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Arten von Windkraftanlagen
Eine Windkraftanlage besteht aus zwei Hauptkomponenten und nachdem wir uns eine davon angesehen haben, das Rotorblattdesign im vorherigen Tutorial, können wir uns jetzt die andere ansehen, den Windturbinengenerator oder WEA ist die elektrische Maschine, die zur Stromerzeugung verwendet wird. Ein elektrischer Generator mit niedriger Drehzahl wird verwendet, um die durch die Windenergie erzeugte mechanische Rotationsenergie in nutzbare Elektrizität umzuwandeln, um unsere Häuser zu versorgen, und ist das Herzstück eines jeden Windkraftsystems.
Die Umwandlung der von den Rotorblättern (bekannt als Antriebsmaschine) erzeugten mechanischen Rotationsenergie in nutzbare elektrische Energie zur Verwendung in Haushaltsstrom- und Beleuchtungsanwendungen oder zum Laden von Batterien kann durch einen der folgenden Haupttypen von rotierenden elektrischen Maschinen erreicht werden üblicherweise in Windkraftanlagen verwendet:
- 1. Die Gleichstrommaschine ( DC ), auch als Dynamo bekannt
- 2. Die Synchronmaschine mit Wechselstrom ( AC ), auch als Wechselstromgenerator bekannt
- 3. Die Wechselstrom-Induktionsmaschine ( AC ), auch als Lichtmaschine bekannt
- Eine Spule oder ein Satz Leiter
- Ein Magnetfeldsystem
- Relativbewegung zwischen den Leitern und dem Feld
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Alle diese elektrischen Maschinen sind elektromechanische Geräte, die nach dem Gesetz der elektromagnetischen Induktion von Faraday arbeiten. Das heißt, sie arbeiten durch die Wechselwirkung eines magnetischen Flusses und eines elektrischen Stroms oder Ladungsflusses. Da dieser Vorgang umkehrbar ist, kann dieselbe Maschine als herkömmlicher Elektromotor zur Umwandlung der elektrischen Leistung in mechanische Leistung oder als Generator zur Rückwandlung der mechanischen Leistung in elektrische Leistung verwendet werden.
Wind Turbine Induction Generator
Die am häufigsten für Windturbinenanwendungen verwendeten elektrischen Maschinen sind solche, die als Generatoren fungieren, wobei der Synchrongenerator und der Induktionsgenerator (wie gezeigt) üblicherweise in größeren Windturbinengeneratorsystemen verwendet werden. Normalerweise verwenden die kleineren oder selbstgebauten Windturbinen einen Dauermagnet-Gleichstromgenerator mit niedriger Drehzahl oder einen Dynamo, da sie klein, billig und viel einfacher anzuschließen sind.
Macht es also einen Unterschied, mit welcher Art von elektrischem Generator wir Windstrom erzeugen können? Nun, die einfache Antwort ist sowohl Ja als auch Nein, da alles von der Art des gewünschten Systems und der gewünschten Anwendung abhängt. Der Niederspannungs-Gleichstromausgang eines Generators oder eines älteren Dynamos kann zum Laden von Batterien verwendet werden, während der höhere sinusförmige Wechselstromausgang einer Lichtmaschine direkt an das lokale Stromnetz angeschlossen werden kann.
Auch die Ausgangsspannung und der Leistungsbedarf hängen vollständig von den Geräten ab, die Sie haben und wie Sie sie verwenden möchten. Darüber hinaus würde der Standort des Windturbinengenerators, die Windressource ihn über lange Zeiträume konstant drehen lassen oder die Generatordrehzahl und damit seine Leistung mit Schwankungen des verfügbaren Windes nach oben und unten variieren.
Stromerzeugung
Ein Windturbinengenerator erzeugt Ihren Strom, indem er mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt. Lassen Sie uns hier klarstellen, dass sie keine Energie erzeugen oder mehr elektrische Energie erzeugen als die Menge an mechanischer Energie, die zum Drehen der Rotorblätter verwendet wird. Je größer die “Last” oder der elektrische Bedarf an dem Generator ist, desto mehr mechanische Kraft ist erforderlich, um den Rotor zu drehen. Aus diesem Grund gibt es Generatoren in verschiedenen Größen und produzieren unterschiedliche Mengen an Strom.
Im Fall eines „Windturbinengenerators“ drückt der Wind direkt gegen die Blätter der Turbine, wodurch die lineare Bewegung des Windes in die Drehbewegung umgewandelt wird, die erforderlich ist, um den Rotor des Generators zu drehen und den Wind stärker zu machen drückt, desto mehr elektrische Energie kann erzeugt werden. Dann ist es wichtig, ein gutes Design der Windturbinenblätter zu haben, um so viel Energie wie möglich aus dem Wind zu extrahieren.
Alle elektrischen Turbinengeneratoren funktionieren aufgrund der Wirkung der Bewegung eines Magnetfelds an einer elektrischen Spule vorbei. Wenn Elektronen durch eine elektrische Spule fließen, entsteht um sie herum ein Magnetfeld. Ebenso wird, wenn sich ein Magnetfeld an einer Drahtspule vorbeibewegt, in der Spule eine Spannung induziert, wie durch das Faradaysche Gesetz der magnetischen Induktion definiert, wodurch Elektronen fließen.
Einfacher Generator mit magnetischer Induktion
Dann können wir sehen, dass durch Bewegen eines Magneten an einer einzelnen Drahtschleife vorbei eine Spannung, die als EMK (elektromotorische Kraft) bekannt ist, induziert wird Drahtschleife durch das Magnetfeld des Magneten.
Wenn eine Spannung über der Drahtschleife induziert wird, beginnt ein elektrischer Strom in Form eines Elektronenflusses um die Schleife herum zu fließen und Strom zu erzeugen.
Aber was wäre, wenn anstelle einer einzelnen einzelnen Drahtschleife, wie gezeigt, Wir hatten viele Schleifen, die zusammen auf denselben Former gewickelt waren, um eine Drahtspule zu bilden, viel mehr Spannung und daher Strom konnten für die gleiche Menge an magnetischem Fluss erzeugt werden.
Dies liegt daran, dass der magnetische Fluss durch mehr Draht schneidet und eine größere EMK erzeugt, und dies ist das Grundprinzip des Faradayschen Gesetzes der elektromagnetischen Induktion, und ein Wechselstromgenerator verwendet dieses Prinzip, um eine mechanische Energie wie die Rotation einer Windkraftanlage umzuwandeln oder Wasserturbine, in elektrische Energie, die eine sinusförmige Wellenform erzeugt.
Wir können also sehen, dass es drei Hauptanforderungen für die Stromerzeugung gibt, und diese sind:
Je schneller sich die Drahtspule dreht, desto größer ist die Änderungsrate, mit der der magnetische Fluss von der Spule abgeschnitten wird, und desto größer ist die induzierte EMK innerhalb der Spule. Wenn das Magnetfeld stärker gemacht wird, wird die induzierte EMK in ähnlicher Weise bei gleicher Drehzahl zunehmen. Also: Induzierte EMK ∝ Φ*n. Wo: “Φ” ist der Magnetfeldfluss und “n” ist die Drehzahl. Außerdem hängt die Polarität der erzeugten Spannung von der Richtung der magnetischen Feldlinien und der Bewegungsrichtung des Leiters ab.
Es gibt zwei Grundtypen von elektrischen Generatoren und Wechselstromgeneratoren: den < starker>Permanent-Magnet-Generator und der Wundfeld-Generator, wobei beide Typen aus zwei Hauptteilen bestehen: dem Stator und dem Rotor.
Der Stator ist der “stationäre” (daher sein Name) Teil der Maschine und kann entweder einen Satz elektrischer Wicklungen haben, die einen Elektromagneten oder einen Satz Permanentmagnete in seinem Design erzeugen. Der Rotor ist der Teil der Maschine, der "rotiert". Auch hier kann der Rotor rotierende Ausgangsspulen oder Permanentmagnete aufweisen. Im Allgemeinen werden Generatoren und Wechselstromgeneratoren, die für Windturbinengeneratoren verwendet werden, dadurch definiert, wie sie ihren Magnetismus erzeugen, entweder Elektromagnete oder Permanentmagnete.
Es gibt keine wirklichen Vor- und Nachteile beider Typen. Die meisten auf dem Markt erhältlichen Windturbinengeneratoren für Privathaushalte verwenden Permanentmagnete in ihrem Turbinengeneratordesign, die das erforderliche Magnetfeld mit der Rotation der Maschine erzeugen, obwohl einige elektromagnetische Spulen verwenden.
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Diese hochfesten Magnete werden normalerweise aus Seltenerdmaterialien wie Neodym-Eisen (NdFe) oder Samarium-Kobalt (SmCo) hergestellt, sodass die Feldwicklungen nicht mehr für ein konstantes Magnetfeld sorgen müssen, was zu einer einfacheren, robusteren Konstruktion führt. p>
Gewickelte Feldwicklungen haben den Vorteil, dass sie ihren Magnetismus (und damit ihre Leistung) an die variierende Windgeschwindigkeit anpassen, benötigen jedoch eine externe Energiequelle, um das erforderliche Magnetfeld zu erzeugen.
Wir wissen jetzt, dass der elektrische Generator ein Mittel zur Energieumwandlung zwischen dem mechanischen Drehmoment, das von den Rotorblättern, der so genannten Antriebsmaschine, erzeugt wird, und einer elektrischen Last bereitstellt, sei es das Laden von Batterien oder das Abführen von Energie in einer Entladelast.
Die mechanische Verbindung des Windkraftgenerators mit den Rotorblättern erfolgt über eine Hauptwelle, die entweder ein einfacher Direktantrieb sein kann oder über ein Getriebe, um die Generatordrehzahl relativ zur Rotationsgeschwindigkeit der Blätter zu erhöhen oder zu verringern.< /p>
Die Verwendung eines Getriebes ermöglicht eine bessere Anpassung der Generatordrehzahl an die der Turbine, aber der Nachteil der Verwendung eines Getriebes besteht darin, dass es als mechanische Komponente einem Verschleiß ausgesetzt ist, der den Wirkungsgrad des Systems verringert. Der Direktantrieb mag jedoch einfacher und effizienter sein, aber die Rotorwelle und die Lager des Generators sind dem vollen Gewicht und der Rotationskraft der Rotorblätter ausgesetzt.
Wind Turbine Generator Output Curve
Der Typ des für einen bestimmten Standort erforderlichen Windturbinengenerators hängt also von der im Wind enthaltenen Energie und den Eigenschaften der elektrischen Maschine selbst ab. Alle Windkraftanlagen haben bestimmte Eigenschaften in Bezug auf die Windgeschwindigkeit.
Der Generator (oder Wechselstromgenerator) erzeugt keine Ausgangsleistung, bis seine Drehzahl über seiner Einschaltwindgeschwindigkeit liegt, bei der die Windkraft auf die Rotorblätter ausreicht, um die Reibung zu überwinden, und die Rotorblätter ausreichend beschleunigen, damit der Generator mit der Produktion beginnen kann nutzbare Leistung.
Oberhalb dieser Einschaltdrehzahl sollte der Generator Leistung proportional zur dritten Potenz der Windgeschwindigkeit ( K.V3&# 160;) bis es wie abgebildet seine maximale Nennleistung erreicht.
Oberhalb dieser Nenngeschwindigkeit nähern sich die Windlasten auf den Rotorblättern der maximalen Stärke der elektrischen Maschine, und der Generator erzeugt seine maximale oder Nennleistungsabgabe, da das Nennwindgeschwindigkeitsfenster erreicht ist.
Wenn die Windgeschwindigkeit weiter zunimmt, würde der Windturbinengenerator an seinem Abschaltpunkt anhalten, um mechanische und elektrische Schäden zu vermeiden, was zu einer Null-Stromerzeugung führen würde. Die Anwendung einer Bremse, um den Generator zu stoppen, um sich selbst zu beschädigen, kann entweder ein mechanischer Regler oder ein elektrischer Geschwindigkeitssensor sein.
Der Kauf einer Windkraftanlage wie der ECO-WORTHY 400 Watt Windkraftanlage zum Aufladen von Batterien ist nicht einfach und es müssen viele Faktoren berücksichtigt werden. Der Preis ist nur einer davon. Achten Sie darauf, eine elektrische Maschine zu wählen, die Ihren Anforderungen entspricht. Wenn Sie ein netzgekoppeltes System installieren, wählen Sie einen AC-Netzspannungsgenerator.
Wenn Sie beabsichtigen, ein batteriebasiertes System zu installieren, suchen Sie nach einem Batterielade-DC-Generator. Berücksichtigen Sie auch das mechanische Design eines Generators wie Größe und Gewicht, Betriebsgeschwindigkeit und Schutz vor Umwelteinflüssen, da er sein ganzes Leben lang auf der Spitze eines Mastes oder Turms montiert verbringen wird.
Im nächsten Tutorial über Windturbinengeneratoren werden wir Gleichstrommaschinen betrachten und wie wir einen PMDC-Generator verwenden können, um Strom aus der Kraft des Windes zu erzeugen. Um mehr über “Windturbinengeneratoren” zu erfahren oder weitere Informationen zur Windenergie über die verschiedenen verfügbaren Windturbinen-Generatorsysteme zu erhalten oder die Vor- und Nachteile der Windenergie zu erkunden, klicken Sie hier, um Ihre Kopie einer davon zu erhalten die oberen “Wind Turbine Guides” Heute direkt bei Amazon.
