Конструктивни характеристики на вятърна турбина с постоянен магнит с постоянен магнит
За малки вятърни електроцентрали са използвани генератори на постоянен ток, електромагнитни алтернатори, генератори със зъбни полюси, генератори на редукция и индуктивни генератори. С развитието на технологията на материали с постоянен магнит, магнитният енергиен продукт от материали с постоянни магнити е значително подобрен и в момента се използват главно генератори с постоянен магнит. Този тип двигател е по-добър от предишните видове генератори по отношение на електрическите характеристики и безопасност. Тъй като мястото на приложение на този тип генератори е различно от това на генератор, неговите технически изисквания имат своята особеност и трябва да се съчетаят добре с вятърната турбина по отношение на техническите характеристики. Затова се извършва анализ на няколко проблема в този тип генератори. И изследвайте.
2 технически изисквания
Фигура 1 е схематична диаграма на устройство за генериране на малка вятърна енергия. Вятърът кара вятърното колело да се върти, превръщайки енергията на вятъра в механична енергия. Вятърното колело кара генератора да се върти, преобразува механичната енергия в електрическа енергия и коригира и извежда. Конструкцията на този тип генератор трябва първо да избере типа генератор и ректификационната линия; определят изчислената мощност на коригиране, номинална мощност, напрежение, скорост и т.н. Основните технически изисквания за него са:
(1) номинална изходна мощност PN (W); (2) номинално изходно напрежение (DC) UN (V); (3) номинална скорост NN (r / min); (4) ефективност на генератора η (); (5) Въртящ момент TN (Nm) на началното съпротивление; (6) при номинална честота на въртене, напрежението на празен ход на генератора не трябва да бъде по-ниско от номиналното напрежение; (7) при 150 номинална скорост, генераторът трябва да бъде в състояние да претоварване операция при номинално напрежение 2min; (8) Генераторът трябва да може да издържи 2 пъти номиналната скорост при условия на празен ход, с продължителност 2 минути, конструкцията на ротора не трябва да бъде повредена и вредна деформация; (9) Генераторът трябва да е в състояние да предотврати дъжд, сняг, пясък и мълния.
Освен това трябва да отговаря на техническите изисквания за обща изолация на двигателя, устойчивост на натиск, механична якост и т.н.
Техническите изисквания (5), (6), (7), (8) са специални изисквания за вятърните турбини, които по-долу ще бъдат анализирани отделно.
3 избор на електромагнитно натоварване
Практиката на модерното производство на моторни превозни средства и дългосрочната работа на двигателя като цяло дават обхвата на линейното натоварване As и магнитния товар Bδ на проектирания двигател. Когато произведението на As и Bδ е същото, то съотношението между As и Bδ определя различните параметри на генератора, индекса на енергията на силата и масата. Когато Bδ е голям и както е ниско, генераторът е богат на желязо, а когато As е голям и Bδ е малък, генераторът е богат на мед.
Електрическото натоварване на двигателя се измерва чрез плътността на тока j (A / mm2) на намотката на двигателя и натоварването на линията As (A / cm). Колкото по-голям е електрическият товар, толкова по-голяма е загубата на мед. За вятърните турбини с ниска мощност, обикновено това са ниско напрежение и високотокови. По-специално, генератори под 1 kW се използват най-често при 24, 36 V или 48 V (ректифициран DC), а номиналният ток на такива двигатели е голям. За генератори с ниска мощност от 1 до 10 kW не могат да се вземат високи номинални изходни напрежения. Тъй като този тип генератор използва основно акумулаторна батерия, напрежението е високо, трябва да се използват повече батерии, което увеличава цената на цялата машина, което е трудно за клиентите. Накратко, натоварването на вятърната турбина с малка мощност е сравнително високо и е богат на мед. Медната загуба на двигателя е голяма, което представлява около 70% от общата загуба на двигателя. Това е обективна ситуация. В допълнение, изходната мощност на генератора се увеличава с увеличаване на скоростта на вятъра, както е показано на фигура 2. Мощността на генератора се увеличава и топлината се увеличава. Въпреки това, с увеличаване на скоростта на вятъра, състоянието на разсейване на топлината се подобрява значително. Следователно, за този тип генератор, не трябва да се спазва стандартът за избор на А за общия мотор и може да се избере по-високата А стойност, която е едновременно задължителна и разрешена. Например, малкият двигател с малка мощност As е 60 до 80 A / cm; и като от типа на генератора може да се приеме от 100 до 150 А / см; и генератор на аерогени. Като се използва високоефективно впръскване на гориво, охлаждането може да достигне около 300 A / cm. Затова при избора на As трябва да се вземе предвид загубата на мотор, ефективността, разсейването на топлината и приложението, и да се получи разумна стойност.
Изборът на магнитно натоварване Bδ може да бъде напълно в съответствие с общите принципи на моторната теория и няма да бъде описан тук.
4 статора
4.1 статорни прорези
На базата на високия електрически товар на този тип генератор, загубата на мед е голяма. При проектирането на генератора, ширината на зъбите и дебелината на ярема трябва да бъдат сведени до минимум, за да се осигури площта на канала чрез осигуряване на достатъчна механична якост и плътност на магнитния поток. Увеличете площта на проводника на намотката на статора, намалете консумацията на мед и подобрете ефективността на генератора. Това не е нещо, което всеки производител е взел под внимание. Често поради по-тънките кабели на статорната намотка, проектните изисквания могат да бъдат изпълнени по време на първоначалната работа на генератора. След 2 до 3 часа работа температурата се повишава рязко и изходната мощност спада бързо, така че номиналната изходна мощност да не отговаря на изискванията.
4.2 намотка на статора
Техническите изисквания на вятърните турбини с малка мощност (5) въвеждат концепцията за въртящ момент на пусковото съпротивление на генератора, тъй като малкото оборудване за производство на вятърна енергия обикновено се върти на десетки до стотици обороти, за да се намалят връзките, да се намалят разходите и да се подобри надеждността. Вятърното колело на устройството е директно свързано с вала на генератора. Това изисква свеждане до минимум на съпротивлението на въртящия момент, генериран от ефекта на зъбеца на генератора, така че когато скоростта на вятъра е ниска (2 до 3 m / s), вятърната турбина може да бъде стартирана бързо и да генерира електроенергия възможно най-скоро. За тази цел националните стандарти GB10760.1-89 излагат изискванията, вж. Таблицата по-долу.
Мощност (W) 501002003005001000 максимален въртящ момент на началното съпротивление (Nm) 0.200.300.350.501.201.50
От теорията на двигателя, статорният улей, роторният наклон и статорната намотка на статора могат да намалят съпротивлението на въртящия момент, причинено от ефекта на зъбците и да отговарят на техническите изисквания. Доказано е обаче, че фракционната намотка на слота е най-ефективният начин за намаляване на съпротивлението на въртящия момент.
Използването на статорния улей е сравнително лесно за изпълнение в процеса, но ефектът не е очевиден и ако разстоянието на улея е твърде голямо, електрическите характеристики на генератора ще бъдат засегнати; с помощта на наклонения ротор на ротора, магнитът на ротора и магнитният полюс са усукани до разумен размер. Процесът е труден и ефектът не е очевиден; следователно най-често се използват частични намотки на слотове.
Фракционно навиване на слота:
Брой прорези на фаза на полюс q = Zs / 2mp = ac / d
Брой слотове за полюс Q = Zs / 2p = AC / D
Където: Zs е броят на слотовете на статора; m не е броят на фазите на навиване; р е броят на двойките генераторни полюси; А, а е цяло число; c / d, C / D е неприводима част.
Теорията и практиката доказват, че колкото е по-голямо D, толкова по-малък е началният въртящ момент на генератора [5]. В допълнение, с увеличаване на стойността на q, импедансът на отрицателната последователност намалява и реактивността на изтичане намалява, което се надяваме. В същото време обаче, прекомерно увеличаване на стойността на q, намалява способността на генератора да потиска по-високите хармоници и това трябва да се избягва. Следователно, доколкото е изпълнено изискването за съпротивление на въртящия момент, определено от националния стандарт, колкото по-голяма е стойността на q, толкова по-добре.
Изчислихме и всъщност изпитахме въртящия момент на няколко генератора, от които можем да определим координацията на зъбите, виж Фигура 3.
5 ротор
Скоростта на вятърната турбина на малко устройство за производство на вятърна енергия е десетки до стотици оборота в минута, а роторът на генератора е директно свързан с колелото на вятъра. Скоростта на ротора определя, че генераторът е многополюсен генератор с ниска скорост; роторът обикновено е направен от ферит и неодим-желязо-борен магнит, тангенциална структура; конструкцията на ротора трябва да бъде твърда и да издържа на въздействието на внезапни промени в скоростта на вятъра без увреждане или повреда. И деформация. Това е ясно посочено в техническите изисквания (7) и (8). Проблемът с ротора ще бъде обсъден в специална статия.
6 характеристики
6.1 DC изходно напрежение
Генераторът издава напрежение за променлив ток, за да коригира и зарежда батерията. Според националния стандарт ректифицираното напрежение трябва да бъде 2V по-високо от стандартната 12V батерия, т.е. изходното напрежение на генератора е 14V, 28V, 42V, 56V ... Въпреки това, доказано е, че това регулиране е приложимо за райони с много изобилие от вятърни източници, но за вятърните ресурси, площите, които могат да бъдат използвани, са ниски. Някои хора са използвали за производство на 42V (DC) във вътрешната зона на културата на езерото в Jiangsu Neihu. Генераторът беше свързан към две серии батерии (24V) и работеше добре без сериозни проблеми. Следователно, когато се проектира генератор, трябва да се знае, че източникът на вятър в зоната, където се използва вятърната турбина, трябва по принцип да бъде по-висок от 4V, за да се използват пълноценно ценните източници на вятър.
6.2 Характеристики на изхода
Връзката между изходната мощност P и скоростта n не е необходима за генераторите и е важна за такива генератори. Фигура 2 показва измерените характеристики на DYF-600 генератора. Поради специфичните изисквания вятърните турбини изискват генератори за генериране на електроенергия при ниски скорости на вятъра, докато изходните характеристики са възможно най-меки над номиналните скорости на вятъра. Ето защо, при проектирането на генератора, магнитната верига трябва да бъде наситена колкото е възможно повече, така че да не причинява често превишаване на скоростта на вятърната турбина, а изходната мощност на генератора рязко да се повишава, което води до прекомерно въздействие върху зарядното устройство и инвертора и прегряване на генератора, като по този начин се повреди. ,
6.3 Съответстващи характеристики на вятърните турбини с изходни характеристики на генератора
(1) След като вятърната турбина започне, генераторът е длъжен да произвежда електроенергия колкото е възможно по-скоро, т.е. вятърната енергия може да бъде уловена при ниска скорост на вятъра. Това се изисква от техническите изисквания (6), като началният въртящ момент на генератора е възможно най-малък, така че вятърната турбина да може да бъде прекъсната възможно най-скоро.
(2) Надяваме се, че генераторът P = f (n) има квадратична параболична връзка преди номиналната точка, за да получи най-добрата вятърна енергия чрез съпоставяне на генератора с вятърната турбина.
