Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Основы ветроэнергетики

Согласование мощностей ветродвигателя и генератора при переменной частоте вращения ВЭУ

При проектировании ВЭУ необходимо обеспечить устойчивую работу установки во всем диапазоне расчетных скоростей ветра. В каждой точке механической характеристики ВЭУ необходимо иметь равенство мощностей ветродвигателя и генератора. Механическая мощность ветродвигателя определенным образом зависит от скорости ветра v и частоты вращения, причем каждой скорости ветра при определенной угловой частоте вращения соответствует максимум развитой ветродвигателем механической мощности. Электромагнитная мощность генератора в общем случае также является функцией частоты вращения ротора, а точка рабочего режима ВЭУ находится на пересечении двух характеристик. Этой точкой определяется производимая электромагнитная мощность за вычетом потерь в генераторе.

Реальная работа ВЭУ малой мощности при переменной частоте вращения и скорости ветра представлена на рис. 6.11, где построены в относительных единицах механические характеристики ветродвигателя - зависимость мощности Р от угловой частоты вращения ротора ω при реальных скоростях ветра v в диапазоне от 7 до 22 м / с.

Линейная часть всех характеристик (линии а-а ", в-в", с-с ", и d-d ') соответствует рабочей (устойчивой) части механических характеристик. Номинальному режиму работы ВЭУ соответствует точка а '. При ω = const и переменной скорости ветра все рабочие точки располагаются на вертикальной пунктирной прямой a'-d ". При переменной частоте вращения ( ) можно обеспечить работу при всех скоростях ветра в точках, близко расположенных к максимальным (точки а, в, с и d). Как видно, при такой работе увеличивается в целом мощность, выдаваемая ветродвигателем, а значит, увеличивается и выработка электроэнергии, что позволяет более эффективно использовать ветропотенциал местности. Например и м / с . (Точка d ') мощность уже практически равна нулю, так как при эта мощность составляет почти 23% от номинальной ВЭУ.

При изменении нагрузки и v = const работа происходит по одной из характеристик - а-а ", в-в", с-с ' или d-d'. При этом с уменьшением Р возрастает частота вращения ω. Для обычного, например, синхронного генератора с целью обеспечения поддержания частоты выходного напряжения в заданных пределах требуется достаточно сложное регулирование угла поворота лопастей, так как при такой регулирования вообще не нужно или достаточное грубое регулирование путем поворота лопастей относительно продольных осей.

Механические характеристики ветродвигателя при различных скоростях ветра

Рисунок 6.11 - механические характеристики ветродвигателя при различных скоростях ветра

Таким образом, для установок небольшой мощности может быть весьма перспективной система, состоящая из электрических машин переменного тока и транзисторных или тиристорных преобразователей частоты, приводимые ветродвигателем, работающим с переменной частотой вращения. Такое техническое решение позволяет значительно снизить стоимость ВЭУ в целом.

Развивающая генератором электромагнитная мощность должна увеличиваться с ростом скорости ветра v только к точкам d, с, в , а, где он начинает вырабатывать номинальную мощность, а ветродвигатель развивает механическую мощность, соответствующую номинальной скорости v ном ветрового потока. Поскольку допустимая электромагнитная мощность генератора в общем случае конечна, при дальнейшем увеличении скорости ветрового потока мощность ветродвигателя должна быть ограничена уровнем Р ном с угловой скоростью вращения с регулировкой угла установки лопастей. Для обеспечения устойчивой работы ВЭУ геометрическое место рабочих точек должно лежать на кривой dc-в-a, представляющий собой геометрическое место максимумов семейства механических характеристик ВЭУ при различных скоростях ветрового потока. Если выбирать электрический генератор для работы в точках d, с, в, а , то есть в точках характеристик, соответственно максимальной возможной механической мощности ветродвигателя развивающейся то ясно, что в таком режиме ветродвигатель будет работать незначительное время. В результате электрическая машина будет использоваться неэффективно в большей части всего срока эксплуатации ВЭУ-за низких значений коэффициента нагрузки.

Угловые скорости вращения ветродвигателей существующих конструкций ВЭУ лежат в диапазоне 25 ... 300 об / мин, причем меньшие значения соответствуют более мощным установкам. Угловые скорости вращения роторов современных электрических машин характеризуются диапазоном 750 ... 1500 об / мин. Итак, для согласования мощностей ветродвигателя и электрического генератора прежде всего необходимо использовать мультипликатор с передаточным отношением порядка 5 ... 30. Применение на ВЭУ, в первую очередь большой мощности, тихоходных электрических генераторов со скоростями вращения того же порядка, что и скорости вращения ветродвигателя, нецелесообразно как с технической, так и с экономической точки зрения, а создание и эксплуатация высокоскоростных конструкций ветродвигателей, особенно для ВЭУ средней и большой мощности, опасно из соображений обеспечения жесткости, прочности и предотвращения возможных механических резонансов. Поэтому правильный выбор оптимального передаточного отношения мультипликатора обеспечивает более эффективное согласование мощных характеристик ветродвигателя и электрического генератора в широком диапазоне скоростей ветра.

С энергетической точки зрения для согласования рассмотренных мощностных характеристик необходимо соответствующим образом регулировать или мощность возбуждения электрического генератора, или углы установки лопастей, или углы установки тиристоров выпрямителя и инвертора. Другими способами добиться высокой эффективности работы ВЭУ сложно.

Таким образом, на преобразования энергии ветра в электрическую следует строго согласовывать мощностные характеристики ветродвигателя и электрического генератора, учитывать режимы эксплуатации ВЭУ и общий КПД электрического генератора и трансмиссии . При этом, принимая, что оптимальный КПД может достигать величины

можно построить кривые гарантированной электромагнитной мощности при достижении генератором номинальной мощности при скорости ветра . При этом поддерживается постоянной при увеличении скорости путем регулирования режима работы за счет угла установки лопастей и управлением тиристоров выпрямителя и инвертора.

 
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Предметы
Агропромышленность
Банковское дело
БЖД
Бухучет и аудит
География
Документоведение
Естествознание
Журналистика
Инвестирование
Информатика
История
Культурология
Литература
Логика
Логистика
Маркетинг
Математика, химия, физика
Медицина
Менеджмент
Недвижимость
Педагогика
Политология
Политэкономия
Право
Психология
Региональная экономика
Религиоведение
Риторика
Социология
Статистика
Страховое дело
Техника
Товароведение
Туризм
Философия
Финансы
Экология
Экономика
Этика и эстетика
Прочее