Ветрогенераторы с асинхронными генераторами

У асинхронных генераторов есть несколько преимуществ перед синхронными:
1) Простата конструкции;
2) Надёжность;
3) Высокий КПД.

И недостатки:
1) Не выдерживает перегрузки;
2) Сложно регулировать выходное напряжение.

Ветрогенераторы используют либо для зарядки аккумуляторов, либо как не единственные в системе, т.е. перегрузок в системе с ветрогенераторами быть не должно, поэтому и используются простые, эффективные и надёжные асинхронные генераторы. В других системах часто нет буферов (аккумуляторов) поэтому вероятность возникновения перегрузок достаточно высока, что и не даёт использовать асинхронные генераторы.

Во-первых, это аргумент скорее как раз за синхронные генераторы (которые, собственно, и применяются в большинстве бензо- и дизель-генераторов). Потому что раз мы работаем не в сети, то перед нами и не стоит проблема ввода в синхронность при пуске — просто берём и запускаем, как разогнался до нужной частоты — включаем напряжение потребителям.

Во-вторых, многое оборудование предъявляет достаточно жёсткие требования к частоте, поэтому как раз играться частотой крайне нежелательно. Тут вам не тепловоз. Т.е. частота вращения должна поддерживаться с как можно большей точностью.

Именно, асинхронный на то и асинхронный, что при его работе частота вращения поля статора никогда не совпадает с частотой вращения ротора, за счёт чего в пересекаемой полем статора беличьей клетке ротора и наводится ток. В момент пуска двигателя, когда скольжение ((частота поля минус частота ротора)/частоту поля) равно единице, реактивное сопротивление статора минимально, ток большой, при разгоне скольжение уменьшается, ток тоже — реактивное сопротивление растёт.

В режиме двигателя скольжение никогда не упадёт до нуля — тогда перестанет наводиться ток в роторе. Если же приложить к машине разгонный момент, то скольжение перевалит через ноль, станет отрицательным — и реактивное сопротивление тоже станет отрицательным, двигатель начнёт преобразовывать механическую энергию в электрическую. И чем больший момент будет приложен, тем дальше будет уходить от нуля скольжение, тем больше энергии будет вырабатывать машина. Такая система не требует регулятора частоты вращения, характеристика более правильная — с ростом частоты вращения растёт и мощность

Источник

Ветрогенераторы большой мощности с асинхронным генератором.Примеры ветродвигателей

Ветрогенераторы фирмы «Nordex»

Примером ветрогенераторов класса с мощностью от 600 кВт до 2,5 МВт, работающих параллельно с энергосистемой, являются также находящиеся в эксплуатации или в стадии разработки ВЭУ немецкой фирмы «Nordex GmbH». Ветрогенератор с асинхронным генератором Nordex N80/2500 1159] одна из последних и наиболее крупных ВЭУ из разработок этой компании. Ее общие технические данные и данные ВЭУ Nordcx-1300 представлены в табл. 5.7.[ad#строчный]

На рис. 5.52 приведен общий вид головки ветрогенератора Nordex N80/2500.

Ветрогенератор состоит из трех лопастей, ступицы, поворотных подшипников и приводных механизмов, изменяющих угол установки лопастей. Лопасти изготовлены из полиэстера, армированного стекловолокном. Аэродинамический тормоз создается самими лопастями, которые могут поворачивался перпендикулярно плоскости вращения турбины. Лопасти оснащены системой молниезащиты, состоящей из металлического приемника, передающего энергию молнии на ступицу.Ведущая механическая цепь состоит из вала ротора, трансмиссии, присоединенной с помощью подвижной муфты, пластичного карданного соединения и асинхронного генератора. Трансмиссия выполнена в виде двухступенчатой планетарной передачи.

Охлаждение производится по двум охлаждающим контурам. Подшипники постоянно смазываются путем разбрызгивания. Температура подшипников и масла постоянно контролируется.

Рис. 5.52. Обший вид головки ветрогенератора Nordex .N8(1/2500: I -лопасти; 2 — ступица; 3 — рама головки ВЭУ; 4 — подшипники ротора; 5 -вал ротора; 6 — трансмиссия; 7 — дисковый тормоз; 8 — муфта генератора;9 — генератор; 10 — охлаждающий /шдиатор; 11 — вентиляторы радиатора; 12 — система ветроизмерения; 13 — система управления; 14 — гидравлическая система; 15 — поворотный привод; 16 — опорные подшипники головки; 17-кожух; 18-башня; 19-система изменения угла,установки лопасти В качестве генератора использована асинхронная двухскоростная машина с номинальной мощностью 2500 кВт. Оптимальная температура асинхронного генератора поддерживается водно-гликолевым охлаждающим контуром.[adsense_id=»1″]
Роль аэродинамического тормоза выполняется лопастями, управление производится независимо для каждой лопасти.
В случае сбоев в работе ветродвигателя лопасти устанавливаются в положение, перпендикулярное плоскости вращения ветрогенератора.
[ad#строчный 2]
Кроме того, NordexN80/2500 оснащается механическим тормозом, создающим усилие, равное 1.2
номинального момента. Механический тормоз работает совместно с лопастями и фиксирует ветродвигателя в заторможенном состоянии. Механический тормоз также фиксирует ротор в процессе монтажа ветрогенератора и во время технического обслуживания. Механический тормоз имеет систему ограничения тормозного момента, т.е. тормозной момент изменяется по наклонной характеристике, обеспечивающей уменьшение нагрузки на ведущую механическую цепь.
Направление ветра постоянно отслеживается двумя флюгерами, расположенными на головке ветрогенератора. При изменении направления ветра головка ветрогенератора поворачивается с помощью двух двигателей с трансмиссиями, перемещающихся по поворотному кольцу. После прекращения поворота головка фиксируется поворотными тормозами. Поворотные тормозные системы расположены по окружности поворотного кольца и на скоростном валу трансмиссий поворотных двигателей.

Башня и управление ветрогенератора Nordex

Ветродвигатель Nordex N80/2500 кВт возводится на цилиндрической башне, высотой 60 или 80 м. Лестница для персонала расположена внутри башни. Конструкция фундамента зависит от параметров грунта на площадке.
Башня закрепляется на фундаменте болтами с помощью двойного фланца. Управление работой ветрогенератора осуществляется программируемым логическим контроллером, анализирующим данные, поступающие с различных датчиков. Подключение к сети осуществляется через IGBT-преобразовагель, основанный на принципе асинхронного генератора, рейдирующего коэффициент мощности в пределах от 0,9 до 0,99. Эта система может
ограничить пусковой ток асинхронного генератора.

Контроль на ветродвигателем Nordex

Все ветродвигатели Nordex оборудованы системами удаленного контроля и автоматической системой управления, постоянно контролирующей работу ветрогенератора, а необходимое программное обеспечение может быть установлено на любой персональный компьютер. Показатели работы ветродвигателя, такие как мощность, скорость ветра, направление ветра, температура каждой системы и гидравлическое давление, могут быть не только отображены на экране монитора, но и скорректированы. В случае возникновения аварийных ситуаций сервисная команда анализирует сбой без выезда на место.

Контроллер обеспечивает оптимальную работу ветродвигателя в зависимости от ветровых и погодных условий. В случае отключения напряжения в сети система контроля и гидравлические клапана получают питание в течение 10 мин от источника бесперебойного питания (UPS).

Миддельгрунденский ветрогенератор большой мощности с асинхронным генератором компании «Bonus».Оффшорная ветроэнергетика

Примером реализации мощных ветродвигателей с асинхронными генераторами служит Миддельгрунденский ВЭС (г. Копенгаген, Дания).

Она введена в эксплуатацию 6 мая 2001 года и является самым грандиозным мировым проектом в этой области . Эта ВЭС включает 20 ветротурбин производства компании «Bonus» мощностью 2 МВт каждая, расположенных на мелководье (глубина 2,5 -Зм) Миддельгрунденской гавани по дуге на расстоянии 3 км от берега.
Одним из оригинальных решений в технике возведения ветродвигателей является отказ от моносваи; каждая башня высотой 64 м расположена на свободно установленном отдельном бетонном основании массой 1800 т, диаметром 16,7 — 17,6 м и высотой от 8 до 11,3 м в зависимости от глубины в месте установки каждого ветрогенератора; 430 м3 бетона пошло на одну плиту основание и 150 м3 на конус, предназначенный для соединения с мачтой ветротурбины.

Параметры ветродвигателя с асинхронным генератором компании «Bonus»

Ротор ВТ — диаметр 76 м (фирма «FM Glasfiderblades»);
Генератор — 2000 кВт, 400 В;
Трансмиссия- планетарная / винтовое зубчатое колесо (фирма «Flcnder»);
расстояние между ветродвигателями- 182 м;
Общая стоимость проекта- 49,2 млн. евро;
Выработка электроэнергии- 89-103 МВтч/г;
Стоимость электроэнергии- 0,053 евро/кВт-ч.

В Дании в ближайшие 8 лет планируется строительство нескольких подобных ветроэлектростанций мощностью
150 МВт каждая, а к 2030 году предполагается 50% потребляемой в стране электроэнергии получать от ветрогенераторов, установленных в море.

Миддельгрунденский проект можно рассматривать как пионерский

в ряду масштабных проектов ветроэнергетики, которые разрабатываются в настоящее время в Европе. Сейчас во всем мире строится около 20 оффшорных ветродвигателей и все — в Северной Европе. Так, в Ирландии объявлено о начале строительства ветрогенераторов с установленной мощностью 520 МВт на участке Ирландского моря. Она
располагается примерно в 7 км от береговой черты со стороны Уиклоу Хед и порта Коргаун. При этом по плану первые 60 МВт этой ВЭС вводятся в эксплуатацию к осени 2002 года.

Объявлено о строительстве 18 оффшорных ветрогенераторов в Великобритании; на каждой ВЭС, установленной не далее 5 км от берега, будет сооружено по 30 ветрогенераторов высотой 61м и мощностью 3 МВт каждая, а общая мощность всех 18 ветродвигателей достигнет 1500 МВт. Стоимость проект оценивается в 2,3 млрд. дол. США.
Упомянутая выше фирма «Nordex» начинает строительство оффшорной ветровой станции Nordliehe Pommersche Bucht, которая будет сооружена в Балтийском море на расстоянии 42 км от побережья Германии. Она будет состоять из 70 ветрогенераторов суммарной мощностью 350 МВт, а диаметр их роторов достигает 115м. Строительство оффшорных ветрогенераторов в Германии развивается иначе, чем в других странах: тут ВЭС планируется сооружать на большем
расстоянии от берега — 35 — 45 км, причем наряду с ветрогенераторами мощностью 2-3 МВт планируется вводить в действие и ветродвигатели следующего поколения с установленной мощностью 5 МВт. Уже в 2003 голу ожидается
изготовление макета такой ветровой станции.
В целом же планируется, что до 2020 года оффшорная ветроэнергетика сможет удовлетворить значительную часть потребности Европы в электроэнергии.[adsense_id=»1″]

Источник

Как сделать генератор для ветряка из асинхронного двигателя своими руками

Обновлено: 14 января 2021

Этапы

изготовление ротора
создание генератора

Эти работы между собой не имеют практически ничего общего, так как надо сделать разные по сути и назначению узлы системы. Для изготовления того и другого элемента используются подручные механизмы и приспособления, которые можно использовать или переделать в необходимый узел. Один из вариантов создания генератора, часто используемый при изготовлении ветрогенератора — изготовление из асинхронного электродвигателя, которое наиболее удачно и качественно позволяет решить проблему. Рассмотрим вопрос подробнее:

Изготовление генератора из асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель является наилучшей «заготовкой» для изготовления генератора. Он имеет для этого наилучшие показатели по устойчивости к короткому замыканию, менее требователен к попаданию пыли или грязи. Кроме того, асинхронные генераторы вырабатывают более «чистую» энергию, клирфактор (наличие высших гармоник) у этих устройств всего 2% против 15% у синхронных генераторов. Высшие гармоники способствуют нагреву двигателя и сбивают режим вращения, поэтому их малое количество является большим плюсом конструкции.

Асинхронные устройства не имеют вращающихся обмоток, что в значительной степени снимает возможность выхода их из строя или повреждения от трения или замыкания.

Также важным фактором является наличие на выходных обмотках напряжения в 220В или 380 В, что позволяет подключать приборы потребления прямо к генератору, минуя систему стабилизации тока. То есть, пока есть ветер, приборы будут работать точно так же, как от сети.

Единственное отличие от работы полного комплекса в прекращении работы сразу же после стихания ветра, тогда как аккумуляторы, входящие в комплект, какое-то время питают потребляющие устройства используя свою емкость.

Как переделать ротор

Единственным изменением, которое вносится в конструкцию асинхронного двигателя при переделывании его в генератор, является установка на ротор постоянных магнитов. Для получения большей силы тока иногда перематывают обмотки более толстым проводом, имеющим меньшее сопротивление и дающим лучшие результаты, но эта процедура не критична, можно обойтись и без нее — генератор будет работать.

Ротор асинхронного двигателя не имеет никаких обмоток или иных элементов, являясь, по сути, обычным маховиком. Обработка ротора производится в токарном станке по металлу, обойтись без этого никак нельзя. Поэтому при создании проекта надо сразу решить вопрос с техническим обеспечением работ, найти знакомого токаря или организацию, занимающуюся такими работами. Ротор надо уменьшить в диаметре на толщину магнитов, которые будут на него установлены.

Существует два способа монтажа магнитов:

изготовление и установка стальной гильзы, которая одевается на предварительно уменьшенный в диаметре ротор, после чего на гильзу крепятся магниты. Этот способ дает возможность увеличить силу магнитов, плотность поля, способствующую более активному образованию ЭДС
уменьшение диаметра только на толщину магнитов плюс необходимый рабочий зазор. Этот способ проще, но потребует установки более сильных магнитов, лучше всего — неодимовых, которые имеют намного большее усилие и создают мощное поле.

Установка магнитов производится по линиям конструкции ротора, т.е. не воль оси, а несколько смещенными по направлению вращения (на роторе эти линии хорошо видны). Магниты расставляются по чередованию полюсов и фиксируются на роторе с помощью клея (рекомендуется эпоксидная смола). После ее высыхания можно производить сборку генератора, в который отныне превратился наш двигатель, и переходить к испытательным процедурам.

Испытания вновь созданного генератора

Эта процедура позволяет выяснить степень работоспособность генератора, опытным путем определить скорость вращения ротора, необходимую для получения нужного напряжения. Обычно прибегают к помощи другого двигателя, например, электродрели с регулируемой частотой вращения патрона. Вращая ротор генератора с подключенным к нему вольтметром или лампочкой, проверяют, какие скорости необходимы для минимума и каков максимальный предел мощности генератора, чтобы получить данные, на основе которых будет создаваться ветряк.

Можно в испытательных целях подключить какой-либо прибор потребления (например, нагреватель или осветительное устройство) и убедиться в его работоспособности. Это поможет снять все возникающие вопросы и внести какие-либо изменения, если возникнет такая необходимость. Например, иногда возникают ситуации с «залипанием» ротора, не стартующего при слабых ветрах. Это происходит при неравномерном распределении магнитов и устраняется разборкой генератора, отсоединением магнитов и повторным их укреплением в более равномерной конфигурации.

По завершении всех работ в распоряжении появляется полностью рабочий генератор, который отныне нуждается в источнике вращения.

Изготовление ветряка

Для создания ветряка потребуется выбрать какой-либо из вариантов конструкции, которых имеется немало. Так, существуют горизонтальные или вертикальные конструкции ротора (в данном случае термин «ротор» обозначает вращающуюся часть ветрогенератора — вал с лопастями, приводимый в движение силой ветра). Горизонтальные роторы имеют более высокую эффективность и устойчивость в производстве энергии, но нуждаются в системе наведения на поток, которая, в свою очередь, нуждается в легкости вращения на валу.

Чем мощнее генератор, тем труднее его вращать и тем большее усилие должен развивать ветряк, что требует его больших размеров. При этом, чем крупнее ветряк, тем он тяжелее и обладает большей инерцией покоя, что образует замкнутый круг. Обычно используют средние значения и величины, дающие возможность образовать компромисс между размерами и легкостью вращения.

Вертикальные ветряки проще в изготовлении и не требовательны к направлению ветра. При этом, они имеют меньшую эффективность, так как ветер с одинаковой силой воздействует на обе стороны лопасти, затрудняя вращение. Для того, чтобы избежать этого недостатка, создано множество различных конструкций ротора, таких как:

ротор Савониуса
ротор Дарье
ротор Ленца

Известны ортогональные конструкции (разнесенные относительно оси вращения) или геликоидные (лопасти, имеющие сложную форму, напоминающую витки спирали). Все эти конструкции имеют свои достоинства и недостатки, основным из которых является отсутствие математической модели вращения того или иного вида лопастей, делающего расчет крайне сложным и приблизительным. Поэтому действуют методом проб и ошибок — создается экспериментальная модель, выясняются ее недостатки, с учетом которых изготавливается рабочий ротор.

Наиболее простая и распространенная конструкция — ротор Савониуса, но в последнее время в сети появляется множество описаний других ветрогенераторов, созданных на базе других видов.

Устройство ротора несложно — вал на подшипниках, на верхней части которого укреплены лопасти, которые под действием ветра вращаются и передают крутящий момент на генератор. Изготовление ротора осуществляется из доступных материалов, монтаж не требует чрезмерной высоты (обычно поднимают на 3-7 м), это зависит от силы ветров в регионе. Вертикальные конструкции почти не требуют ухода или обслуживания, что облегчает эксплуатацию ветрогенератора.

Источник

Ветрогенераторы с асинхронными генераторами