คุณสมบัติการออกแบบของกังหันลมแม่เหล็กถาวรขนาดเล็ก AC
เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับแม่เหล็กไฟฟ้าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเสาก้ามปูเครื่องปั่นไฟฝืนและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำถูกนำมาใช้สำหรับโรงไฟฟ้าพลังงานลมขนาดเล็ก ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีของวัสดุแม่เหล็กถาวรผลิตภัณฑ์พลังงานแม่เหล็กของวัสดุแม่เหล็กถาวรได้รับการปรับปรุงอย่างมากและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแม่เหล็กถาวรส่วนใหญ่จะใช้ในปัจจุบัน มอเตอร์ชนิดนี้เหนือกว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าชนิดเดิมในแง่ของประสิทธิภาพไฟฟ้าและความปลอดภัย เนื่องจากสถานที่ใช้งานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าชนิดนี้แตกต่างจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทั่วไปข้อกำหนดทางเทคนิคของมันจึงมีลักษณะเฉพาะและต้องมีการจับคู่ที่ดีกับกังหันลมในแง่ของประสิทธิภาพ ดังนั้นการวิเคราะห์ปัญหาต่าง ๆ ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าชนิดนี้จึงถูกนำมาใช้ และสำรวจ
ข้อกำหนดทางเทคนิค 2
รูปที่ 1 เป็นแผนผังของอุปกรณ์กำเนิดพลังงานลมขนาดเล็ก ลมไดรฟ์ล้อลมเพื่อหมุนแปลงพลังงานลมเป็นพลังงานกล ล้อลมขับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อหมุนแปลงพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้าและแก้ไขและส่งออก การออกแบบเครื่องกำเนิดไฟฟ้าประเภทนี้ต้องเลือกประเภทเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและสายการแก้ไขก่อน กำหนดกำลังแก้ไขสัตยาบันคำนวณพลังงานจัดอันดับแรงดันความเร็วและอื่น ๆ ข้อกำหนดทางเทคนิคหลักสำหรับมันคือ:
(1) จัดอันดับกำลังขับ PN (W); (2) แรงดันเอาท์พุทจัดอันดับ (DC) UN (V); (3) จัดอันดับความเร็ว NN (รอบ / นาที); (4) ประสิทธิภาพของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าη (); (5) แรงบิดเริ่มต้นความต้านทาน TN (Nm); (6) ที่ความเร็ว 65 พิกัดแรงดันไฟฟ้าที่ไม่โหลดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าไม่ควรต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าที่กำหนด; (7) ที่ความเร็ว 150 พิกัดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าควรสามารถทำงานเกินพิกัดภายใต้แรงดันไฟฟ้า 2 นาที; (8) เครื่องกำเนิดไฟฟ้าควรจะสามารถทนต่อความเร็วได้ 2 เท่าภายใต้สภาวะไม่โหลดนาน 2 นาทีโครงสร้างของโรเตอร์ไม่ควรได้รับความเสียหายและการเสียรูปที่เป็นอันตราย (9) เครื่องกำเนิดไฟฟ้าควรจะสามารถป้องกันฝนหิมะทรายและฟ้าผ่า
นอกจากนี้ก็ควรจะตอบสนองความต้องการทางเทคนิคของฉนวนกันความร้อนมอเตอร์ทั่วไป, ความต้านทานแรงดัน, ความแข็งแรงเชิงกลและอื่น ๆ
ข้อกำหนดทางเทคนิค (5), (6), (7), (8) เป็นข้อกำหนดพิเศษสำหรับกังหันลมซึ่งจะวิเคราะห์แยกต่างหากด้านล่าง
3 การเลือกโหลดแม่เหล็กไฟฟ้า
การปฏิบัติของการผลิตยานยนต์ที่ทันสมัยและการทำงานระยะยาวของมอเตอร์โดยทั่วไปจะให้ช่วงของการโหลดสายเป็นและ B magnetic ภาระแม่เหล็กของมอเตอร์ที่ออกแบบมา เมื่อผลิตภัณฑ์ของ As และBδมีค่าเท่ากันอัตราส่วนระหว่าง As กับBδจะกำหนดพารามิเตอร์ต่าง ๆ ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดัชนีพลังงานแรงและมวล เมื่อBδมีขนาดใหญ่และมีค่าต่ำเครื่องกำเนิดจะอุดมด้วยธาตุเหล็กและเมื่อมีขนาดใหญ่และ B, มีขนาดเล็กเครื่องกำเนิดไฟฟ้าก็จะอุดมด้วยทองแดง
ภาระไฟฟ้าของมอเตอร์วัดจากความหนาแน่นกระแส j (A / mm2) ของขดลวดมอเตอร์และโหลดบรรทัดเป็น (A / cm) ยิ่งโหลดไฟฟ้ายิ่งใหญ่เท่าไหร่ก็ยิ่งสูญเสียทองแดงมากเท่านั้น สำหรับกังหันลมพลังงานต่ำนั้นโดยทั่วไปจะมีแรงดันต่ำและกระแสสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ต่ำกว่า 1 กิโลวัตต์ส่วนใหญ่จะใช้ที่ 24, 36 V หรือ 48 V (แก้ไข DC) และกระแสไฟที่จัดอันดับของมอเตอร์ดังกล่าวมีขนาดใหญ่ สำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้พลังงานต่ำตั้งแต่ 1 ถึง 10 kW จะไม่สามารถใช้แรงดันไฟฟ้าเอาต์พุตระดับสูง เนื่องจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าชนิดนี้ส่วนใหญ่ใช้การจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่แรงดันไฟฟ้าสูงต้องใช้แบตเตอรี่มากขึ้นซึ่งจะเป็นการเพิ่มค่าใช้จ่ายของเครื่องทั้งหมดซึ่งเป็นเรื่องยากสำหรับลูกค้าที่จะยอมรับ ในระยะสั้นโหลดสายกังหันลมพลังงานต่ำค่อนข้างสูงและเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่อุดมด้วยทองแดง การสูญเสียทองแดงของมอเตอร์มีขนาดใหญ่คิดเป็นประมาณ 70% ของการสูญเสียทั้งหมดของมอเตอร์ นี่เป็นสถานการณ์ที่มีวัตถุประสงค์ นอกจากนี้กำลังขับของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพิ่มขึ้นตามความเร็วลมที่เพิ่มขึ้นดังแสดงในรูปที่ 2 พลังงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพิ่มขึ้นและความร้อนเพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตามเมื่อความเร็วลมเพิ่มขึ้นสภาพการกระจายความร้อนจะดีขึ้นอย่างมาก ดังนั้นสำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าประเภทนี้มาตรฐานการเลือกสำหรับมอเตอร์ทั่วไปไม่ควรปฏิบัติตามและสามารถเลือกค่า As ได้สูงขึ้นซึ่งจำเป็นและอนุญาต ตัวอย่างเช่นมอเตอร์ไฟฟ้าขนาดเล็กทั่วไปตามที่เป็น 60 ถึง 80 A / cm; และชนิดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามารถใช้ 100 ถึง 150 A / cm; และเครื่องกำเนิดแอโรเจนเช่นเดียวกับการใช้การระบายความร้อนด้วยการฉีดเชื้อเพลิงที่มีประสิทธิภาพสูงสามารถเข้าถึงประมาณ 300 A / cm ดังนั้นทางเลือกของ As ควรคำนึงถึงการสูญเสียยนต์ประสิทธิภาพการกระจายความร้อนและการใช้งานและรับค่าที่เหมาะสม
การเลือกโหลดแม่เหล็กBδสามารถเป็นไปตามหลักการทั่วไปของทฤษฎีมอเตอร์ได้อย่างสมบูรณ์และจะไม่อธิบายที่นี่
4 สเตเตอร์
4.1 สล็อตสเตเตอร์
ขึ้นอยู่กับภาระทางไฟฟ้าที่สูงของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าชนิดนี้การสูญเสียทองแดงมีมาก เมื่อออกแบบเครื่องกำเนิดความกว้างของฟันและความหนาของแอกควรถูกย่อให้เล็กสุดเพื่อให้แน่ใจว่าบริเวณร่องโดยมั่นใจได้ถึงความแข็งแรงเชิงกลที่เพียงพอและความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็ก เพิ่มพื้นที่ลวดของขดลวดสเตเตอร์ลดการใช้ทองแดงและปรับปรุงประสิทธิภาพของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า นี่ไม่ใช่สิ่งที่ผู้ผลิตทุกรายพิจารณา บ่อยครั้งเนื่องจากสายขดลวดสเตเตอร์ที่บางลงความต้องการในการออกแบบสามารถพบได้ในระหว่างการดำเนินการเริ่มต้นของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า หลังจากการทำงาน 2 ถึง 3 ชั่วโมงอุณหภูมิจะสูงขึ้นอย่างรวดเร็วและกำลังขับจะลดลงอย่างรวดเร็วเพื่อให้กำลังขับที่ได้รับไม่เป็นไปตามข้อกำหนด
4.2 ขดลวดสเตเตอร์
ข้อกำหนดทางเทคนิคของกังหันลมพลังงานต่ำ (5) แนะนำแนวคิดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่เริ่มต้นด้วยแรงบิดต้านทานเนื่องจากอุปกรณ์กำเนิดพลังงานลมขนาดเล็กโดยทั่วไปจะหมุนด้วยความเร็วรอบหลายสิบถึงหลายร้อยรอบเพื่อลดการเชื่อมโยงลดค่าใช้จ่ายและปรับปรุงความน่าเชื่อถือ ล้อลมของอุปกรณ์เชื่อมต่อโดยตรงกับเพลาเครื่องกำเนิดไฟฟ้า สิ่งนี้ต้องการการลดแรงบิดความต้านทานที่เกิดจากเอฟเฟกต์การปั่นไฟของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดังนั้นเมื่อความเร็วลมต่ำ (2 ถึง 3 m / s) กังหันลมสามารถเริ่มต้นได้อย่างรวดเร็วและผลิตกระแสไฟฟ้าโดยเร็วที่สุด ด้วยเหตุนี้ GB10760.1-89 มาตรฐานแห่งชาติหยิบยกข้อกำหนดดูตารางด้านล่าง
กำลัง (W) 501002003005001000 แรงบิดเริ่มต้นความต้านทานสูงสุด (Nm) 0.200.300.350.501.201.50
จากทฤษฎีของมอเตอร์, รางสเตเตอร์, เสาลาดโรเตอร์และขดลวดสเตเตอร์แบบเศษส่วนสามารถลดแรงบิดความต้านทานที่เกิดจากผลกระทบจากการวิ่งออกกำลังกายและตอบสนองความต้องการทางเทคนิค อย่างไรก็ตามได้มีการพิสูจน์แล้วว่าการไขลานของเศษส่วนเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการลดแรงบิดของความต้านทาน
การใช้รางสเตเตอร์นั้นค่อนข้างง่ายต่อการใช้งานในกระบวนการ แต่ผลไม่ชัดเจนและหากระยะทางของรางใหญ่เกินไปประสิทธิภาพของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะได้รับผลกระทบ ใช้เสาเฉียงของโรเตอร์แม่เหล็กของโรเตอร์และขั้วแม่เหล็กจะถูกบิดให้มีขนาดที่เหมาะสม กระบวนการนี้ยากและผลกระทบไม่ชัดเจน ดังนั้นขดลวดสล็อตแบบเศษส่วนจึงถูกนำมาใช้เป็นส่วนใหญ่
ช่องเสียบแบบเศษส่วน:
จำนวนสล็อตต่อเฟสต่อขั้ว q = Zs / 2mp = ac / d
จำนวนช่องเสียบต่อขั้ว Q = Zs / 2p = AC / D
โดยที่: Zs คือจำนวนช่องสเตเตอร์ m ไม่ใช่จำนวนเฟสที่คดเคี้ยว p คือจำนวนคู่ขั้วกำเนิด; A, a เป็นจำนวนเต็ม; c / d, C / D เป็นเศษส่วนลดลง
ทฤษฏีและการปฏิบัติพิสูจน์ว่า D ที่ใหญ่กว่านั้นคือแรงบิดเริ่มต้นของความต้านทานเริ่มต้นที่เล็กลงคือ [5] นอกจากนี้เมื่อค่าของคิวเพิ่มขึ้นค่าอิมพิแดนซ์เชิงลบจะลดลงและค่ารีแอกแตนซ์การรั่วไหลลดลงซึ่งเป็นสิ่งที่เราหวัง อย่างไรก็ตามในเวลาเดียวกันการเพิ่มมูลค่าของ q มากเกินไปความสามารถของเครื่องกำเนิดในการปราบปรามฮาร์โมนิกที่สูงขึ้นจะลดลงและควรหลีกเลี่ยงสิ่งนี้ ดังนั้นตราบใดที่ความต้องการทอร์กความต้านทานที่ระบุโดยมาตรฐานแห่งชาติมีค่ามากขึ้นค่า q ก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น
เราคำนวณและทดสอบแรงบิดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหลายตัวซึ่งเราสามารถกำหนดการประสานงานของฟันได้ดูรูปที่ 3
5 โรเตอร์
ความเร็วของกังหันลมของอุปกรณ์กำเนิดพลังงานลมขนาดเล็กคือ 10 ถึงร้อยรอบต่อนาทีและใบพัดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเชื่อมต่อโดยตรงกับล้อลม ความเร็วของโรเตอร์กำหนดว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเป็นเครื่องกำเนิดความเร็วต่ำหลายขั้ว โรเตอร์ทำโดยทั่วไปของแม่เหล็กเฟอร์ไรต์และนีโอดิเมียมเหล็กโบรอนโครงสร้างสัมผัส; โครงสร้างของโรเตอร์จะต้องมั่นคงและสามารถทนต่อผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลันของความเร็วลมโดยไม่มีความเสียหายหรือความเสียหาย และการเสียรูป มีการระบุไว้อย่างชัดเจนในข้อกำหนดทางเทคนิค (7) และ (8) ปัญหาโรเตอร์จะถูกกล่าวถึงในบทความพิเศษ
6 ลักษณะ
6.1 แรงดันขาออก DC
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะจ่ายแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับเพื่อแก้ไขและชาร์จแบตเตอรี่ ตามมาตรฐานแห่งชาติแรงดันไฟฟ้าที่ถูกต้องควรเป็น 2V สูงกว่าแบตเตอรี่ 12V มาตรฐานนั่นคือแรงดันเอาต์พุตของตัวกำเนิดไฟฟ้าคือ 14V, 28V, 42V, 56V ... อย่างไรก็ตามมันได้รับการพิสูจน์แล้วว่าข้อบังคับนี้เป็นไปได้สำหรับพื้นที่ มีทรัพยากรลมที่มีอยู่มากมาย แต่สำหรับทรัพยากรลมพื้นที่ที่สามารถใช้ได้นั้นต่ำ บางคนเคยผลิต 42V (DC) ในเขตวัฒนธรรมทะเลสาบชั้นในของมณฑลเจียงซูเน่ยหู เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเชื่อมต่อกับแบตเตอรี่สองชุด (24V) และทำงานได้ดีโดยไม่มีปัญหาร้ายแรง ดังนั้นเมื่อออกแบบเครื่องกำเนิดไฟฟ้าควรทราบว่าแหล่งกำเนิดลมในพื้นที่ที่ใช้กังหันลมโดยทั่วไปควรสูงกว่า 4V เพื่อใช้ประโยชน์จากทรัพยากรลมที่มีค่าอย่างเต็มที่
6.2 ลักษณะผลผลิต
ความสัมพันธ์ระหว่างกำลังขับ P และความเร็ว n ไม่จำเป็นสำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทั่วไปและเป็นสิ่งสำคัญสำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดังกล่าว รูปที่ 2 แสดงคุณสมบัติที่วัดได้ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า DYF-600 เนื่องจากความต้องการเฉพาะกังหันลมต้องการเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าที่ความเร็วลมต่ำในขณะที่ลักษณะการส่งออกจะอ่อนที่สุดเท่าที่เป็นไปได้สูงกว่าความเร็วลมจัดอันดับ ดังนั้นเมื่อออกแบบเครื่องกำเนิดไฟฟ้าวงจรแม่เหล็กควรอิ่มตัวมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เพื่อไม่ให้เกิดการโอเวอร์โหลดความเร็วสูงของกังหันลมบ่อยครั้งและกำลังขับของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างมาก ความร้อนสูงเกินไปของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจึงสร้างความเสียหาย .
6.3 ลักษณะการจับคู่ของกังหันลมพร้อมกับคุณลักษณะเอาต์พุตของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
(1) หลังจากเริ่มต้นกังหันลมเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะต้องผลิตกระแสไฟฟ้าโดยเร็วที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้นั่นคือพลังงานลมสามารถจับได้ในช่วงความเร็วลมต่ำ สิ่งนี้เป็นไปตามข้อกำหนดทางเทคนิค (6) แรงบิดเริ่มต้นของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ามีขนาดเล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เพื่อให้กังหันลมสามารถถูกตัดให้ทำงานโดยเร็วที่สุด
(2) หวังว่าเครื่องกำเนิด P = f (n) จะมีความสัมพันธ์แบบพาราโบลากำลังสองก่อนที่จุดที่กำหนดไว้เพื่อให้ได้พลังงานลมที่ดีที่สุดโดยการจับคู่เครื่องกำเนิดกับกังหันลม
