Vlastnosti konstrukce malé větrné turbíny s permanentním magnetem střídavého proudu
Pro malé větrné elektrárny byly použity stejnosměrné generátory, elektromagnetické alternátory, generátory pólových tyčí, generátory reluktance a indukční generátory. Při vývoji technologie materiálů s permanentními magnety se výrazně zlepšil magnetický energetický produkt materiálů s permanentními magnety a v současné době se používají především generátory s permanentními magnety. Tento typ motoru je nadřazen původním typům generátorů z hlediska elektrického výkonu a bezpečnosti. Vzhledem k tomu, že místo použití tohoto typu generátoru se liší od použití generátoru, jeho technické požadavky mají svou zvláštnost a musí mít z hlediska výkonnosti dobrý vztah k větrné turbíně. Proto je provedena určitá analýza několika problémů u tohoto typu generátoru. A prozkoumat.
2 technické požadavky
Obrázek 1 je schéma malého zařízení pro výrobu větrné energie. Vítr pohání větrné kolo k otáčení, přeměnou větrné energie na mechanickou energii. Větrné kolo pohání generátor k otáčení, přeměňuje mechanickou energii na elektrickou energii a opravuje a vystupuje. Konstrukce tohoto typu generátoru musí nejprve zvolit typ generátoru a rektifikační linku; určit vypočtený rektifikační výkon, jmenovitý výkon, napětí, rychlost atd. Hlavní technické požadavky jsou:
(1) jmenovitý výstupní výkon PN (W); (2) jmenovité výstupní napětí (DC) UN (V); (3) jmenovité rychlosti NN (r / min); (4) účinnost generátoru η (); (5) Počáteční odporový moment TN (Nm); (6) při 65 jmenovitých otáčkách by nemělo být napětí zátěže generátoru nižší než jmenovité napětí; (7) při 150 jmenovitých otáčkách by měl být generátor schopen přetížení při jmenovitém napětí 2 min; (8) Generátor by měl být schopen vydrží 2 krát jmenovité otáčky v podmínkách bez zatížení, trvající 2 minuty, konstrukce rotoru by neměla být poškozená a škodlivá deformace; (9) Generátor by měl být schopen zabránit dešti, sněhu, písku a blesku.
Kromě toho by měl také splňovat technické požadavky na obecnou izolaci motorů, odolnost proti tlaku, mechanickou pevnost a tak dále.
Technické požadavky (5), (6), (7) a (8) jsou zvláštní požadavky na větrné turbíny, které budou analyzovány níže.
3 výběr elektromagnetického zatížení
Praxe moderní výroby motorů a dlouhodobý provoz motoru obecně udává rozsah zatížení vedení As a magnetické zatížení Bδ navrženého motoru. Když je produkt As a Bδ stejný, pak poměr mezi As a Bδ určuje různé parametry generátoru, index síly energie a hmotnost. Když Bδ je velký a As je nízký, generátor je bohatý na železo a když As je velký a Bδ je malý, generátor je bohatý na měď.
Elektrické zatížení motoru je měřeno proudovou hustotou j (A / mm2) navíjení motoru a zatížením vedení As (A / cm). Čím větší je elektrická zátěž, tím větší je ztráta mědi. Pro větrné elektrárny s nízkým výkonem je obecně nízké napětí a vysoký proud. Zejména generátory pod 1 kW jsou většinou používány při 24, 36 V nebo 48 V (rektifikované DC) a jmenovitý proud těchto motorů je velký. U generátorů s nízkým výkonem od 1 do 10 kW nelze dosáhnout vysokého jmenovitého výstupního napětí. Vzhledem k tomu, že tento typ generátoru využívá především akumulátorovou energii, napětí je vysoké, musí být použito více baterií, což zvyšuje náklady na celý stroj, což je pro zákazníky těžké přijmout. Stručně řečeno, zatížení větrné elektrárny s nízkým výkonem je poměrně vysoké a je to generátor bohatý na měď. Meďová ztráta motoru je velká, což představuje zhruba 70% celkové ztráty motoru. To je objektivní situace. Výstupní výkon generátoru se navíc zvyšuje s rostoucí rychlostí větru, jak je znázorněno na obrázku 2. Výkon generátoru se zvyšuje a teplo se zvyšuje. Nicméně, jak se zvyšuje rychlost větru, výrazně se zlepšuje stav rozptylu tepla. Pro tento typ generátoru by proto neměla být dodržena norma výběru As pro obecný motor a může být vybrána vyšší hodnota As, která je požadována i povolena. Například obecný malý výkonový motor As je 60 až 80 A / cm; a jako typ generátoru lze uvažovat jako 100 až 150 A / cm; a generátor aerogenu. Při použití vysokoúčinného chlazení může vstřikování paliva dosáhnout přibližně 300 A / cm. Proto by volba As měla zohlednit ztrátu motoru, účinnost, odvod tepla a aplikaci a získat přiměřenou hodnotu.
Volba magnetického zatížení Bδ může být zcela v souladu s obecnými principy motorické teorie a nebude zde popsána.
4 stator
4.1 statorové štěrbiny
Na základě vysoké elektrické zátěže tohoto typu generátoru je ztráta mědi velká. Při návrhu generátoru by měla být šířka zubu a tloušťka třmenu minimalizovány, aby se zajistila dostatečná mechanická pevnost a hustota magnetického toku. Zvětšete oblast drátu vinutí statoru, snížíte spotřebu mědi a zvýšíte účinnost generátoru. To není něco, co uvažoval každý výrobce. Často v důsledku tenčích statorových navíjecích vodičů mohou být požadavky na konstrukci splněny během počátečního provozu generátoru. Po 2 až 3 hodinách provozu teplota prudce stoupá a výstupní výkon rychle klesá, takže jmenovitý výstupní výkon nesplňuje požadavky.
4.2 vinutí statoru
Technické požadavky nízkopříkonných větrných turbín (5) představují koncepci počátečního odporového kroutícího momentu generátoru, protože malé zařízení generující větrnou energii se obvykle otáčí deseti až stovkami otáček, aby se zmenšily vazby, snížily náklady a zlepšila spolehlivost. Větrné kolo zařízení je přímo spojeno s hřídelem generátoru. To vyžaduje minimalizaci odporového kroutícího momentu generovaného efektem zesílení generátoru, takže když je rychlost větru nízká (2 až 3 m / s), může být větrná turbína rychle spuštěna a co nejdříve generovat elektřinu. Za tímto účelem předložila národní norma GB10760.1-89 požadavky, viz následující tabulka.
Výkon (W) 501002003005001000 Maximální počáteční odporový moment (Nm) 0.200.300.350.501.201.50
Z teorie motoru může statorový skluz, rotorový šikmý pól a statorové zlomkové vinutí štěrbin snížit odporový točivý moment způsobený ozubeným efektem a splnit technické požadavky. Bylo však prokázáno, že zlomové dělení je nejúčinnější způsob, jak snížit odporový moment.
Použití statorového žlabu je relativně snadné, ale efekt není zřejmý a pokud je vzdálenost žlabu příliš velká, ovlivní se elektrická výkonnost generátoru; pomocí rotoru šikmého pólu, magnetu rotoru a magnetického pólu jsou zkroucené na přiměřenou velikost. Tento proces je obtížný a účinek není zřejmý; proto se nejčastěji používají frakční výřezy.
Frakční štěrbinové vinutí:
Počet slotů na fázi na pól q = Zs / 2mp = ac / d
Počet slotů na pól Q = Zs / 2p = AC / D
Kde: Zs je počet štěrbin statoru; m není počet fází navíjení; p je počet párů generátorových pólů; A, a je celé číslo; c / d, C / D je neredukovatelná frakce.
Teorie a praxe dokazují, že čím větší D je, tím menší je výchozí odporový moment generátoru [5]. Kromě toho, když se hodnota q zvyšuje, impedance záporné sekvence se snižuje a reakční složka úniku se snižuje, což doufáme. Současně však nadměrně zvyšuje hodnotu q, sníží se schopnost generátoru potlačovat vyšší harmonické a je třeba se vyvarovat. Proto pokud je splněn požadavek na odporový točivý moment stanovený vnitrostátní normou, čím větší je hodnota q, tím lepší.
Vypočítali jsme a skutečně testovali točivý moment několika generátorů, ze kterých můžeme určit koordinaci zubů, viz obrázek 3.
5 rotoru
Rychlost větrné turbíny malého zařízení na výrobu větrné energie je desítky až stovky otáček za minutu a generátorový rotor je přímo spojen s větrem. Rychlost rotoru určuje, že generátor je vícepólový nízkorychlostní generátor; rotor je obecně vyroben z feritu a neodymu-železo-borový magnet, tangenciální struktura; konstrukce rotoru musí být pevná a odolat nárazům náhlých změn rychlosti větru bez poškození nebo poškození. A deformace. To je jasně uvedeno v technických požadavcích (7) a (8). Problém rotoru bude popsán ve zvláštním článku.
6
6.1 Výstupní napětí DC
Generátor generuje napětí střídavého proudu pro opravu a nabití baterie. Podle národní normy by mělo být rektifikované napětí o 2V vyšší než standardní 12V baterie, to znamená, že výstupní napětí generátoru je 14V, 28V, 42V, 56V ... Bylo však prokázáno, že tato regulace je možná pro oblasti s velkým množstvím větrných zdrojů, ale pro větrné zdroje jsou oblasti, které lze použít, nízké. Někteří lidé zvyklí vyrábět 42V (DC) ve vnitřní oblasti Jiangsu Neihu. Generátor byl připojen ke dvěma řadám baterií (24V) a fungoval bez problémů. Proto při navrhování generátoru by mělo být známo, že větrný zdroj v oblasti, kde se používá větrná turbína, by měl být obecně vyšší než 4V, aby bylo možné plně využívat cenné větrné zdroje.
6.2 Výstupní charakteristiky
Vztah mezi výstupním výkonem P a rychlostí n se nevyžaduje pro generátory a je důležitý pro takové generátory. Obrázek 2 ukazuje naměřené charakteristiky generátoru DYF-600. Kvůli specifickým požadavkům vyžadují větrné turbíny, aby generátory vyráběly elektřinu při nízkých rychlostech větru, zatímco výstupní charakteristiky jsou co nejméně měkké nad jmenovitými rychlostmi větru. Proto při navrhování generátoru by měl být magnetický obvod co nejvíce nasycen, aby nedocházelo k častému překročení rychlosti větrné turbíny a výstupní výkon generátoru prudce stoupal, což způsobuje nadměrný dopad na nabíječku a střídač a přehřátí generátoru, čímž se poškodí. .
6.3 Přizpůsobení charakteristik větrných turbín s výstupními charakteristikami generátoru
(1) Po spuštění větrné turbíny je generátor povinen generovat elektřinu co nejdříve, to znamená, že větrná energie může být zachycena v malém rozsahu rychlosti větru. To je požadováno technickými požadavky (6), počáteční točivý moment generátoru je co nejmenší, takže větrná turbína může být co nejdříve natažena do provozu.
(2) Předpokládá se, že generátor P = f (n) má kvadratický parabolický vztah před jmenovitým bodem za účelem získání nejlepší větrné energie tím, že odpovídá generátoru s větrnou turbínou.
