EN
Генераторът с постоянни магнити PMG не генерира фиксирано напрежение и честота по себе си при промяна на скоростта на вала му. Във вятърна, микрогидро-, двигателно задвижвана или друга система с променлива скорост промяната в скоростта на въртене променя суровия електрически изход на генератора. Стабилното електрозахранване към батерията, инвертора, товарната шина или мрежовата връзка се осигурява чрез третиране на генератора с постоянни магнити PMG като един компонент от контролирана система за преобразуване на енергия.
Това различие има значение за отдалечени и автономни проекти. Табелката на генератора може да описва номинална работна точка, но обектът функционира в множество работни точки. Практическият въпрос не е „Дали генераторът произвежда електроенергия?“, а „Може ли пълната система да улавя променящата се механична мощност, да поддържа електрическите ограничения в безопасни граници и да доставя употребима енергия към товара?“
Защо суровият изход на PMG се променя с оборотната скорост
Постоянномагнитен генератор (PMG) използва магнити на ротора вместо отделно възбуждана намотка на ротора. Докато роторът се върти, неговото магнитно поле пресича статорните намотки и индуцира променливо напрежение. По-високата скорост обикновено означава, че магнитното поле преминава през статорните намотки по-често за секунда, поради което честотата на изхода нараства. Индуцираното напрежение също обикновено нараства със скоростта, докато не станат значими конструкционните ограничения и ефектите от натоварването.
Затова турбина с променлива скорост обикновено не може директно да свърже терминалите на генератора към фиксирано напрежение на променливотоковата товарна верига. При ниска скорост напрежението може да е недостатъчно; при висока скорост напрежението може да надвиши стойностите, за които е проектирано по-нататъшното оборудване. Променящият се електрически товар добавя още един фактор: токът, който се отвлича, предизвиква падане на напрежението в намотките и кабелите, а прекомерният ток води до нагряване.
Важната поправка е, че променливият суров изход не означава нестабилна употребима мощност. Това означава, че Генератор с постоянен магнет пмг има нужда от електрически интерфейс, който декоплира вариацията в скоростта на вала от напрежението и честотата, изисквани от приложението.
Контролната верига, която превръща променливото генериране в стабилна мощност
В повечето съвременни системи с променлива скорост контролната верига има пет задачи: преобразуване на променливочестотния AC на генератора, създаване на контролиран енергиен буфер, регулиране на изхода, съгласуване с наличната механична мощност и защита на оборудването. Точната топология се различава при зареждане на батерии, автономен AC и приложения, свързани с мрежата, но логиката е еднаква.
1. Оправяне на изхода на генератора
Триводов генератор с постоянни магнити (PMG) обикновено захранва диоден мост или активно контролиран оправител. Оправянето превръща променливочестотния AC в DC. Пасивният мост е прост, докато активният оправител предоставя на контролера по-голяма власт над тока и въртящия момент на генератора. Нито един от двата варианта не отменя необходимостта от правилно размериране на кабелите, термичните пътища и защитата според действителния работен диапазон.
2. Стабилизиране на постояннотоковата връзка
След ректификацията кондензаторите — а в някои системи и батериите или постояннотоковата/постояннотокова стъпка — формират постояннотокова връзка. Тази стъпка поглъща краткотрайните пулсации и позволява на контролера да поддържа целевия диапазон на постояннотоково напрежение. Изследвания върху управлението на постояннотоковата връзка при генератор с постоянни магнити (PMG) и ректфикатор са показали регулирано поведение на постояннотоковата връзка при различни линейни честоти на генератора; това е пример за архитектура на управление, а не универсална зададена стойност на напрежението за всеки проект.
Генераторът с постоянни магнити (PMG) следователно не е необходимо да се върти с една фиксирана частота на въртене (RPM), за да наблюдава крайният потребител стабилна постояннотокова шина. Преобразувателят отчита напрежението на шината, тока, скоростта или електрическата честота и температурата, след което променя своето комутационно или товарно поведение в рамките на разрешените граници.
3. Инвертиране или преобразуване за крайното приложение
За батерийните системи контролерът за зареждане или DC/DC преобразувателят регулират зарядния ток и предотвратяват прекомерното напрежение. За фиксирана AC натоварена верига инверторът синтезира необходимото напрежение и честота от DC връзката. За системи, свързани към електрическата мрежа, силовата електроника синхронизира подаваната вълна с мрежата и прилага правилата за свързване. Стабилният изход на 50 Hz или 60 Hz принадлежи на интерфейса, контролиран от инвертора, а не на суровите терминали на променливоскоростния постояннотоков генератор (PMG).
Как контролът на натоварването защитава както стабилността на изхода, така и генератора
Електрическото натоварване е също така и механично натоварване. Когато контролерът изтегля повече ток, електромагнитният момент, противодействащ на вала, нараства. Когато изтегля по-малко ток, първичният двигател може да ускори. Това дава на Генератор с постоянен магнет пмг системата полезен контролен механизъм: задайте тока на генератора така, че турбината, двигателят или хидравличният вододел да останат близо до подходяща работна точка, докато DC шината остава в рамките на допустимия диапазон.
Следенето на точката с максимална мощност е един пример. При променлив вятър контролерът за следене на точката с максимална мощност (MPPT) оценява или измерва подходяща работна точка и коригира електричната натовареност, за да улавя енергията, без да принуждава ротора да работи с неефективна скорост. Това не е магия: ако вятърният ресурс или механичният вход са слаби, контролерът не може да генерира номинална мощност. Той обаче може да направи наличната енергия по-използваема и да попречи на системата да търси неподходяща фиксирана скорост.
От другия край на диапазона инсталацията на генератор с постоянни магнити (PMG) изисква стратегии за предотвратяване на прекомерна скорост и прекомерно напрежение. В зависимост от първичния двигател и проектното решение те могат да включват регулиране на ъгъла на наклона на перките или управление чрез завихряне, механичен спирачен механизъм, отклоняваща или разсейваща натовареност, ограничения на тока в преобразувателя и контролирано изключване. Проектът трябва да координира тези мерки; да се разчита единствено на един компонент за абсорбиране на всички аномални условия е лоша практика.
Където принципите на постояннотоковия двигател с постоянни магнити (PMSM) намират приложение
Двигател с постоянните магнити (PMSM) и генератор с постоянните магнити (PMG) споделят една и съща електромагнитна основа с постоянните магнити, но посоката на енергията им е различна. PMSM обикновено получава контролирана електрическа мощност, за да създаде въртящ момент на вала; генераторът получава въртящ момент на вала, за да създаде електрическа мощност. Същата идея за векторно управление е приложима: управлението на статорния ток влияе върху електромагнитния въртящ момент. В генераторната система тази връзка позволява на преобразувателя да регулира натоварването върху ротора.
Тази връзка е полезна при специфициране на комплект „двигател-генератор“. Екипите за управление трябва да потвърдят чувствителността, режимите на фърмуера, поведението при повреди и термичните предположения, вместо да приемат, че контролерът, конфигуриран за двигател с постоянните магнити (PMSM), автоматично ще осъществява генераторна работа. Хардуерът може да е свързан, но операционните цели и логиката за защита не са идентични.
Какво да проверите, преди да наречете изхода „стабилен“
Стабилната система с постоянните магнити генератор (PMG) трябва да се проверява като цялостна система, а не само по техническите данни на генератора. Започнете с диапазона на скоростта и кривата на въртящия момент на първичния двигател. След това задокументирайте очаквания диапазон на напрежението и честотата на генератора, номиналните стойности на изправителя или преобразувателя, ограниченията на постояннотоковата връзка (DC-link), падането на напрежението по кабелите, ограниченията за приемане на енергия от батерията или изискванията към инвертора, заземяването и защитата при повреди.
- Измерете реалния диапазон на скоростта: потвърдете нормалните, поривните, пусковите и аварийните условия, вместо да използвате една-единствена номинална RPM.
- Проверете етапите на преобразуване заедно: убедете се, че изправителят, постояннотоковата връзка (DC link), контролерът и инверторът имат съвместими граници по напрежение и ток.
- Тествайте стъпкови промени в товара: наблюдавайте възстановяването на постояннотоковата шина (DC-bus), изходната форма на вълната, ограничаването на тока и температурата при рязка промяна на товара.
- Планирайте за излишна енергия: посочете какво се случва, когато механичният вход надвишава товара или способността на батерията да приема енергия.
- Пускане в експлоатация на инсталацията: проверка на съпротивлението на кабелите, качеството на конекторите, заземяването и настройките на управлението; загубите в системата могат да бъдат погрешно интерпретирани като проблем с генератора.
Избор на подходяща стратегия за стабилност
Няма универсален пакет за управление, приложим за всеки постояннотоков генератор с постоянни магнити (PMG). Компактна система за зареждане на батерии може да използва ректификация, специализиран контролер за зареждане и отклоняващ товар. Отдалечена AC микросистема може да изисква здрав DC връзка, контролери за инвертори и координация на натрупването на енергия. Вятърна система, свързана към централната електрическа мрежа, изисква преобразувател, проектиран за синхронизация, спазване на изискванията на мрежата и защита.
За проекти в отдалечени райони, острови, планини и разпределени енергийни системи най-надеждният начин за определяне на техническите изисквания започва с данни за мястото: диапазон на скоростите, механичен входен профил, атмосферни условия, дължина на кабелите, натрупване на енергия, натоварване и достъп за поддръжка. Доставчик с проектиране и намотка, специфични за приложението, може да помогне за съгласуване на напрежението, фазите, топлинния дизайн и съвместимостта с контролера на генератора според тези условия. Този процес превръща постояннотоковия генератор с постоянни магнити (PMG) в част от стабилна енергийна система, а не в изолиран компонент, който трябва сам да решава всички вариации.
Ако оценявате търговски постоянни магнитни двигатели за продан и имате нужда от инженерно проектирано задвижване, което гарантира ефективност и дълготрайност, ENNENG е вашият доверен партньор. Свържете се с ENNENG днес .Поговорете с нашия технически инженерен екип, за да получите персонализирано предложение за задвижване.
- Уотсап: +86 18562780228
- Имейл: [email protected]
- Телефон: +86 532 66000559
