Tuulisivu, joka ei saavuttanut odotettua suoritustasoa
Pienen tuulivoimalan asentaja valitsi generaattorin, jonka nimellisteho oli 12 kW 400 rpm:n pyörimisnopeudella, mutta sitten havaittiin, että yksikkö tuotti huomattavasti vähemmän tehoa sivulla, jossa roottori vietti suurimman osan ajasta 250–350 rpm:n nopeusalueella. Nimellisarvot olivat tosia, mutta pysyväismagneettigeneraattoria käytettiin harvoin juuri siinä pisteessä, johon kyseinen arvo viittasi. Ostoa uudelleenmuotoiltaessa keskityttiin nopeusalueeseen eikä huippuarvoon, mikä nosti vuosittaisen energiantuotannon noin kuudesosalla ilman tuuliturbiinin vaihtamista.
Heikkojen tuulien kuukaudet
Alhaisen tuulikauden aikana roottori pyöri noin 280 rpm:n nopeudella, jolloin pysyväismagneettigeneraattori tuotti vähemmän jännitettä ja ohjain rajoitti tehoa suojellakseen väylää. Käyttäjä luki 12 kW:n merkinnän ja oletti vian, vaikka laite toimi vain ulkopuolella parhaan hyötysuhteen aluetta. Roottorin kierroslukua ja tehoa seuranneet lokit osoittivat todellisen työalueen, jota alkuperäinen eritelmä ei koskaan kuvaillut.
Käyrä, joka ei vastannut tosiasioita
Generaattorin käyrä saavutti huippunsa 400 rpm:n kohdalla, mutta kohteen tuulijakauma keskittyi noin 300 rpm:n kohdalle, joten keskimääräinen arvo sijaitsi kaukana optimaalisesta alueesta. Pysyväismagneettigeneraattori, joka oli sovitettu todelliseen nopeusjakaumaan, olisi kierretty juuri tätä aluetta varten eikä markkinointipistettä varten. Generaattorin uudelleensovittamisen jälkeen sama torni tuotti enemmän energiaa koko vuoden ajan ilman lisälaitteita.
Miten nopeus muokkaa tehoa
Pysyväismagneettigeneraattori sitoo jännitteen ja taajuuden akselin kierrosnopeuteen, joten poikkeaminen suunnittelupisteestä muuttaa sekä tehoa että tappioita. Tämä vaikutus on välttämätön, mutta ennustettavissa, ja ostaja, joka tutkii käyrää, välttää maksamasta huippuarvoa, jota käyttöolosuhteet eivät koskaan saavuta.
Jännitteen ja taajuuden yhteys
Koska magneettikenttä syntyy pysyvistä magneeteista, napajännite nousee nopeuden mukana, ja kytketty invertteri täytyy hallita laajenevaa aluetta. Pienillä kierrosnopeuksilla pysyväismagneettigeneraattori tuottaa vähemmän jännitettä, joten ohjain saattaa katkaista tai liukua sääntelyssä, mikä vähentää toimitettua tehoa. Korkeilla kierrosnopeuksilla jännite nousee ja rasittaa laitteita, mikä on syy siihen, miksi työkoneen toiminta-alue määritellään nopeusalueena, ei yksittäisenä lukuina. Pysyväismagneettigeneraattorin invertterin täytyy siksi olla mitoitettu koko jännitealueelle, koska katkaisu yläpäässä hukkaa juuri sen energian, jonka paikka on saanut tuulenpuuskasta. Ohjain, ei roottori, määrittää, kuinka suuri osa nopeusalueesta pysyy käytettävissä.
Tappiot koko nopeusalueella
Rautatappiot kasvavat taajuuden mukana, joten nopeasti pyörivä pysyvämagneettigeneraattori luovuttaa enemmän lämpöä ytimeen, kun taas kuparitappiot noudattavat kuormituksen aiheuttamaa virtaa. Tasapaino siirtyy nopeuden mukana, joten hyötysuhde saavuttaa huippunsa tietyssä pisteessä ja laskee sen molemmin puolin. Tappioiden jakautumisen tarkastelu koko alueella selittää, miksi laite voi olla 94 prosenttia tehokas 400 rpm:n nopeudella ja lähempänä 88 prosenttia 250 rpm:n nopeudella. Pysyvämagneettigeneraattori, joka on sovitettu sivuston histogrammiin, pitää molemmat tappiolajit pieninä niin kauan kuin laite todellisuudessa toimii, joten vuotuinen tuotto ylittää korkeamman nimellistehon omaavan laitteen, joka harvoin saavuttaa huippuhyötysuhteensa. Ostopäätöstä tulisi ohjata hyötysuhdekäyrä, ei nimellisarvoa.
Miksi pysyvämagneettigeneraattori käyttäytyy näin
Käyttäytyminen johtuu kiinteästä kentästä ja koneen vakioista, ei ohjausvirheestä. Tunnetulla magneettivuolla ja käämityksellä varustetun pysyväismagneettisen generaattorin nopeusriippuvuus ilmenee takaisinindusoituneena jännitteenä (back-EMF) ja häviötermienä, jotka mikä tahansa ammattimainen tekninen tiedotus pitäisi ilmoittaa; nämä termit määrittävät todellisen vuosittaisen tuoton.
Magneettivuo ja takaisinindusoitunut jännite (back-EMF)
Magneetit asettavat kiinteän magneettivuon, joten takaisinindusoitunut jännite (back-EMF) kasvaa suoraan nopeuden mukana, ja invertterin on alaspainotettava tai ylspainotettava väyläjännitettä pitääkseen sen vakiona. Korkean magneettivuon omaava pysyväismagneettinen generaattori tuottaa voimakasta jännitettä korkealla nopeudella, mutta jättää vähän turvamarginaalia yläpäässä, kun taas alhainen magneettivuo helpottaa invertterin tehtävää, mutta heikentää alhaisen nopeuden tuottoa. Magneettivuon valinta on keskitetty kompromissi, joka määrittää, missä tehokkuuden huippu sijaitsee.
Magneti- ja käämihäviöt
Ytimen virrallisen taajuuden nousun myötä eddy- ja hystereesihäviöt kasvavat, joten pysyvämagneettigeneraattori, joka toimii yli sen taajuusalueen, lämmittää rautaa lisäämättä tuotosta. Käämihäviö seuraa kuormavirtaa, jota turbiinin teho määrittää jokaisella nopeudella. Magnetiikkaa vastaavan suunnittelun sovittaminen sivuston histogrammiin pitää molemmat häviötermit pieninä aikana, jona laite todellisuudessa toimii.
Sovittaminen ja suojaaminen
Hyöty saavutetaan sovittamalla generaattori nopeusjakaumaan ja suojaamalla sitä ääripäissä. Pysyvämagneettigeneraattori, joka on valittu todelliseen käyttöalueeseen eikä esitteessä mainittuun huippuarvoon, tuottaa enemmän energiaa dollaria kohden ja kestää kauemmin rauhallisemmin kentällä.
Mittaaminen nopeusalueen mukaan
Rakenna valinta roottorin kierroslukuhistogrammista, ei nimellispisteestä, ja pyydä tehokkuuskäyrää kyseiselle alueelle. Pysyväismagneettigeneraattori, joka on kierroslukumääritetty sivuston keskimääräiseen nopeuteen, tuottaa enemmän vuosittaisia energiamääriä kuin sellainen, joka on säädetty huippunopeuteen, jota tuuli tarjoaa harvoin. Varmista, että invertterin nimellisarvo kattaa jännitealueen alimmasta ylikierroslukuun, jotta ohjain ei koskaan rajoita hyödyllistä tehoa.
Ohjaus ja ylikierroslukuhuolenpito
Ylikierrosluvuilla jännite ja taajuus nousevat, joten invertterin ja jarrun on rajoitettava väyläjännitettä ja suojattava käämiä. Pysyväismagneettigeneraattorille tarvitaan ohjattu pysäytyspolku sekä pinnanpyöritys- tai jarrujärjestelmä, jonka koko on mitoitettu tuulenpuuskalle, koska kiinteää magneettikenttää ei voida katkaista kuten sähkömagneettisen roottorin kenttää. Kirjaa nopeuden ja lämpötilan kehitys, ja huolla jarrupolku säännöllisesti turbiinin standardin määrittelemällä väliajalla. Pysyväismagneettigeneraattori, joka kirjataan ja jarrutetaan aikataulun mukaan, välttää dramaattiset viat, jotka antavat teknologialle huonon maineen myrskyn jälkeen.
Usein kysytyt kysymykset
Kysymys: Miksi pysyvämagneettisen generaattorin hyötysuhde muuttuu nopeuden mukana?
Pysyvämagneettikenttä kiinnittää magneettivuon, joten napajännite ja taajuus skaalautuvat akselin kierrosnopeuden mukana, ja tappatasapaino siirtyy niiden mukana. Pysyvämagneettigeneraattori toimii lähes hyötysuhteen huippupisteessä suunnittelun mukaisella kierrosnopeudella, mutta hyötysuhde laskee molemmin puolin sitä, kun ytimen ja kopperitappiot muuttuvat. Käyrän lukeminen todellisen nopeusalueen yli antaa todellisen keskiarvon, ei yksittäistä nimellisarvoa.
Kysymys: Onko korkeampi nimellisnopeus aina parempi?
Ei, koska kohteessa saattaa harvoin saavutettaa kyseistä nopeutta, jolloin laite toimii useimman osan ajasta huippunopeutensa alapuolella. Pysyvämagneettigeneraattori, jonka nimellisnopeus on 400 rpm mutta joka toimii suurimman osan ajasta 300 rpm:n nopeudella, tuottaa vähemmän vuosittaisia energiamääriä kuin 300 rpm:lle sovitettu generaattori. Valitse roottorin kierrosnopeushistogrammista ja pyydä tehokkuustietoja koko nopeusalueelta eikä luota pelkästään huippuarvoon.
Kysymys: Mitkä standardit koskevat generaattoria?
IEC 60034-1 kattaa pyörivien koneiden suorituskyvyn ja testauksen, kun taas IEC 61400 käsittelee tuuliturbiinigeneraattoreita ja niiden verkkokäyttäytymistä. Tuulivoimalan vakiomagneettigeneraattorin tulee täyttää molemmat standardit, ja IEEE 1547 säätelee verkkoliitäntää siinä tapauksessa, että laite syöttää tehoa verkkoon. Viittaa näihin standardeihin, jotta toimittaja toimittaa testatun koneen eikä pelkästään uskottavasti kuulostavan merkinnän.
Kysymys: Miten alhainen kierrosluku vähentää tuotosta?
Alhaisella kierrosluvulla vakiomagneettigeneraattori tuottaa vähemmän takaisku-EMF:iä, joten invertteri saattaa rajoittaa tai poiketa säädöstä suojellakseen väylää, mikä vähentää toimitettavaa tehoa. Ytimen häviö myös pienenee, mutta hyödyllisen jännitteen lasku on useimmille paikoille merkityksellisempi kuin tämä voitto. Käämin sovittaminen alapäässä taajuusalueesta pitää ohjaimen toimintarajassa hiljaisina kuukausina, jotka muodostavat suurimman osan vuodesta.
Kysymys: Mitä suojaan generaattoria ylikierroksilta?
Kiinteää kenttää ei voi kytkä ylös, joten roottorin nopeuden rajoittamiseen tarvitaan joko kallistusjärjestelmä tai jarru, ja invertterin on rajoitettava väylän jännite. Pysyväismagneettigeneraattorin pysäytyspolkua on mitoitettava paikan tuulipuuskalle, koska jännite ja taajuus nousevat nopeuden mukana ja rasittavat laitteita. Huoltoa jarrupolkua kohti suoritetaan turbiinin standardin määrittämällä välimatkalla, ja nopeus- sekä lämpötilakehitys kirjataan lokitiedostoon.
Kysymys: Voiko yksi generaattori soveltua muuttuvan nopeuden sivulle?
Kyllä, jos se valitaan työalueen yli eikä yksittäisestä pisteestä, koska pysyväismagneettigeneraattori toimii hyvin laajalla alueella, kun käämitys ja magneettivuo on säädetty siihen. Pyydä tehokkuuskäyrää histogrammin yli ja vahvista, että invertteri kattaa jännitealueen. Konetta, joka on sovitettu todelliseen jakautumaan, suorituskyky ylittää korkeampaa tehoa olevan konen, joka harvoin saavuttaa huippunsa.
EN
