Jak naprawić prędkość generatora?

Jeśli muszę generować energię o określonej częstotliwości, muszę upewnić się, że wirnik generatora obraca się z określoną prędkością (obr / min). Ale kiedy obracam ją parą lub wodą, jak mam kontrolować tę prędkość? Wydaje mi się, że siły mechaniczne, które obracają generator, muszą się jakoś zrównoważyć, aby to osiągnąć. Jak dokładnie to się robi?

Elektrycznie

Niektóre systemy robią to elektrycznie. Generator albo wytwarza prąd stały, albo prąd zmienny o zmiennej częstotliwości jest rektyfikowany, aby wytworzyć prąd stały, a następnie falownik wytwarza żądaną częstotliwość prądu przemiennego. Powszechne w bardziej nowoczesnych małych turbinach wiatrowych.

Mechanicznie

Inne systemy są sterowane mechanicznie, aby uzyskać żądaną częstotliwość. Zastosowany mechanizm nazwano by gubernatorem . Większość prostych mechanicznych regulatorów nie jest bardzo dokładna, więc nie byłoby to wystarczające dla urządzenia podłączonego do sieci. Możliwe jest również wykonanie dokładniejszych regulatorów, które działają mechanicznie w sposób podobny do poniższego akapitu, są one powszechnie stosowane w silnikach spalinowych.

Z informacją zwrotną

Innym podejściem i prawdopodobnie najbardziej powszechnym jest uzyskanie jakiejś formy informacji zwrotnej. Mikrokontroler monitoruje generowaną częstotliwość i dostosowuje układ mechaniczny za pomocą serwomechanizmu, aby uzyskać odpowiednią częstotliwość. Na przykład może otwierać i zamykać bramę śluzy w celu regulacji przepływu wody przez turbinę. Bardziej skomplikowany system może regulować zarówno bramę śluzy, jak i łopatki turbiny, aby utrzymać prawidłową częstotliwość, jednocześnie zmieniając moc wyjściową.

Siatka Operacja synchroniczna

W niektórych przypadkach może nie być wcale konieczne. Jeśli masz małą turbinę wiatrową podłączoną do sieci elektrycznej w pobliżu elektrowni węglowej, możesz po prostu ją podłączyć i zapomnieć o tym. Ogromne turbiny w elektrowni ustabilizują częstotliwość sieci i ustalą prędkość obrotową turbiny wiatrowej. Jeśli wiatr wieje mocniej, dostaniesz więcej prądu i niewielkie przesunięcie współczynnika mocy. Należy pamiętać, że wraz z dodawaniem coraz większej liczby turbin wiatrowych ludzie, którzy kierują elektrownią, będą coraz mniej zadowoleni z tego powodu, więc operator sieci ostatecznie go zbanuje.

Jeśli muszę generować energię o określonej częstotliwości, muszę upewnić się, że wirnik generatora obraca się z określoną prędkością (obr / min).

Nie, to niekoniecznie prawda. Wiele generatorów wiatrowych wykorzystuje podwójnie zasilany generator indukcyjny (DFIG), który może regulować częstotliwość poprzez sterowanie uzwojeniem wirnika:

Mogą konwertować moc z jednej częstotliwości na inną, tzn. Mogą wytwarzać 50/60 Hz, nawet jeśli wirnik może pracować zbyt wolno. Odbywa się to przez wstrzyknięcie prądu przemiennego do cewek wirnika. System sterowania, który to osiąga, może również być w stanie zmienić kąt pochylenia turbiny jako inny środek zwiększania lub zmniejszania mechanicznej prędkości obrotowej.

Aby uzyskać więcej informacji, przeczytaj tę odpowiedź EE .

Ale kiedy obracam ją parą lub wodą, jak mam kontrolować tę prędkość?

Mogą wystąpić sytuacje, w których prędkość obrotowa jest zbyt duża i chociaż DFIG może sobie z tym poradzić, najlepiej jest zastosować podejście łączone, takie jak kontrola kąta pochylenia pokazana na powyższym zdjęciu.

Jednak nieuniknione jest to, że jeśli masz obfite źródło energii mechanicznej i bardzo małe zapotrzebowanie na obciążenie w tym momencie, musisz odłączyć generator od sieci. Jeśli nie masz „sieci”, musisz mieć zapasowe źródło zasilania, które może zaspokoić niskie zapotrzebowanie na moc, co zwykle oznacza generator diesla lub energię słoneczną za pośrednictwem falownika.

Po to jest gubernator .

Wersja mechaniczna to urządzenie, które wykorzystuje siłę odśrodkową lub dmuchawę do uruchomienia przepustnicy / wlotu w celu spowolnienia silnika, gdy prędkość zbyt mocno rośnie.

Możesz go uczynić elektronicznym za pomocą czujnika RPM i elektronicznie sterowanej przepustnicy / wlotu.

W moim (ograniczonym) doświadczeniu w projektowaniu generatorów musisz spojrzeć na wiele czynników:

• Prędkość wejściowa mechaniczna (turbina, koło itp.)

• Moc wkładu mechanicznego

• Napięcie wyjściowe

• Prąd wyjściowy

• Moc wyjściowa (która zależy od napięcia i prądu, ale zwykle chcesz ją zmaksymalizować w szczytowym punkcie mocy)

W wielu przypadkach to, co chcesz utrzymać, to stałe napięcie wyjściowe, które będzie się różnić w zależności od obciążenia elektrycznego; większy prąd spowodowałby spadek mocy wyjściowej.

W twoim ustawieniu zależy ci tylko na prędkości wału (z dowolnego powodu). Można to zrobić na dwa sposoby: kontrolować moc wejściową lub kontrolować moc wyjściową.

Jeśli wiesz, że twoja moc mechaniczna zawsze będzie większa niż moc wyjściowa, możesz użyć regulatora lub podobnego, co ograniczy moc na wale, aby utrzymać stałą prędkość. To kontroluje moc wejściową w prosty sposób.

Jeśli nie możesz zagwarantować, że Twój wkład mechaniczny jest wyższy, musisz w jakiś sposób ograniczyć moc wyjściową. Zrobiłem to, gdzie kontrolowaliśmy prąd wyjściowy za pomocą kontrolera sprzężenia zwrotnego PID, aby utrzymać prędkość wału na stałych wartościach. Ale tak było w przypadku systemu prądu stałego, w którym mieliśmy dużą baterię, do której można wpychać prąd w czasie wysokiego czasu zasilania i pobierać go w czasie krótszego czasu zasilania.

Nie jest to sposób, w jaki się to robi, ale sposób, w jaki można to zrobić: zmieniaj obciążenie, aby modulować prędkość.

Można sobie wyobrazić (potencjalnie bardzo duży) dodatkowy zestaw obciążeń oprócz normalnego obciążenia, z wejściowym źródłem zasilania tak dobranym, aby zapewniało ono co najmniej wystarczającą moc dla normalnego obciążenia we wszystkich warunkach. Nie jest to całkowicie nie do pomyślenia w przypadku konfiguracji wodnych, ponieważ głowa jest zwykle wyznacznikiem. Następnie, gdy obciążenie i wejście zmieniają się, zespół pomocniczy jest kontrolowany, tak że całkowite zapotrzebowanie na generator wytwarza obciążenie mechaniczne na wejściu, które utrzymuje częstotliwość wyjściową w pożądanym punkcie.

I nie, to nie jest poważna sugestia, ale można to zrobić.