Na ausencia dunha fonte de enerxía externa, un aerxenerador pode xerar electricidade nas seguintes formas:
I. Principio do funcionamento impulsado polo vento
Conversión da enerxía eólica en enerxía mecánica
As pás dun aerxenerador están deseñadas cunha forma específica. Cando o vento sopra sobre as pás, debido á forma especial das pás e aos principios da aerodinámica, a enerxía cinética do vento convértese na enerxía mecánica rotatoria das pás.
Por exemplo, as pás dun aerxenerador grande son xeralmente varias decenas de metros de lonxas e teñen unha forma semellante á dunha asa de avión. Cando o vento sopra a unha velocidade determinada sobre as pás, as velocidades do fluxo de aire nas superficies superior e inferior das pás son diferentes, xerando así unha diferenza de presión que impulsa as pás a rotar.
Transmisión da enerxía mecánica polo sistema de transmisión
A rotación das pás transmítese ao rotor do xerador a través do sistema de transmisión. O sistema de transmisión xeralmente inclúe componentes como un cambio de velocidades e un eixo de transmisión. A súa función é converter a rotación de baixa velocidade e alta par das pás na rotación de alta velocidade e baixa par necesaria para o xerador.
Por exemplo, en algúns aerxeneradores, o cambio de velocidades pode aumentar a velocidade de rotación das pás por varias decenas ou incluso centos de veces para satisfacer os requisitos de velocidade do xerador.
II. Principio de funcionamento do xerador
Xeración de electricidade por indución electromagnética
Os aerxeneradores xeralmente utilizan xeradores asíncronos ou síncronos. Na ausencia dunha fonte de enerxía externa, o rotor do xerador rota impulsado polas pás, cortando o campo magnético no devandor do estator e xerando así unha forza electromotriz inducida.
Segundo a lei da indución electromagnética, cando un conductor se move nun campo magnético, xérase unha forza electromotriz inducida nos dous extremos do conductor. No caso dun aerxenerador, o rotor do xerador é equivalente a un conductor, e o campo magnético no devandor do estator xérase mediante imanes permanentes ou bobinas de excitación.
Por exemplo, o rotor dun xerador asíncrono ten unha estrutura tipo jaula de esquilo. Cando o rotor rota no campo magnético, os conductores no rotor cortan o campo magnético e xeran unha corrente inducida. Esta corrente inducida xera a súa vez un campo magnético no rotor, que interacciona co campo magnético no devandor do estator, provocando que o rotor continue a rotar.
Autoexcitación e xeración de tensión
Para algunhas xeradores síncronos, é necesario realizar un proceso de autoexcitación e xeración de tensión para establecer o campo magnético inicial. A autoexcitación e xeración de tensión consiste en utilizar o magnetismo residual do xerador e a reacción do armadura para establecer a tensión de saída do xerador na ausencia dunha fonte de enerxía externa.
Cando o rotor do xerador rota, debido á existencia de magnetismo residual, xérase unha débil forza electromotriz inducida no devandor do estator. Esta forza electromotriz inducida pasa a través do rectificador e regulador no circuito de excitación para excitar a bobina de excitación, fortalecendo así o campo magnético no devandor do estator. A medida que o campo magnético aumenta, a forza electromotriz inducida aumentará gradualmente ata alcanzar a tensión de saída nominal do xerador.
III. Saída de potencia e control
Saída de potencia
A electricidade xerada polo xerador transmítese á rede eléctrica ou cargas locais a través de cables. Durante o proceso de transmisión, debe subir ou bajar de tensión mediante un transformador para satisfacer diferentes requisitos de tensión.
Por exemplo, a electricidade xerada por aerxeneradores grandes xeralmente debe subir de tensión mediante un transformador de elevación antes de poder conectarse á rede eléctrica de alta tensión para a transmisión a longa distancia.
Control e protección
Para asegurar o funcionamento seguro e estable do aerxenerador, é necesario controlalo e protexelo. O sistema de control pode axustar o ángulo das pás, a velocidade de rotación do xerador, etc., segundo parámetros como a velocidade e dirección do vento e a potencia de saída do xerador, para lograr a máxima eficiencia de xeración de potencia e protexer o equipo.
Por exemplo, cando a velocidade do vento é demasiado alta, o sistema de control pode axustar o ángulo das pás para reducir a área exposta ás pás e evitar que o aerxenerador sexa danado por sobrecarga. Ao mesmo tempo, o sistema de control tamén pode monitorizar parámetros como a tensión, corrente e frecuencia de saída do xerador. Cando ocorren condicións anómalas, pode cortar o suministro de electricidade a tempo para protexer a seguridade do equipo e persoal.
