Egy alacsony teljesítményt nyújtó széltáj
Egy kis szélerőmű-telepítő 12 kW-os, 400 rpm-es névleges fordulatszámú generátort rendelt, majd azt tapasztalta, hogy a berendezés egy olyan helyszínen – ahol a rotor legtöbb idejét 250 és 350 rpm között töltötte – jelentősen kevesebb teljesítményt szolgáltatott. A névleges adatok helyesek voltak, de az állandómágneses generátor ritkán üzemelt abban a pontban, ahol ez a teljesítményérték érvényesült. A beszerzési döntés újrafogalmazása a csúcsteljesítmény helyett a fordulatszám-tartományra figyelve körülbelül egyhatoddal növelte az éves energiatermelést anélkül, hogy megváltoztatták volna a szélturbinát.
Alacsony szélsebességű hónapok
Az alacsony szélsebességű időszakban a rotor körülbelül 280 fordulat/perc sebességgel forgott, ahol az állandómágneses generátor kevesebb feszültséget állított elő, és a vezérlő korlátozta a kimenetet a busz védelme érdekében. Az üzemeltető a 12 kW-os címke olvasása után hibát feltételezett, pedig a gép egyszerűen csak a legjobb hatásfokú működési tartományon kívül működött. A fordulatszám és a kimenet naplózása mutatta a tényleges működési tartományt, amelyet az eredeti műszaki leírás soha nem határozott meg.
A görbe, amely nem illeszkedett
A generátor görbéje 400 fordulat/percnél érte el a csúcspontját, de az adott hely szélsebesség-eloszlása körülbelül 300 fordulat/percnél koncentrálódott, így az átlagos érték messze esett a legkedvezőbb működési ponttól. Egy állandómágneses generátor, amelyet a tényleges fordulatszám-eloszláshoz igazítottak volna, ebben a tartományban lett volna tekercselve, nem a marketing célpont szerint. A generátor újraigazítása a rotorhoz után ugyanazon torony egész évben több energiát termelt, további hardver nélkül.
Hogyan formálja a sebesség a kimenetet
Egy állandómágneses generátor feszültségét és frekvenciáját a tengely fordulatszámához köti, így a tervezési ponttól való eltérés mind a teljesítményt, mind a veszteségeket megváltoztatja. Ez a hatás elkerülhetetlen, de előrejelezhető, és egy olyan vevő, aki elolvassa a jelleggörbét, elkerüli, hogy egy csúcsért fizessen, amelyet a működési körülmények soha nem érnek el.
Feszültség és frekvencia összekapcsolása
Mivel a mágneses mező állandómágnesekből származik, a kivezetési feszültség a fordulatszám növekedésével emelkedik, és az ehhez kapcsolódó inverternek egy egyre szélesebb tartományt kell kezelnie. Alacsony percenkénti fordulatszámon (rpm) egy állandómágneses generátor alacsonyabb feszültséget állít elő, ezért a vezérlő korlátozhatja vagy elcsúszhat a szabályozást, csökkentve ezzel a leadott teljesítményt. Magas rpm-en a feszültség növekszik, és megnöveli az eszközök terhelését, ezért a működő gépet nem egyetlen szám, hanem egy sebességtartomány határozza meg. Egy állandómágneses generátor tehát olyan invertert igényel, amely az egész feszültségtartományra méretezett, mert a felső határon történő korlátozás éppen azt az energiát veszíti el, amelyet a helyszín egy szélrohamból szerzett. A vezérlő – nem a forgórész – dönti el, hogy a sebességtartomány mekkora része marad használható.
Veszteségek a sebességtartományon belül
A vasveszteség növekszik a frekvenciával, így egy gyorsan forgó állandómágneses generátor többet veszít a magban, míg a rézveszteség a terhelés által felvett áramtól függ. A két veszteség aránya a sebességtől függően változik, ezért az üzemi hatásfok egy adott ponton éri el a maximumát, és mindkét irányban csökken tőle. A veszteségek eloszlásának elemzése a teljes sebességtartományon belül megmutatja, miért lehet egy egység 94 százalékos hatásfokú 400 fordulat/perc esetén, de csak körülbelül 88 százalékos 250 fordulat/perc esetén. Egy olyan állandómágneses generátor, amelyet a helyszín sebességeloszlásához (hisztogramhoz) igazítottak, kis mértékben tartja mindkét veszteségi összetevőt azokban az órákban, amikor ténylegesen üzemel, így az éves energiatermelése meghaladja egy nagyobb névleges teljesítményű gépét, amely ritkán éri el a csúcshatásfokát. A vásárlást a hatásfokgörbe, nem pedig a címke határozza meg.
Miért viselkedik így az állandómágneses generátor
A viselkedés a rögzített mezőből és a gép állandóiból következik, nem egy vezérlési sajátosságból. Egy ismert fluxusú és tekercselésű állandómágneses generátor sebességfüggését a visszaindukált feszültség (back-EMF) és a veszteségi tagok határozzák meg, amelyeket minden kompetens adatlapnak fel kell tüntetnie; ezek a tagok döntik el az éves valós hozamot.
Fluxus és visszaindukált feszültség (back-EMF)
A mágnesek rögzített fluxust állítanak be, így a visszaindukált feszültség (back-EMF) közvetlenül arányos a fordulatszámmal, és az inverternek csökkentenie vagy növelnie kell a buszfeszültséget a kívánt érték fenntartásához. Egy magas fluxusú állandómágneses generátor nagy feszültséget termel magas fordulatszám mellett, de kevés tartalékot hagy a felső határon, míg az alacsony fluxus könnyíti az inverter terhelését, ugyanakkor gyengíti a kis fordulatszámú teljesítményt. A fluxus kiválasztása a lényeges kompromisszum, amely meghatározza, hol helyezkedik el a hatásfokcsúcs.
Mágneses és tekercselési veszteségek
Az állandó mágneses generátorban a magban fellépő örvényáram- és hiszterézis-veszteségek az elektromos frekvenciával növekednek, így a sáv fölött üzemelő gép melegíti a vasat anélkül, hogy növelné a kimenő teljesítményt. A tekercsveszteség a terhelési áramtól függ, amelyet a szélturbina teljesítménye határoz meg minden egyes fordulatszámon. A mágneses tervezésnek a helyszín sebességeloszlás-hisztogramjához való illesztése mindkét veszteségi tagot kicsire tartja azokban az órákban, amikor a gép ténylegesen üzemel.
Illesztés és védelem
A megtérülés a generátor sebességeloszláshoz való illesztésében, majd a szélsőséges értékek elleni védelmében rejlik. Az állandó mágneses generátor, amelyet a valós munkaterületre – nem a katalógusban feltüntetett csúcsteljesítményre – választottak ki, több energiát szolgáltat dolláronként, és hosszabb, nyugodtabb élettartamot biztosít a gyakorlatban.
A sebességsávra való méretezés
A kiválasztást a forgórész fordulatszám-eloszlásából, nem a névleges pontból kell összeállítani, és az efficiencia-görbe lekérdezése szükséges ezen a tartományon belül. Egy állandómágneses generátor, amelyet a helyszín közepes fordulatszámára tekercseltek, több éves energiát termel, mint egy olyan, amelyet egy olyan csúcsra hangoltak, amelyet a szél ritkán biztosít. Erősítsék meg, hogy az inverter névleges teljesítménye lefedi a feszültségtartományt az alacsony fordulatszámtól a túlfordulatig, így a vezérlő soha ne korlátozza a hasznos kimenetet.
Vezérlés és túlfordulás-kezelés
Túlfordulás esetén a feszültség és a frekvencia emelkedik, ezért az inverternek és a féknek korlátozniuk kell a buszfeszültséget, és védelmet kell nyújtaniuk a tekercselésnek. Egy állandómágneses generátorhoz szabályozott leállítási útvonal és egy szélrohamra méretezett lapátforgató vagy fékrendszer szükséges, mivel a rögzített mágneses mezőt nem lehet kikapcsolni, mint egy gerjesztett forgórész esetében. Rögzítsék a fordulatszám- és hőmérséklet-időbeli alakulást, és a szélkerék szabványa által meghatározott időközönként karbantartsák a fékútját. Egy rendszeresen naplózott és ütemezett módon fékezett állandómágneses generátor elkerüli azokat a drámai meghibásodásokat, amelyek után vihar után rossz hírnévvel küzd a technológia.
Gyakran Ismételt Kérdések
Kérdés: Miért változik a permanens mágneses generátor hatásfoka a fordulatszám függvényében?
A permanens mágneses mező rögzíti a fluxust, így a kivezetési feszültség és a frekvencia arányosan változik a tengely fordulatszámával, és a veszteségek aránya is ezzel együtt változik. A permanens mágneses generátor a tervezési fordulatszámon működik közel a maximális hatásfokhoz, de a fordulatszám mindkét irányban történő eltérésével a vas- és rézveszteségek változása miatt csökken a hatásfok. A valós fordulatszám-tartományon át olvasott görbe mutatja a tényleges átlagos értéket, nem pedig a névleges egyetlen pontját.
Kérdés: Mindig jobb-e a magasabb névleges fordulatszám?
Nem, mert a helyszín gyakran elérhetetlenül alacsony fordulatszámot biztosít, így a gép a legtöbb időt a csúcs hatásfok alatt működve tölti. Egy 400 rpm névleges fordulatszámú permanens mágneses generátor, amelyet a legtöbb ideig 300 rpm-en üzemeltetnek, kevesebb éves energiát szolgáltat, mint egy 300 rpm-hez illesztett modell. Válasszon a forgórész-fordulatszám-hisztogram alapján, és kérjen hatásfokadatokat az egész tartományra, ne csak a csúcshatásfokra hagyatkozzon.
Kérdés: Mely szabványok vonatkoznak a generátorra?
Az IEC 60034-1 szabvány a forgó gépek teljesítményét és vizsgálatát tárgyalja, míg az IEC 61400 a szélturbinák generátorait és azok hálózati viselkedését szabályozza. Egy szélenergiára optimalizált állandómágneses generátornak mindkét szabványnak meg kell felelnie, és az IEEE 1547 szabályozza a hálózatra csatlakoztatást, amikor az egység energiát szolgáltat a hálózatnak. Hivatkozzon ezekre a szabványokra, hogy a beszállító tesztelt gépet szállítson, ne csak plauzibilis címkét.
Kérdés: Hogyan csökkenti a kis fordulatszám a kimeneti teljesítményt?
Alacsony percenkénti fordulatszámon az állandómágneses generátor kisebb visszaindukált feszültséget (back-EMF) állít elő, ezért az inverter korlátozhatja vagy eltolhatja a szabályozást a busz védelme érdekében, így csökken a leadott teljesítmény. A mag vesztesége is kisebb lesz, de a hasznos feszültség csökkenése ezt a nyereséget túlsúlyozza a legtöbb helyszínen. A tekercselésnek a fordulatszám-tartomány alacsonyabb végéhez való illesztése biztosítja, hogy a vezérlő a működési tartományban maradjon a nyugodt hónapok során, amelyek a naptári év nagy részét teszik ki.
Kérdés: Mi védje meg a generátort a túlfordulás ellen?
A rögzített mezőt nem lehet kikapcsolni, ezért a rotorfordulatszámot egy dőlésszabályozó rendszernek vagy féknek kell korlátoznia, és az inverternek a buszt le kell zárnia. Egy állandó mágneses generátorhoz a helyszíni széllökéshez igazított, vezérelt leállítási útvonal szükséges, mert a feszültség és a frekvencia a fordulatszám növekedésével emelkedik, és ezzel terheli az eszközöket. A fékút karbantartását a szélgenerátor szabványa által előírt időközönként kell elvégezni, és a fordulatszám- és hőmérséklet-változásokat naplózni kell.
Kérdés: Egyetlen generátor alkalmas-e változó sebességű helyszínre?
Igen, ha a működési sáv egészére történik a kiválasztás, nem pedig egyetlen pontjára, mert egy állandó mágneses generátor jól teljesít egy tartományon belül, ha a tekercselés és a fluxus erre van hangolva. Kérje az efficienciagörbét a hisztogram alapján, és ellenőrizze, hogy az inverter lefedi-e a feszültségtartományt. Az a gép, amelyet a valós eloszláshoz illesztettek, jobban teljesít, mint egy magasabb névleges teljesítményű, amely ritkán éri el csúcsteljesítményét.
EN
