Uden en ekstern strømkilde kan en vindmølle generere elektricitet på følgende måder:
I. Princippet for vinddrevet drift
Omvandling af vindenergi til mekanisk energi
Blæderne på en vindmølle er designet i en specifik form. Når vinden blæser over blæderne, omdannes den kinetiske energi i vinden til roterende mekanisk energi i blæderne, på grund af deres specifikke form og aerodynamiske principper.
For eksempel er blæderne på en stor vindmølle ofte flere ti meter lange og har en form, der minder om et flyvinge. Når vinden blæser med en bestemt hastighed over blæderne, er luftstrømningshastighederne på den øvre og nedre side af blæderne forskellige, hvilket skaber et trykforskell og driver blæderne til at rotere.
Overførsel af mekanisk energi ved hjælp af transmissionsystemet
Rotationen af blæderne overføres til generatorens rotor gennem transmissionsystemet. Transmissionsystemet inkluderer normalt komponenter som en gearboks og en transmissionsaksel. Dets funktion er at omdanne den lavhastighed, højt ork rotation af blæderne til den højhastighed, lavt ork rotation, som generatorn kræver.
For eksempel kan gearboksen i nogle vindmøller øge rotationshastigheden af blæderne med flere ti eller endda hundrede gange for at opfylde generatorns hastighedsanforderinger.
II. Generatoren arbejdsprincip
Generering af elektricitet ved elektromagnetisk induktion
Vindmøller bruger normalt asynkrone eller synkrone generatoren. Uden en ekstern strømkilde roterer generatorens rotor under driv af blæderne, skærer magnetfeltet i statorvindingen og genererer dermed en induceret elektromotorisk kraft.
Ifølge loven om elektromagnetisk induktion, når en ledning bevæger sig i et magnetfelt, dannes en induceret elektromotorisk kraft ved begge ender af ledningen. I en vindmølle er generatorens rotor lig med en ledning, og magnetfeltet i statorvindingen dannes af permanente magneter eller opspændingsvindinger.
For eksempel er rotoren i en asynkron generator en kaskadestruktur. Når rotoren roterer i magnetfeltet, skærer ledningerne i rotoren magnetfeltet og genererer en induceret strøm. Denne inducerede strøm genererer på sin side et magnetfelt i rotoren, som interagerer med magnetfeltet i statorvindingen, hvilket får rotoren til at fortsætte med at rotere.
Selvopspænding og spændingsopbygning
For nogle synkrone generatoren er spændingsopbygning ved selvopspænding nødvendig for at etablere det initielle magnetfelt. Selvopspænding og spændingsopbygning betyder at bruge generatorens restmagnetisme og armaturreaktion for at etablere generatorens udgangsspænding uden en ekstern strømkilde.
Når generatorens rotor roterer, dannes pga. restmagnetismen en svag induceret elektromotorisk kraft i statorvindingen. Denne inducerede elektromotoriske kraft passer gennem rektifieren og regulatoren i opspændingskredsløbet for at opspænde opspændingsvindingen, hvilket styrker magnetfeltet i statorvindingen. Jo mere magnetfeltet vokser, jo vil den inducerede elektromotoriske kraft gradvist stige, indtil den når generatorens nominale udgangsspænding.
III. Effektudbringelse og kontrol
Effektudbringelse
Den elektricitet, der genereres af generator, overføres til elnettet eller lokale laster gennem kabler. Under overførselsprocessen skal den trængs op eller ned af en transformator for at opfylde forskellige spændingsanforderinger.
For eksempel skal elektriciteten, der genereres af store vindmøller, normalt trænges op af en trængestransformator, før den kan forbinder til højspændingsnettet for langdistancetransmission.
Kontrol og beskyttelse
For at sikre den sikre og stabile drift af vindmøllen, skal den kontrolleres og beskyttes. Kontrollsystemet kan justere blædes vinkel, generatorens rotationshastighed osv. ifølge parametre som vindhastighed, vindretning og generator effektudbringelse for at opnå den bedste effektivitet i strømproduktion og beskytte udstyr.
For eksempel, når vindhastigheden er for høj, kan kontrollsystemet justere blædes vinkel for at reducere belastningsarealet af blæderne for at forhindre, at vindmøllen skades af overbelastning. Samtidig kan kontrollsystemet også overvåge parametre som generatorens udgangsspænding, strøm og frekvens. Når anomaliteter opstår, kan det afbryde strømforsyningen i tide for at beskytte udstyrets og personales sikkerhed.
