Χαρακτηριστικά σχεδιασμού μικρής ανεμογεννήτριας μόνιμου μαγνήτη AC
Οι γεννήτριες συνεχούς ρεύματος, οι ηλεκτρομαγνητικοί εναλλάκτες, οι γεννήτριες πόλων νυχιών, οι γεννήτριες απροθυμίας και οι επαγωγικές γεννήτριες έχουν χρησιμοποιηθεί για μικρούς αιολικούς σταθμούς. Με την ανάπτυξη της τεχνολογίας υλικών μόνιμου μαγνήτη, το μαγνητικό ενεργειακό προϊόν των υλικών μόνιμου μαγνήτη έχει βελτιωθεί σημαντικά και χρησιμοποιούνται σήμερα γεννήτριες μόνιμου μαγνήτη. Αυτός ο τύπος κινητήρα είναι ανώτερος από τους προηγούμενους τύπους γεννητριών όσον αφορά την ηλεκτρική απόδοση και την ασφάλεια. Δεδομένου ότι η θέση εφαρμογής αυτού του τύπου γεννήτριας είναι διαφορετική από αυτή της γενικής γεννήτριας, οι τεχνικές της απαιτήσεις έχουν την ιδιαιτερότητά της και πρέπει να ταιριάζουν με τον ανεμογεννήτη σε όρους απόδοσης. Επομένως, πραγματοποιείται κάποια ανάλυση για αρκετά προβλήματα σε αυτόν τον τύπο γεννήτριας. Και εξερευνήστε.
2 τεχνικές απαιτήσεις
Το σχήμα 1 είναι ένα σχηματικό διάγραμμα μιας μικρής συσκευής παραγωγής αιολικής ενέργειας. Ο άνεμος οδηγεί τον ανεμογεννήτη να περιστρέφεται, μετατρέποντας την αιολική ενέργεια σε μηχανική ενέργεια. Ο ανεμογεννήτης οδηγεί τη γεννήτρια να περιστρέφεται, μετατρέπει τη μηχανική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια και διορθώνει και εξάγει. Ο σχεδιασμός αυτού του τύπου γεννήτριας πρέπει πρώτα να επιλέξει τον τύπο της γεννήτριας και τη γραμμή αφαίρεσης. καθορίστε την υπολογισμένη ισχύ διόρθωσης, την ονομαστική ισχύ, την τάση, την ταχύτητα κ.ο.κ. Οι βασικές τεχνικές απαιτήσεις γι 'αυτό είναι:
(1) ονομαστική ισχύς εξόδου PN (W). (2) ονομαστική τάση εξόδου (DC) UN (V). (3) ονομαστική ταχύτητα NN (r / min) · (4) αποδοτικότητα γεννήτριας η (); (5) ροπή αντιστάσεως εκκίνησης TN (Nm). (6) με ονομαστική ταχύτητα 65, η τάση χωρίς φορτίο της γεννήτριας δεν πρέπει να είναι χαμηλότερη από την ονομαστική τάση. (7) με ονομαστική ταχύτητα 150, η γεννήτρια θα πρέπει να είναι σε θέση να υπερφορτίζει τη λειτουργία υπό ονομαστική τάση 2 λεπτά. (8) Η γεννήτρια θα πρέπει να είναι σε θέση να αντέχει σε 2 φορές την ονομαστική ταχύτητα σε συνθήκες μη φορτίου, διάρκειας 2 λεπτών, η δομή του ρότορα δεν πρέπει να υποστεί βλάβη και επιβλαβή παραμόρφωση. (9) Η γεννήτρια πρέπει να είναι σε θέση να αποτρέπει τη βροχή, το χιόνι, την άμμο και τον κεραυνό.
Επιπλέον, θα πρέπει επίσης να πληροί τις τεχνικές απαιτήσεις της γενικής μόνωσης μοτέρ, αντοχή στην πίεση, μηχανική αντοχή και ούτω καθεξής.
Οι τεχνικές απαιτήσεις (5), (6), (7) και (8) είναι ειδικές απαιτήσεις για ανεμογεννήτριες, οι οποίες θα αναλυθούν χωριστά παρακάτω.
3 επιλογή ηλεκτρομαγνητικού φορτίου
Η πρακτική της σύγχρονης κατασκευής κινητήρων και η μακροχρόνια λειτουργία του κινητήρα γενικά δίνουν την περιοχή του φορτίου γραμμής As και του μαγνητικού φορτίου Βδ του σχεδιασμένου κινητήρα. Όταν το προϊόν του As και του Bδ είναι το ίδιο, τότε ο λόγος μεταξύ As και Bδ καθορίζει τις διαφορετικές παραμέτρους της γεννήτριας, τον δείκτη ενεργειακής δύναμης και τη μάζα. Όταν το Bδ είναι μεγάλο και το As είναι χαμηλό, η γεννήτρια είναι πλούσια σε σίδηρο και όταν το As είναι μεγάλο και το Bδ είναι μικρό, η γεννήτρια είναι πλούσια σε χαλκό.
Το ηλεκτρικό φορτίο του κινητήρα μετράται με την πυκνότητα ρεύματος j (A / mm2) της περιέλιξης του κινητήρα και το φορτίο γραμμής As (A / cm). Όσο μεγαλύτερο είναι το ηλεκτρικό φορτίο, τόσο μεγαλύτερη είναι η απώλεια χαλκού. Για ανεμογεννήτριες χαμηλής ισχύος, είναι γενικά χαμηλής τάσης και υψηλού ρεύματος. Συγκεκριμένα, οι γεννήτριες κάτω από 1 kW χρησιμοποιούνται ως επί το πλείστον σε 24, 36 V ή 48 V (διορθωμένο DC) και το ονομαστικό ρεύμα αυτών των κινητήρων είναι μεγάλο. Για γεννήτριες χαμηλής ισχύος από 1 έως 10 kW, δεν μπορούν να ληφθούν υψηλές τάσεις εξόδου. Επειδή αυτός ο τύπος γεννήτριας χρησιμοποιεί κυρίως αποθήκευση ενέργειας μπαταρίας, η τάση είναι υψηλή, πρέπει να χρησιμοποιηθούν περισσότερες μπαταρίες, πράγμα που αυξάνει το κόστος ολόκληρης της μηχανής, κάτι που είναι δύσκολο να δεχτεί ο πελάτης. Εν ολίγοις, το φορτίο γραμμής ανεμογεννήτριας χαμηλής ισχύος είναι σχετικά υψηλό και είναι μια πλούσια σε χαλκό γεννήτρια. Η απώλεια χαλκού του κινητήρα είναι μεγάλη, αντιπροσωπεύοντας περίπου το 70% της συνολικής απώλειας του κινητήρα. Αυτή είναι μια αντικειμενική κατάσταση. Επιπλέον, η ισχύς εξόδου της γεννήτριας αυξάνεται καθώς αυξάνεται η ταχύτητα του ανέμου, όπως φαίνεται στο σχήμα 2. Η ισχύς της γεννήτριας αυξάνεται και αυξάνεται η θερμότητα. Ωστόσο, καθώς η ταχύτητα του ανέμου αυξάνεται, η κατάσταση απόσπασης θερμότητας βελτιώνεται σημαντικά. Επομένως, για αυτόν τον τύπο γεννήτριας, δεν πρέπει να τηρείται το πρότυπο επιλογής του As για τον γενικό κινητήρα και μπορεί να επιλεγεί η υψηλότερη τιμή As, η οποία απαιτείται και επιτρέπεται. Για παράδειγμα, ο γενικός μικρός κινητήρας ισχύος As είναι 60 έως 80 A / cm. και από το είδος της γεννήτριας μπορεί να ληφθεί ως 100 έως 150 A / cm? και η γεννήτρια αερογόνου. Η χρήση ψύξης ψεκασμού καυσίμου υψηλής απόδοσης μπορεί να φθάσει περίπου τα 300 A / cm. Ως εκ τούτου, η επιλογή του As θα πρέπει να λαμβάνει υπόψη την απώλεια κινητήρα, την απόδοση, τη διάχυση θερμότητας και την εφαρμογή, και να αποκτήσει μια λογική τιμή.
Η επιλογή του μαγνητικού φορτίου Bδ μπορεί να είναι πλήρως σύμφωνη με τις γενικές αρχές της θεωρίας κινητήρων και δεν θα περιγραφεί εδώ.
4 στάτορας
4.1 σχισμές στάτορα
Με βάση το υψηλό ηλεκτρικό φορτίο αυτού του τύπου γεννήτριας, η απώλεια χαλκού είναι μεγάλη. Κατά το σχεδιασμό της γεννήτριας, το πλάτος των δοντιών και το πάχος του ζυγού πρέπει να ελαχιστοποιούνται, ώστε να εξασφαλίζεται η περιοχή της αυλάκωσης εξασφαλίζοντας επαρκή μηχανική αντοχή και πυκνότητα μαγνητικής ροής. Αυξήστε την περιοχή σύρματος της περιέλιξης στάτορα, μειώστε την κατανάλωση χαλκού και βελτιώστε την απόδοση της γεννήτριας. Αυτό δεν είναι κάτι που κάθε κατασκευαστής έχει εξετάσει. Συχνά λόγω των λεπτότερων καλωδίων τυλίγματος στάτορα, οι απαιτήσεις σχεδιασμού μπορούν να ικανοποιηθούν κατά την αρχική λειτουργία της γεννήτριας. Μετά από 2 έως 3 ώρες λειτουργίας, η θερμοκρασία αυξάνεται απότομα και η ισχύς εξόδου πέφτει γρήγορα, έτσι ώστε η ονομαστική ισχύς εξόδου να μην πληροί τις απαιτήσεις.
4.2 περιέλιξη στάτορα
Οι τεχνικές απαιτήσεις των ανεμογεννητριών χαμηλής ισχύος (5) εισάγουν την έννοια της ροπής αντίστασης εκκίνησης της γεννήτριας, επειδή ο μικρός εξοπλισμός παραγωγής αιολικής ενέργειας γενικά περιστρέφεται σε δεκάδες έως εκατοντάδες στροφές, προκειμένου να μειωθούν οι συνδέσεις, να μειωθεί το κόστος και να βελτιωθεί η αξιοπιστία. Ο ανεμογεννήτρια της συσκευής είναι απευθείας συνδεδεμένος με τον άξονα της γεννήτριας. Αυτό απαιτεί την ελαχιστοποίηση της ροπής αντίστασης που παράγεται από το φαινόμενο οδοντοτροχών της γεννήτριας, έτσι ώστε όταν η ταχύτητα ανέμου είναι χαμηλή (2 έως 3 m / s), η ανεμογεννήτρια μπορεί να ξεκινήσει γρήγορα και να παράγει ηλεκτρική ενέργεια το συντομότερο δυνατό. Για το σκοπό αυτό, το εθνικό πρότυπο GB10760.1-89 πρότεινε τις απαιτήσεις, βλέπε τον παρακάτω πίνακα.
Ισχύς (W) 501002003005001000 μέγιστη ροπή αντίστασης εκκίνησης (Nm) 0.200.300.350.501.201.50
Από τη θεωρία του κινητήρα, ο αγωγός στάτορα, ο λοξός πόλος του δρομέα και η κλασματική περιέλιξη του σχιστολιθικού στάτη μπορούν να μειώσουν τη ροπή αντίστασης που προκαλείται από το φαινόμενο συγκράτησης και να πληρούν τις τεχνικές απαιτήσεις. Ωστόσο, έχει αποδειχθεί ότι η κλασματική περιέλιξη εγκοπών είναι ο πιο αποτελεσματικός τρόπος για να μειωθεί η ροπή αντίστασης.
Η χρήση του αγωγού στάτορα είναι σχετικά εύκολη στην εφαρμογή, αλλά το αποτέλεσμα δεν είναι προφανές και αν η απόσταση του αγωγού είναι πολύ μεγάλη, θα επηρεαστούν οι ηλεκτρικές επιδόσεις της γεννήτριας. χρησιμοποιώντας τον λοξό πόλο του ρότορα, τον μαγνήτη του ρότορα και τον μαγνητικό πόλο στριμμένα σε λογικό μέγεθος. Η διαδικασία είναι δύσκολη και το αποτέλεσμα δεν είναι προφανές. Ως εκ τούτου, οι κλασματικές περιελίξεις των εγκοπών χρησιμοποιούνται κυρίως.
Κλασματική περιέλιξη κουλοχέρη:
Αριθμός σχισμών ανά φάση ανά πόλο q = Zs / 2mp = ac / d
Αριθμός υποδοχών ανά πόλο Q = Zs / 2p = AC / D
Όπου: Zs είναι ο αριθμός των σχισμών στάτορα? m δεν είναι ο αριθμός των φάσεων εκκαθάρισης. p είναι ο αριθμός των ζευγών πόλων γεννήτριας. Α, α είναι ένας ακέραιος αριθμός. c / d, C / D είναι ένα μη αναγωγικό κλάσμα.
Η θεωρία και η πρακτική αποδεικνύουν ότι το μεγαλύτερο D είναι, τόσο μικρότερη είναι η ροπή αντίστασης εκκίνησης της γεννήτριας [5]. Επιπλέον, καθώς η τιμή του q αυξάνεται, η αντίσταση αρνητικής ακολουθίας μειώνεται και η αντίστασή της διαρροής μειώνεται, πράγμα που ελπίζουμε. Την ίδια στιγμή, όμως, αυξάνοντας υπερβολικά την τιμή του q, μειώνεται η ικανότητα της γεννήτριας να καταστέλλει υψηλότερες αρμονικές και αυτό πρέπει να αποφευχθεί. Συνεπώς, όσο πληρούται η απαίτηση ροπής αντίστασης που καθορίζεται από το εθνικό πρότυπο, τόσο μεγαλύτερη είναι η τιμή q, τόσο το καλύτερο.
Υπολογίσαμε και δοκιμάσαμε την ροπή πολλών γεννητριών, από τις οποίες μπορούμε να προσδιορίσουμε τον συντονισμό των δοντιών, βλ. Σχήμα 3.
5 ρότορα
Η ταχύτητα ανεμογεννήτριας μιας μικρής συσκευής παραγωγής αιολικής ενέργειας είναι δεκάδες έως εκατοντάδες στροφές ανά λεπτό και ο ρότορας γεννήτριας συνδέεται απευθείας με τον άνεμο. Η ταχύτητα του ρότορα καθορίζει ότι η γεννήτρια είναι μια πολυπολική γεννήτρια χαμηλής ταχύτητας. ο ρότορας γενικά κατασκευάζεται από φερρίτη και μαγνήτη νεοδυμίου-σιδήρου-βορίου, εφαπτομενική δομή. η δομή του ρότορα πρέπει να είναι σταθερή και να αντέχει την πρόσκρουση των ξαφνικών αλλαγών στην ταχύτητα του ανέμου χωρίς ζημιά ή ζημιά. Και παραμόρφωση. Αυτό διευκρινίζεται σαφώς στις τεχνικές απαιτήσεις (7) και (8). Το πρόβλημα του ρότορα θα συζητηθεί σε ειδικό άρθρο.
6 χαρακτηριστικά
6.1 Τάση εξόδου DC
Η γεννήτρια εξάγει τάση εναλλασσόμενου ρεύματος για τη διόρθωση και τη φόρτιση της μπαταρίας. Σύμφωνα με το εθνικό πρότυπο, η διορθωμένη τάση πρέπει να είναι 2V υψηλότερη από την κανονική μπαταρία 12V, δηλαδή η τάση εξόδου της γεννήτριας είναι 14V, 28V, 42V, 56V ... Ωστόσο, έχει αποδειχθεί ότι αυτός ο κανονισμός είναι εφικτός για περιοχές με πολύ άφθονους αιολικούς πόρους, αλλά για τους αιολικούς πόρους, οι περιοχές που μπορούν να χρησιμοποιηθούν είναι χαμηλές. Μερικοί άνθρωποι χρησιμοποιούσαν για την παραγωγή 42V (DC) στην εσωτερική λίμνη πολιτιστική περιοχή του Jiangsu Neihu. Η γεννήτρια συνδέθηκε με δύο σειρές μπαταριών (24V) και λειτούργησε καλά χωρίς σοβαρά προβλήματα. Επομένως, κατά το σχεδιασμό μιας γεννήτριας, θα πρέπει να είναι γνωστό ότι η πηγή αιολικής ενέργειας στην περιοχή όπου χρησιμοποιείται η ανεμογεννήτρια θα πρέπει γενικά να είναι υψηλότερη από 4V προκειμένου να αξιοποιηθεί πλήρως οι πολύτιμοι αιολικοί πόροι.
6.2 Χαρακτηριστικά εξόδου
Η σχέση μεταξύ της ισχύος εξόδου Ρ και της ταχύτητας n δεν απαιτείται για γενικούς παραγωγούς και είναι σημαντική για τέτοιες γεννήτριες. Το σχήμα 2 δείχνει τα μετρούμενα χαρακτηριστικά της γεννήτριας DYF-600. Λόγω ειδικών απαιτήσεων, οι ανεμογεννήτριες απαιτούν από τους γεννήτριες να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια σε χαμηλές ταχύτητες ανέμου, ενώ τα χαρακτηριστικά εξόδου είναι όσο το δυνατόν μαλακά πάνω από τις ονομαστικές ταχύτητες ανέμου. Επομένως, κατά το σχεδιασμό της γεννήτριας, το μαγνητικό κύκλωμα θα πρέπει να είναι κορεσμένο όσο το δυνατόν περισσότερο, έτσι ώστε να μην προκαλείται συχνή υπερφόρτωση της ανεμογεννήτριας και η ισχύς εξόδου της γεννήτριας να αυξάνεται απότομα προκαλώντας υπερβολική επίδραση στον φορτιστή και στον αντιστροφέα υπερθέρμανση της γεννήτριας, προκαλώντας έτσι ζημιά. .
6.3 Συνδυασμός χαρακτηριστικών των ανεμογεννητριών με τα χαρακτηριστικά εξόδου της γεννήτριας
(1) Μετά την έναρξη της ανεμογεννήτριας, η γεννήτρια πρέπει να παράγει ηλεκτρική ενέργεια το συντομότερο δυνατό, δηλαδή η αιολική ενέργεια μπορεί να ληφθεί σε ένα χαμηλό εύρος ταχύτητας ανέμου. Όπως απαιτείται από τις τεχνικές απαιτήσεις (6), η ροπή εκκίνησης της γεννήτριας είναι όσο το δυνατόν μικρότερη, έτσι ώστε η ανεμογεννήτρια να μπορεί να τεθεί σε λειτουργία το συντομότερο δυνατό.
(2) Ελπίζεται ότι η γεννήτρια P = f (n) έχει μια τετραγωνική παραβολική σχέση πριν από το ονομαστικό σημείο για να αποκτήσει την καλύτερη αιολική ενέργεια προσαρμόζοντας τη γεννήτρια με την ανεμογεννήτρια.
