En l'absència d'una font d'energia externa, un aerogenerator pot generar electricitat de les següents maneres:
I. Principi de funcionament impulsat pel vent
Conversió de l'energia eòlica en energia mecànica
Les pale es dissenyen amb una forma específica. Quan el vent passa per sobre les pales, gràcies a la seva forma especial i als principis d'aerodinàmica, l'energia cinètica del vent es converteix en energia mecànica rotacional de les pales.
Per exemple, les pales d'un gran aerogenerator solen tenir diverses desenes de metres de llargada i tenir una forma similar a l'ala d'un avió. Quan el vent sopla a una velocitat determinada sobre les pales, les velocitats d'aire en les superfícies superior i inferior de les pales són diferents, generant així una diferència de pressió que fa girar les pales.
Transmissió de l'energia mecànica pel sistema de transmissió
La rotació de les pales es transmet al rotor del generador a través del sistema de transmissió. El sistema de transmissió sol incloure components com una cixa de canvis i un eix de transmissió. La seva funció és convertir la rotació de baixa velocitat i alta torsió de les pales en la rotació dealta velocitat i baixa torsió requerida pel generador.
Per exemple, en alguns aerogeneradors, la cixa de canvis pot augmentar la velocitat de rotació de les pales per diverses desenes o fins i tot centenars de vegades per complir els requisits de velocitat del generador.
II. Principi de funcionament del generador
Generació d'electricitat per inducció electromagnètica
Els aerogeneradors solen utilitzar generadors asònims o síncrons. En l'absència d'una font d'energia externa, el rotor del generador gira sota l'impuls de les pales, tallant el camp magnètic en la bobina estator i així generant una força electromotriu induïda.
Segons la llei de l'inducció electromagnètica, quan un conductor es mou en un camp magnètic, es genera una força electromotriu induïda en els dos extrems del conductor. En un aerogenerator, el rotor del generador és equivalent a un conductor, i el camp magnètic en la bobina estator es genera mitjançant magnets permanents o bobines d'excitació.
Per exemple, el rotor d'un generador asònim té una estructura de ratolí. Quan el rotor gira en el camp magnètic, els conductors en el rotor tallen el camp magnètic i generen una corrent induïda. Aquesta corrent induïda, a la vegada, genera un camp magnètic en el rotor, que interacciona amb el camp magnètic en la bobina estator, fent que el rotor continui girant.
Autoexcitació i construcció de tensió
Per alguns generadors síncrons, és necessària la construcció de tensió per autoexcitació per establir el camp magnètic inicial. L'autoexcitació i la construcció de tensió consisteixen en utilitzar el magnetisme residual del generador i la reacció de l'armadura per establir la tensió de sortida del generador en l'absència d'una font d'energia externa.
Quan el rotor del generador gira, degut a l'existència de magnetisme residual, es genera una feble força electromotriu induïda en la bobina estator. Aquesta força electromotriu induïda passa pel rectificador i el regulador en el circuit d'excitació per excitar la bobina d'excitació, reforçant així el camp magnètic en la bobina estator. Com el camp magnètic augmenta, la força electromotriu induïda augmentarà gradualment fins a arribar a la tensió de sortida nominal del generador.
III. Sortida de potència i control
Sortida de potència
L'electricitat generada pel generador es transmet a la xarxa elèctrica o a càrregues locals a través de cables. Durant el procés de transmissió, cal escalonar-la cap amunt o avall mitjançant un transformador per complir amb diferents requisits de tensió.
Per exemple, l'electricitat generada pels grans aerogeneradors sovint necessita ser escalonada cap amunt per un transformador d'augment abans de poder connectar-se a la xarxa elèctrica de alta tensió per a la transmissió a llarga distància.
Control i protecció
Per assegurar el funcionament segur i estable de l'aerogenerator, cal controlar-lo i protegir-lo. El sistema de control pot ajustar l'angle de les pales, la velocitat de rotació del generador, etc., segons paràmetres com la velocitat del vent, la direcció del vent i la potència de sortida del generador, per aconseguir la millor eficiència en la generació d'energia i protegir l'equipament.
Per exemple, quan la velocitat del vent és massa alta, el sistema de control pot ajustar l'angle de les pales per reduir l'àrea de suport de les pales per evitar que l'aerogenerator s'endegi per sobrecàrrega. Alhora, el sistema de control també pot monitorar paràmetres com la tensió de sortida, la corrent i la freqüència del generador. Quan es produeixen condicions anòmales, pot tallar l'abastament d'energia a temps per protegir la seguretat de l'equipament i del personal.
