generatorje za proizvodnjo električne energije pri nizkih hitrostih vetra, medtem ko so izhodne karakteristike čim bolj mehke od ocenjenih hitrosti vetra. Zato mora biti pri načrtovanju generatorja magnetni krog čim bolj nasičen, tako da ne povzroča pogostih prekoračitev hitrosti vetrne turbine, in močno se povečuje izhodna moč generatorja, kar povzroča prevelik vpliv na polnilnik in pretvornik ter pregrevanje generatorja, s čimer se poškoduje. .
6.3 Ujemanje značilnosti vetrnih turbin z izhodnimi karakteristikami generatorja
(1) Po zagonu vetrne turbine je generator potreben za čim hitrejšo proizvodnjo električne energije, kar pomeni, da se lahko vetrna energija zajame v območju nizke hitrosti vetra. To je v skladu s tehničnimi zahtevami (6), začetni navor generatorja je čim manjši, tako da se lahko vetrna turbina čim prej prekine.
(2) Upamo, da ima generator P = f (n) kvadratno parabolično razmerje pred nazivno točko, da doseže najboljšo energijo vetra z usklajevanjem generatorja z vetrno turbino.
