Вятърна площадка с по-ниска производителност
Малък инсталатор на вятърни турбини е специфицирал генератор с номинална мощност 12 kW при 400 об/мин, но установил, че на площадката единицата произвежда значително по-малко енергия, тъй като роторът работи повечето часове в диапазона 250–350 об/мин. Номиналната стойност на табелката е вярна, но постояннотоковият генератор рядко работи при скоростта, за която е дадена тази стойност. Пренасочването на поръчката към работния диапазон на скоростта, а не към максималната точка, увеличи годишната енергийна продукция с около една шеста, без да се променя турбината.
Месеците с нисък вятър
През сезона с нисък вятър роторът работеше при около 280 об/мин, където постояннотоковият генератор произвеждаше по-ниско напрежение, а контролерът ограничаваше изходната мощност, за да защити шината. Операторът видя етикета „12 kW“ и предположи повреда, докато машината всъщност просто работеше извън своята оптимална ефективност. Регистрирането на об/мин спрямо изходната мощност показа истинския работен диапазон, който първоначалната спецификация никога не беше описвала.
Кривата, която не съвпадаше
Кривата на генератора достигаше максимум при 400 об/мин, но разпределението на вятъра на мястото се центрираше около 300 об/мин, така че средната стойност се намираше далеч от оптималната точка. Постояннотоков генератор, подбран според действителния хистограм на скоростите, щеше да бъде намотан за този диапазон, а не за маркетинговата точка. След повторното съгласуване на генератора с ротора същата кула произведе повече енергия през годината без допълнително оборудване.
Как скоростта формира изходната мощност
Генератор с постоянните магнити свързва напрежението и честотата с оборотите на вала, така че отклонението от проектната точка променя както мощността, така и загубите. Този ефект е неизбежен, но предсказуем, а купувачът, който анализира характеристиката, избягва да плаща за връхна мощност, която работният цикъл никога не достига.
Връзка между напрежение и честота
Тъй като магнитното поле се създава от постоянните магнити, терминалното напрежение нараства с увеличаване на скоростта, а свързаният инвертор трябва да управлява все по-широк диапазон. При ниски обороти генераторът с постоянните магнити произвежда по-ниско напрежение, поради което контролерът може да ограничи или да изгуби регулацията, намалявайки доставената мощност. При високи обороти напрежението нараства и оказва по-голямо напрежение върху компонентите, затова работният диапазон на скоростта — а не едно конкретно число — определя функционалния генератор. Следователно генераторът с постоянните магнити изисква инвертор, оценен за целия диапазон на напрежение, тъй като ограничаването при горната граница отхвърля точно енергията, която обектът е получил от порив на вятъра. Контролерът, а не роторът, определя коя част от диапазона на скоростта остава използваема.
Загуби в целия диапазон на скоростите
Загубите в желязото нарастват с честотата, така че постояннотоковият генератор с постоянни магнити, който работи на висока скорост, отделя повече топлина към сърцевината, докато загубите в медта зависят от тока, който товарът изисква. Балансът между тези две загуби се променя със скоростта, поради което ефективността достига максимум при определена скорост и намалява при по-ниски и по-високи скорости. Анализът на разпределението на загубите в целия диапазон показва защо един агрегат може да има ефективност 94 % при 400 об/мин и около 88 % при 250 об/мин. Постояннотоковият генератор с постоянни магнити, подбран според хистограмата на конкретната площадка, поддържа и двете компоненти на загубите на ниско ниво през часовете, в които действително работи, така че годишната му производителност надвишава тази на по-мощен агрегат, който рядко достига своя максимален КПД. За вземането на решение за покупка трябва да се ръководите от кривата на ефективност, а не от маркировката.
Защо постояннотоковият генератор с постоянни магнити се държи по този начин
Поведението произтича от фиксираното магнитно поле и машинните константи, а не от особеност на управлението. Генератор с постоянни магнити с известен магнитен поток и намотка разкрива зависимостта си от скоростта чрез обратната ЕДН и загубите, които всеки компетентен технически документ трябва да посочва; тези параметри определят реалния годишен добив.
Магнитен поток и обратна ЕДН
Магнитите задават фиксиран магнитен поток, поради което обратната ЕДН е директно пропорционална на скоростта, а инверторът трябва да понижава или повишава напрежението, за да поддържа постоянното напрежение на шината. Генератор с постоянни магнити с висок магнитен поток генерира силно напрежение при висока скорост, но оставя малко резерв при максималната скорост; обратно, ниският магнитен поток облекчава работата на инвертора, но намалява изходната мощност при ниски скорости. Изборът на магнитен поток е основният компромис, който определя положението на пика на ефективността.
Магнитни и намотъчни загуби
Загубите от вихрови токове и хистерезис в сърцевината нарастват с електрическата честота, така че генератор с постоянни магнити, работещ над своята честотна лента, загрява желязото, без да добавя изходна мощност. Загубите в намотките следват товарния ток, който турбината регулира при всяка скорост. Съгласуването на магнитния дизайн с хистограмата на мястото поддържа и двете загуби на ниско ниво през часовете, в които машината действително работи.
Съгласуване и защита
Икономическата изгода идва от съгласуване на генератора с разпределението на скоростите, а след това — от неговата защита при крайните стойности. Генератор с постоянни магнити, избран за реалния работен диапазон, а не за пиковата стойност от брошура, осигурява повече енергия на долар и по-дълъг, по-стабилен живот на полето.
Размери според честотната лента
Изградете избора въз основа на хистограмата на оборотите на ротора, а не въз основа на номиналната точка, и поискайте кривата на ефективност за целия този диапазон. Постоянномагнитен генератор, намотан за централната скорост на обекта, произвежда повече годишна енергия от генератор, настроен за връхна мощност, която вятърът рядко осигурява. Потвърдете, че номиналната мощност на инвертора покрива напрежението от минимално до надскоростно, така че контролерът никога да не ограничава полезната мощност.
Контрол и грижа при надскорост
При надскорост напрежението и честотата нарастват, затова инверторът и спирачката трябва да ограничават шината и да защитават намотката. Постоянномагнитният генератор изисква контролирана траектория за спиране и система за позициониране на лопатите или спирачка, размерът на която е определен според силата на порива, тъй като постоянното магнитно поле не може да се изключи като при ротор с възбуда. Регистрирайте тенденцията на скоростта и температурата и поддържайте спирачната система през интервалите, предвидени в стандартите за турбината. Постоянномагнитният генератор, който се регистрира и спира по график, избягва драматичните откази, които засягат репутацията на технологията след буря.
Често задавани въпроси
Въпрос: Защо ефективността на генератора с постоянните магнити се променя с оборотите?
Полето на постоянните магнити фиксира магнитния поток, поради което терминалното напрежение и честотата се изменят пропорционално на скоростта на вала, а балансът на загубите се променя заедно с тях. Генераторът с постоянните магнити работи близо до своята максимална ефективност при проектните обороти, но ефективността намалява от двете страни на този режим, тъй като се променят загубите в сърцевината и в медта. Анализът на кривата по целия реален диапазон на оборотите показва истинската средна стойност, а не само една точка от паспортните данни.
Въпрос: Винаги ли е по-добре по-високата номинална скорост?
Не, защото на мястото на инсталацията може да се достига тази скорост рядко, което означава, че машината ще работи под своя пиков режим по време на повечето часове. Генератор с постоянните магнити, номинален за 400 об/мин, но работещ най-често при 300 об/мин, произвежда по-малко годишна енергия в сравнение с такъв, който е подбран за 300 об/мин. Изберете според хистограмата на скоростите на ротора и поискайте данни за ефективност по целия диапазон, а не разчитайте само на пиковата стойност.
Въпрос: Кои стандарти се прилагат за генератора?
IEC 60034-1 охваща производителността и изпитванията на въртящи се машини, докато IEC 61400 се отнася до генераторите за вятърни турбини и тяхното поведение в електрическата мрежа. Постоянномагнитният генератор за вятър трябва да отговаря на изискванията и на двата стандарта, а IEEE 1547 регулира свързването към мрежата, когато устройството подава енергия в нея. Цитирайте тези стандарти, за да гарантирате, че доставчикът ще предостави изпитано устройство, а не просто вероятен етикет.
Въпрос: Как ниската скорост намалява изходната мощност?
При ниски обороти постоянномагнитният генератор произвежда по-малко обратна ЕДН, поради което инверторът може да ограничи или да излезе от режима на регулиране, за да защити шината, като намали подаваната мощност. Сърцевината също губи по-малко енергия, но спадът в полезното напрежение надвишава тази печалба за повечето места. Подборът на намотката, подходящ за долния край на диапазона, поддържа контролера в работния му диапазон през спокойните месеци, които доминират през годината.
Въпрос: Какво защитава генератора при превишаване на скоростта?
Фиксираното поле не може да се изключи, затова системата за регулиране на ъгъла на перките или спирачката трябва да ограничават скоростта на ротора, а инверторът трябва да ограничава напрежението в шината. Генераторът с постоянни магнити изисква контролиран път за спиране, размерът на който е определен според порива на вятъра на мястото, тъй като напрежението и честотата нарастват с увеличаване на скоростта и оказват натоварване върху компонентите. Поддържайте спирачния път през интервалите, определени от стандарта за турбината, и регистрирайте тенденциите в скоростта и температурата.
Въпрос: Може ли един генератор да се използва на място с променлива скорост?
Да, стига да е избран в рамките на работната честотна лента, а не само в една отделна точка, тъй като генераторът с постоянни магнити работи добре в целия диапазон, когато намотката и магнитният поток са настроени за него. Поискайте кривата на ефективността върху хистограмата и потвърдете, че инверторът обхваща целия диапазон на напрежение. Машина, подбрана според реалното разпределение, има по-добра производителност от машина с по-висока номинална мощност, която рядко достига своя максимум.
EN
