ویژگی های طراحی توربین بادی کوچک مغناطیسی دائمی دائمی
ژنراتورهای DC، ژنراتورهای پیک الکترومغناطیسی، ژنراتورهای پلات پیک، ژنراتورهای امتزاج و ژنراتورهای القایی برای نیروگاه های بادی کوچک استفاده شده اند. با توسعه فن آوری مواد مغناطیسی دائمی، تولید انرژی مغناطیسی مواد مغناطیسی دائمی به میزان زیادی بهبود یافته است و ژنراتورهای مغناطیسی دائما در حال حاضر عمدتا مورد استفاده قرار می گیرند. این نوع موتور نسبت به انواع ژنراتورهای قبلی از لحاظ عملکرد و ایمنی الکتریکی برتر است. از آنجا که محل استفاده از این نوع ژنراتور متفاوت از ژنراتور عمومی است، نیازهای فنی آن ویژگی خاص خود را دارد و باید با عملکرد توربین بادی مناسب باشد. بنابراین، برخی از تجزیه و تحلیل در مورد چندین مشکل در این نوع ژنراتور انجام شده است. و کشف کنید
2 مورد نیاز فنی
شکل 1 نمودار مدارسی از دستگاه تولید انرژی باد کوچک است. باد چرخ چرخان را به چرخش تبدیل می کند، انرژی باد را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند. چرخ باد چرخنده ژنراتور چرخش، تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی، و rectifies و خروجی. طراحی این نوع ژنراتور ابتدا باید نوع ژنراتور و خط اصلاح را انتخاب کند. تعیین قدرت اصلاح محاسبه، قدرت امتیاز، ولتاژ، سرعت و غیره. الزامات اصلی فنی آن عبارتند از:
(1) توان خروجی PN (W)؛ (2) ولتاژ خروجی نامشخص (DC) UN (V)؛ (3) نرخ سرعت NN (r / min)؛ (4) بهره وری ژنراتور η ()؛ (5) شروع گشتاور مقاومت TN (Nm)؛ (6) در سرعت 65 امتیاز، ولتاژ بدون بار ژنراتور نباید کمتر از ولتاژ نامی باشد. (7) در سرعت 150 امتیاز، ژنراتور باید بتواند عملیاتی را تحت ولتاژ نامیش 2min داشته باشد؛ (8) ژنراتور باید قادر به مقاومت 2 برابر سرعت نامی در شرایط بدون بار باشد، مدت 2 دقیقه، ساختار روتور نباید آسیب دیده و تغییر شکل مضر باشد؛ (9) ژنراتور باید قادر به جلوگیری از باران، برف، شن و رعد و برق باشد.
علاوه بر این، باید شرایط فنی عایق موتور، مقاومت در برابر فشار، مقاومت مکانیکی و غیره را نیز برآورده سازد.
الزامات فنی (5)، (6)، (7)، (8) الزامات خاصی برای توربین های بادی است که به طور جداگانه در زیر بررسی می شوند.
3 انتخاب بار الکترومغناطیسی
تمرین تولید موتور مدرن و بهره برداری طولانی مدت موتور عموما باعث می شود که محدوده بار خط As و بار مغناطیسی Bδ از موتور طراحی شده باشد. هنگامی که محصول As و Bδ یکسان است، نسبت بین As و Bδ پارامترهای مختلف ژنراتور، شاخص انرژی نیرو و جرم را تعیین می کند. هنگامی که Bδ بزرگ است و As کم است، ژنراتور غنی از آهن است، و هنگامی که As بزرگ است و Bδ کوچک است، ژنراتور غنی از مس است.
بار الکتریکی موتور توسط تراکم جاری (A / mm2) سیم پیچ موتور و بار خط As (A / cm) اندازه گیری می شود. بزرگتر بار الکتریکی، بزرگتر از دست دادن مس است. برای توربین های با قدرت کم توان، به طور کلی کم ولتاژ و جریان بالا است. به طور خاص، ژنراتورهای کمتر از 1 کیلو وات بیشتر در 24، 36 و 48 ولت (DC اصلاح شده) مورد استفاده قرار می گیرند و جریان نامی چنین موتورهایی بزرگ است. برای ژنراتورهای کم توان از 1 تا 10 کیلو وات، ولتاژ خروجی با ولتاژ بالا قابل قبول نیست. از آنجا که این نوع ژنراتور عمدتا از ذخیره انرژی باتری استفاده می کند، ولتاژ بالا است، باید بیشتر باتری ها استفاده شود، که هزینه کل دستگاه را افزایش می دهد، که مشتریان برای دریافت آن دشوار است. به طور خلاصه، بار خطی توربین با قدرت کم توان نسبتا بالا است و این یک ژنراتور غنی از مس است. از دست دادن مس موتور، بزرگ است و حدود 70 درصد از کل موتور از دست رفته است. این یک وضعیت عینی است. علاوه بر این، قدرت خروجی ژنراتور افزایش می یابد به عنوان افزایش سرعت باد، همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است. قدرت ژنراتور افزایش می یابد و گرما افزایش می یابد. با این حال، با افزایش سرعت باد، شرایط گرمازدایی بسیار بهبود می یابد. بنابراین، برای این نوع ژنراتور، استاندارد انتخاب As برای موتور کلی نباید پیوست، و مقدار بالاتر As را می توان انتخاب کرد، که هر دو مورد لازم و مجاز است. به عنوان مثال، موتور قدرت کلی کوچک همانطور که 60 تا 80 A / cm است؛ و از نوع ژنراتور می تواند به عنوان 100 تا 150 A / cm گرفته شود؛ و ژنراتور آئروژن همانطور که استفاده از خنک کننده تزریق سوخت با راندمان بالا می تواند حدود 300 A / cm برسد. بنابراین، انتخاب As باید در نظر گرفتن از دست دادن موتور، کارایی، اتلاف گرما و کاربرد، و ارزش معقول را بدست آورد.
انتخاب بار مغناطیسی Bδ می تواند به طور کامل مطابق با اصول کلی تئوری موتور باشد و در اینجا توضیح داده نخواهد شد.
4 استاتور
4.1 اسلات استاتور
با توجه به بار الکتریکی بالا این نوع ژنراتور، از دست دادن مس، بزرگ است. هنگام طراحی ژنراتور، عرض دندانه و ضخامت یوغ باید به حداقل برسد تا اطمینان حاصل شود که سطح شیار با اطمینان از قدرت مکانیکی کافی و چگالی شار مغناطیسی اطمینان حاصل شود. افزایش سطح سیم سیم پیچ استاتور، کاهش مصرف مس و بهبود کارایی ژنراتور. این چیزی نیست که هر سازنده در نظر گرفته باشد. اغلب به علت سیمهای سیم پیچ نازک تر استاتور، در طول عملیات اولیه ژنراتور، نیازهای طراحی را می توان در نظر گرفت. پس از 2 تا 3 ساعت عملیات، درجه حرارت به شدت افزایش می یابد و قدرت خروجی به سرعت کاهش می یابد، به طوری که توان خروجی دارای امتیاز مورد نیاز نیست.
4.2 سیم پیچ استاتور
الزامات فنی توربین های با قدرت کم قدرت (5) مفهوم گشتاور شروع به شروع ژنراتور را معرفی می کنند، زیرا تجهیزات تولید انرژی باد کوچک معمولا در ده ها تا صدها انقلاب چرخش می یابند، به منظور کاهش ارتباطات، کاهش هزینه ها و افزایش قابلیت اطمینان. چرخ باد دستگاه به طور مستقیم به شفت ژنراتور وصل می شود. این به حداقل رساندن گشتاور مقاومت تولید شده توسط اثر زاویه ژنراتور است، به طوری که وقتی سرعت باد کم (2 تا 3 متر بر ثانیه)، توربین بادی را می توان به سرعت شروع کرد و برق را در اسرع وقت تولید کرد. برای این منظور، استاندارد ملی GB10760.1-89 مورد نیاز را مطرح می کند، جدول زیر را ببینید.
قدرت (W) 501002003005001000 حداکثر گشتاور مقاومت شروع (Nm) 0.200.300.350.501.201.50
از نظر تئوری موتور، چاه استاتور، قطب خمشی روتور و سیم پیچ پیچشی قطعه ای استاتور می تواند گشتاور مقاومت ناشی از اثر ضربه را کاهش دهد و شرایط فنی را کاهش دهد. با این حال، ثابت شده است که سیم پیچ شکاف جزئی موثرترین راه برای کاهش گشتاور مقاومت است.
استفاده از چاه استاتور در این فرآیند نسبتا آسان است، اما اثر واضح نیست، و اگر فاصله چتر بیش از حد بزرگ باشد، عملکرد الکتریکی ژنراتور تحت تاثیر قرار خواهد گرفت؛ با استفاده از قطب متخلخل روتور، مغناطیس روتور و قطب مغناطیسی به اندازه معقول پیچ خورده است. این روند دشوار است و اثر واضح نیست؛ بنابراین، سیم پیچ های شکسته اغلب استفاده می شود.
سیم پیچ مکرر:
تعداد اسلات در هر فاز در قطب q = Zs / 2mp = ac / d
تعداد اسلات در هر قطب Q = Zs / 2p = AC / D
جایی که: Zs تعداد اسلات استاتور است؛ m تعداد فازهای پیچیده نیست p تعداد جفت قطب ژنراتور است؛ A، یک عدد صحیح است؛ c / d، C / D کسر ناپدید کننده است.
نظریه و عمل ثابت می کند که بزرگتر D، کوچکتر گشتاور مقاومت شروع ژنراتور است [5]. علاوه بر این، به عنوان افزایش q افزایش می یابد، امپدانس منفی دنباله کاهش می یابد و رطوبت نشت کاهش می یابد، که ما امیدواریم. در عین حال، با افزایش بیش از مقدار q، توانایی ژنراتور برای سرکوب هارمونیک های بالاتر کاهش می یابد و این باید اجتناب شود. بنابراین، تا زمانی که نیاز گشتاور مقاومت مشخص شده توسط استاندارد ملی برآورده شود، چقدر ارزش q بیشتر است، بهتر است.
ما گشتاور چندین ژنراتور را محاسبه کردیم و در واقع آن را آزمایش کردیم، که می توان هماهنگی دندان ها را تعیین کرد، به شکل 3 نگاه کنید.
5 روتور
سرعت توربین بادی دستگاه تولید انرژی باد کوچک ده ها تا صدها سرعت در دقیقه است و روتور ژنراتور به طور مستقیم به چرخ بادی متصل می شود. سرعت روتور تعیین می کند که ژنراتور یک مولد کم سرعت قطبی است. روتور به طور کلی از آهنربا فریت و نئودیمیوم آهن بور ساخته شده است، ساختار مماسی؛ ساختار روتور باید ثابت باشد و می تواند تاثیر ناگهانی تغییرات در سرعت باد بدون آسیب و آسیب را تحمل کند. و تغییر شکل این به وضوح در شرایط فنی (7) و (8) بیان شده است. مشکل روتور در یک مقاله خاص مورد بحث قرار خواهد گرفت.
6 ویژگی
6.1 ولتاژ خروجی DC
ژنراتور یک ولتاژ جریان متناوب را برای اصلاح و شارژ باتری تولید می کند. با توجه به استاندارد ملی، ولتاژ اصلاح شده باید 2 ولت بالاتر از باتری 12 ولت استاندارد باشد، یعنی ولتاژ خروجی ژنراتور 14 ولت، 28 و 42 ولت و 56 ولت است ... با این وجود ثابت شده است که این تنظیم برای مناطق امکان پذیر است با منابع بسیار باد و باد، اما برای منابع باد، مناطقی که می توانند مورد استفاده قرار گیرند کم هستند. بعضی از مردم برای تولید 42V (DC) در منطقه دریاچه درونی Jiangsu Neihu استفاده می شود. این ژنراتور به دو سری باتری متصل شد (24 ولت) و بدون مشکل جدی کار می کرد. بنابراین، هنگام طراحی یک ژنراتور، باید بدانید که منبع باد در ناحیه ای که توربین بادی مورد استفاده قرار می گیرد باید به طور کلی بیشتر از 4V باشد تا از منابع باد با ارزش کامل استفاده شود.
6.2 مشخصات خروجی
رابطه بین توان خروجی P و سرعت n برای ژنراتورهای عمومی مورد نیاز نیست و برای چنین ژنراتورهای مهمی است. شکل 2 ویژگی های اندازه گیری شده ژنراتور DYF-600 را نشان می دهد. با توجه به نیازهای خاص، توربین های بادی نیاز به تولید ژنراتور ها در سرعت باد کم باد دارند، در حالیکه ویژگی های خروجی به همان اندازه ممکن است با سرعت بالاتر از سرعت باد قابل مقایسه باشند. بنابراین، هنگام طراحی ژنراتور، مدار مغناطیسی باید تا آنجا که ممکن است اشباع شود، به طوری که باعث ایجاد سرعتی زیاد در توربین بادی نشود، و قدرت خروجی ژنراتور به شدت افزایش می یابد و باعث ایجاد بیش از حد روی شارژر و اینورتر و بیش از حد از ژنراتور، در نتیجه آسیب رساندن. .
6.3 سازگاری ویژگی های توربین های بادی با ویژگی های خروجی ژنراتور
(1) پس از شروع توربین باد، ژنراتور نیاز به تولید برق در اسرع وقت دارد، یعنی انرژی باد را می توان در محدوده سرعت باد کم گرفت. این همان چیزی است که مورد نیاز فنی (6) مورد نیاز است، گشتاور شروع ژنراتور تا حد ممکن کوچک است، به طوری که توربین بادی را می توان در اسرع وقت برش داده شود.
(2) امید است که ژنراتور P = f (n) یک رابطه پارابولیکی درجه دو قبل از نقطه امتیاز برای دستیابی به بهترین انرژی باد با تطبیق ژنراتور با توربین بادی داشته باشد.
