Veterná lokalita s nižším výkonom
Inštalatér malého veterného zariadenia vybral generátor s menovitým výkonom 12 kW pri 400 ot/min, avšak na lokalite, kde sa rotora väčšinu času otáčala v rozsahu 250 až 350 ot/min, dodával jednotkový výkon výrazne nižší ako uvádzaný. Menovitý údaj bol správny, avšak trvalý magnetický generátor sa zriedka prevádzkoval v bode, kde sa tento údaj vzťahoval. Zameranie nákupu na rozsah rýchlostí namiesto na maximálny výkon zvýšilo ročnú energetickú produkciu približne o šiestu časť bez zmeny turbíny.
Mesiac s nízkou veternosťou
Počas obdobia nízkeho vetra sa otáčanie rotora pohybovalo okolo 280 ot./min, kde trvalý magnetický generátor vytváral nižšie napätie a regulátor obmedzoval výstup, aby ochránil zbernicu. Prevádzkovateľ si prečítal označenie 12 kW a predpokladal poruchu, hoci stroj jednoducho pracoval mimo rozsahu najvyššej účinnosti. Zaznamenávanie otáčok vzhľadom na výkon odhalilo skutočný pracovný rozsah, ktorý pôvodná technická špecifikácia nikdy nepopisovala.
Krivka, ktorá sa nezhodovala
Krivka generátora dosiahla maximum pri 400 ot./min, ale rozloženie rýchlosti vetra na lokalite sa sústreďovalo okolo 300 ot./min, takže priemerná hodnota ležala ďaleko od optimálneho bodu. Trvalý magnetický generátor prispôsobený skutočnému histogramu rýchlostí by bol navinutý pre tento rozsah namiesto marketingového referenčného bodu. Po opätovnom prispôsobení generátora rotoru rovnaká veža vyrobila počas celého roka viac energie bez akéhokoľvek dodatočného vybavenia.
Ako rýchlosť ovplyvňuje výkon
Trvalý magnetický generátor viaže napätie a frekvenciu na rýchlosť hriadeľa, takže odchýlka od návrhového bodu mení aj výkon, aj straty. Tento efekt je nevyhnutný, ale predvídateľný, a kupujúci, ktorý si prečíta krivku, sa vyhne platbám za špičkový výkon, ktorý prevádzka nikdy nedosiahne.
Väzba medzi napätím a frekvenciou
Keďže magnetické pole vzniká z trvalých magnetov, výstupné napätie stúpa so zvyšujúcou sa otáčkou. Preto musí spojený invertor spravovať stále širší rozsah. Trvalý magnetický generátor pri nízkych otáčkach vytvára nižšie napätie, čo môže spôsobiť, že regulátor bude obrezávať alebo strácať reguláciu a tým zníži dodávaný výkon. Pri vysokých otáčkach napätie stúpa a zaťažuje elektronické komponenty – preto je pracovný rozsah stroja definovaný pásmom otáčok, nie jedinou hodnotou. Trvalý magnetický generátor teda vyžaduje invertor schopný pracovať po celom rozsahu napätia, pretože obrezanie na vrchnej hranici práve odstraňuje energiu, ktorú miesto získalo z náhleho zvýšenia vetra. Regulátor, nie rotor, určuje, aká časť rozsahu otáčok zostáva použiteľná.
Straty v celom rozsahu rýchlostí
Straty v železe rastú s frekvenciou, preto permanentný magnetický generátor pri vyšších otáčkach prenáša viac energie do jadra, zatiaľ čo straty v medi závisia od prúdu, ktorý záťaž odoberá. Pomer medzi týmito stratami sa mení v závislosti od rýchlosti, preto sa účinnosť dosahuje v určitom bode a na oboch stranách tohto bodu klesá. Analýza rozdelenia strát v celom rozsahu ukazuje, prečo môže mať jednotka účinnosť 94 percent pri 400 otáčkach za minútu a len približne 88 percent pri 250 otáčkach za minútu. Permanentný magnetický generátor prispôsobený histogramu rýchlostí na danom mieste udržiava obe zložky strát malé počas hodín, počas ktorých sa skutočne prevádzkuje, takže ročný výkon presahuje výkon vyššie hodnoteného stroja, ktorý zriedka dosahuje svoj maximálny výkon. Pri nákupnom rozhodovaní by mala rozhodovať krivka účinnosti, nie označenie na štítku.
Prečo sa permanentný magnetický generátor správa takto
Správanie vyplýva z pevného poľa a konštánt stroja, nie z chyby riadenia. Permanentný magnetický generátor s známym magnetickým tokom a vinutím odhaľuje svoju závislosť od rýchlosti prostredníctvom spätného EMF a stratových členov, ktoré by mal uviesť každý kompetentný technický list, a tieto členy rozhodujú o skutočnom ročnom výkone.
Magnetický tok a spätné EMF
Magnety nastavujú pevný magnetický tok, preto sa spätné EMF priamo mení s rýchlosťou a invertor musí znížiť alebo zvýšiť napätie na zabezpečenie stáleho napätia na zberničke. Permanentný magnetický generátor s vysokým magnetickým tokom vytvára silné napätie pri vyšších rýchlostiach, avšak nezanecháva veľa rezervy na hornom konci rozsahu, kým nízky magnetický tok uľahčuje prevádzku invertora, no oslabuje výstup pri nízkych rýchlostiach. Voľba magnetického toku je základným kompromisom, ktorý určuje polohu vrcholu účinnosti.
Magnetické a vinutiové straty
Straty vírivými prúdmi a hysteréziou v jadre stúpajú s elektrickou frekvenciou, preto Permanentný magnetový generátor, ktorý beží nad svojím rozsahom, zohrieva železo bez zvýšenia výstupu. Straty vinutia závisia od zaťažovacieho prúdu, ktorý turbínový výkon určuje pri každej rýchlosti. Prispôsobenie magnetickej konštrukcie histogramu lokality udržiava obe stratové zložky malé počas hodín, počas ktorých stroj skutočne pracuje.
Prispôsobenie a ochrana
Návratnosť investície spočíva v prispôsobení generátora rozdeleniu rýchlostí a následnej ochrane na extrémoch. Permanentný magnetový generátor vybraný pre skutočný prevádzkový rozsah, nie pre špičkový výkon uvedený v brožúre, dodáva viac energie za dolár a má dlhšiu, pokojnejšiu prevádzkovú životnosť.
Rozmerovanie podľa rozsahu rýchlostí
Vyberte generátor na základe histogramu otáčok rotora, nie na základe menovitého bodu, a požiadajte o krivku účinnosti v tomto rozsahu. Trvalý magnetický generátor navinutý pre strednú rýchlosť na danom mieste vyprodukuje viac ročnej energie ako generátor naladený na špičkovú rýchlosť, ktorú viet zriedka dosahuje. Potvrďte, že výkon invertora pokrýva rozsah napätia od nízkeho po nadmerne vysoké otáčky, aby riadiaci systém nikdy neobrezával užitočný výstup.
Riadenie a ochrana pred nadmernými otáčkami
Pri nadmerných otáčkach stúpajú napätie aj frekvencia, preto musia invertor a brzda obmedziť napätie na zberničke a chrániť vinutie. Trvalý magnetický generátor vyžaduje riadenú cestu zastavenia a systém naklápania lopatiek alebo brzdy dimenzovaný na nárazový viet, pretože pevné magnetické pole sa nedá vypnúť ako rotujúce pole s budiacim prúdom. Zaznamenajte trend otáčok a teploty a vykonajte údržbu brzdovej cesty v intervaloch stanovených štandardom turbíny. Trvalý magnetický generátor, ktorý je pravidelne monitorovaný a brzdený podľa plánu, sa vyhne dramatickým poruchám, ktoré tejto technológii po búrke poškodili reputáciu.
Často kladené otázky
Otázka: Prečo sa účinnosť generátora s trvalými magnetmi mení so zmenou otáčok?
Polia trvalých magnetov sú pevné, preto sa svorkové napätie a frekvencia menia úmerné rýchlosti hriadeľa a rovnováha strát sa mení spolu s nimi. Generátor s trvalými magnetmi dosahuje účinnosť blízku maximu pri návrhových otáčkach, avšak mimo tohto bodu klesá, keď sa menia straty v jadre a v cievkach. Prečítanie krivky cez reálny rozsah otáčok ukazuje skutočnú priemernú hodnotu, nie len jedinú hodnotu uvedenú na typovom štítku.
Otázka: Je vyššia menovitá rýchlosť vždy lepšia?
Nie, pretože dané miesto môže túto rýchlosť dosiahnuť len zriedka, čo znamená, že stroj bude väčšinu času pracovať pod svojím maximom. Generátor s trvalými magnetmi s menovitými otáčkami 400 rpm, ktorý však väčšinu času beží pri 300 rpm, dodá za rok menej energie ako generátor prispôsobený 300 rpm. Vyberte si zo stĺpcového grafu rozloženia otáčok rotora a požiadajte o údaje o účinnosti v celom rozsahu otáčok namiesto toho, aby ste sa spoliehali iba na maximálnu hodnotu účinnosti.
Otázka: Ktoré normy sa na tento generátor vzťahujú?
IEC 60034-1 sa týka výkonu a skúšania rotujúcich strojov, zatiaľ čo IEC 61400 sa týka generátorov veterných turbín a ich správania v sieti. Trvalý magnetický generátor pre veterné elektrárne musí spĺňať obe tieto normy a IEEE 1547 upravuje pripojenie do siete, keď jednotka dodáva energiu do siete. Uveďte tieto normy, aby dodávateľ dodal skúšaný stroj, nie len plauzibilný štítok.
Otázka: Ako nízka rýchlosť ovplyvňuje výstup?
Pri nízkych otáčkach trvalý magnetický generátor vytvára nižšiu proti-EMN, takže menič môže reguláciu obmedziť alebo „prešmyknúť“ na ochranu zbernice, čím sa zníži dodávaný výkon. Jadro tiež stratí menej, avšak pokles užitočného napätia preváži tento zisk pre väčšinu lokalít. Prispôsobenie vinutia dolnej časti rozsahu umožňuje regulátoru zostať v pracovnom rozsahu počas pokojných mesiacov, ktoré prevažujú počas roka.
Otázka: Čo chráni generátor pri nadmerných otáčkach?
Pevné pole sa nedá vypnúť, preto systém nakláňania alebo brzda musia obmedziť rýchlosť rotora a invertor musí obmedziť napätie na zberničke. Generátor s trvalými magnetmi vyžaduje riadenú brzdnú dráhu dimenzovanú podľa nárazového vetra na danom mieste, pretože napätie a frekvencia stúpajú so zvyšujúcou sa rýchlosťou a zaťažujú zariadenia. Brzdnú dráhu servisujte v intervaloch stanovených štandardom turbíny a zaznamenávajte trendy rýchlosti a teploty.
Otázka: Môže jeden generátor vyhovovať premennorýchlostnému miestu?
Áno, ak sa vyberie cez pracovné pásmo namiesto jediného bodu, pretože generátor s trvalými magnetmi dosahuje dobrý výkon v širokej škále, keď sú vinutie a magnetický tok na túto škálu prispôsobené. Požiadajte o krivku účinnosti cez histogram a potvrďte, že invertor pokrýva celé napäťové rozpätie. Stroj prispôsobený skutočnej distribúcii prekonáva stroj s vyšším výkonom, ktorý zriedka dosahuje svoj maximálny výkon.
EN
