विन्ड टरबाइन बिना किसी बाहरी विद्युत स्रोत के कैसे विद्युत उत्पन्न करते हैं

बाहरी विद्युत स्रोत की अनुपस्थिति में, एक पवन टरबाइन निम्नलिखित तरीकों से बिजली उत्पन्न कर सकती है:

I. पवन-चालित संचालन का सिद्धांत

पवन ऊर्जा का यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तन

पवन टरबाइन के पंख विशेष आकार में डिज़ाइन किए गए होते हैं। जब पंखों पर पवन चलता है, तो पंखों के विशेष आकार और वायुगतिकी के सिद्धांतों के कारण, पवन की गतिज ऊर्जा पंखों की घूर्णन यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है।

उदाहरण के लिए, एक बड़ी पवन टरबाइन के पंख आमतौर पर कई दहाई मीटर लंबे होते हैं और वे एक हवाई जहाज के पंख के समान आकार के होते हैं। जब पवन एक निश्चित गति से पंखों पर चलता है, तो पंखों के ऊपरी और निचले सतहों पर हवा की गति अलग-अलग होती है, जिससे दबाव का अंतर उत्पन्न होता है और पंखों को घूमने के लिए धकेलता है।

ट्रांसमिशन सिस्टम द्वारा यांत्रिक ऊर्जा का संचार

पंखों की घूर्णन गति ट्रांसमिशन सिस्टम के माध्यम से जेनरेटर के रोटर तक संचारित की जाती है। ट्रांसमिशन सिस्टम में आमतौर पर गियरबॉक्स और ट्रांसमिशन शाफ्ट जैसे घटक शामिल होते हैं। इसका कार्य पंखों की कम गति, उच्च टोक की घूर्णन गति को जेनरेटर की आवश्यकताओं के अनुसार उच्च गति, कम टोक की घूर्णन गति में परिवर्तित करना है।

उदाहरण के लिए, कुछ पवन टरबाइनों में, गियरबॉक्स पंखों की घूर्णन गति को जेनरेटर की गति की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए कई दहाई या यहाँ तक कि सैकड़ों गुना बढ़ा सकता है।

II. जेनरेटर का कार्य सिद्धांत

विद्युत चुंबकीय प्रेरण द्वारा बिजली उत्पादन

पवन टरबाइन आमतौर पर एसिंक्रोनस जेनरेटर या सिंक्रोनस जेनरेटर का उपयोग करती हैं। बाहरी विद्युत स्रोत की अनुपस्थिति में, जेनरेटर का रोटर पंखों द्वारा चलाया जाता है, जो स्टेटर कुंडली में चुंबकीय क्षेत्र को काटता है और इस प्रकार प्रेरित विद्युत बल उत्पन्न करता है।

विद्युत चुंबकीय प्रेरण के नियम के अनुसार, जब एक चालक चुंबकीय क्षेत्र में चलता है, तो चालक के दोनों सिरों पर प्रेरित विद्युत बल उत्पन्न होता है। पवन टरबाइन में, जेनरेटर का रोटर एक चालक के रूप में कार्य करता है, और स्टेटर कुंडली में चुंबकीय क्षेत्र निरंतर चुंबक या प्रेरण कुंडलियों द्वारा उत्पन्न किया जाता है।

उदाहरण के लिए, एक एसिंक्रोनस जेनरेटर का रोटर एक स्क्विरल-केज संरचना होती है। जब रोटर चुंबकीय क्षेत्र में घूमता है, तो रोटर में चालक चुंबकीय क्षेत्र को काटते हैं और प्रेरित धारा उत्पन्न करते हैं। यह प्रेरित धारा रोटर में एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करती है, जो स्टेटर कुंडली के चुंबकीय क्षेत्र से प्रतिक्रिया करता है, जिससे रोटर को लगातार घूमने के लिए प्रेरित किया जाता है।

स्व-प्रेरण और वोल्टेज निर्माण

कुछ सिंक्रोनस जेनरेटरों के लिए, शुरुआती चुंबकीय क्षेत्र को स्थापित करने के लिए स्व-प्रेरण और वोल्टेज निर्माण की आवश्यकता होती है। स्व-प्रेरण और वोल्टेज निर्माण बाहरी विद्युत स्रोत की अनुपस्थिति में जेनरेटर के अवशिष्ट चुंबकत्व और आर्मेचर प्रतिक्रिया का उपयोग करके जेनरेटर का आउटपुट वोल्टेज स्थापित करने का अर्थ है।

जब जेनरेटर का रोटर घूमता है, तो अवशिष्ट चुंबकत्व के कारण स्टेटर कुंडली में एक कमजोर प्रेरित विद्युत बल उत्पन्न होता है। यह प्रेरित विद्युत बल प्रेरण परिपथ में रेक्टिफायर और रेगुलेटर के माध्यम से गुजरता है और प्रेरण कुंडली को प्रेरित करता है, जिससे स्टेटर कुंडली में चुंबकीय क्षेत्र मजबूत हो जाता है। चुंबकीय क्षेत्र के बढ़ने से, प्रेरित विद्युत बल धीरे-धीरे बढ़ता है जब तक कि जेनरेटर का निर्धारित आउटपुट वोल्टेज नहीं पहुँच जाता।

III. शक्ति आउटपुट और नियंत्रण

शक्ति आउटपुट

जेनरेटर द्वारा उत्पन्न बिजली केबलों के माध्यम से विद्युत ग्रिड या स्थानीय लोडों तक संचारित की जाती है। संचार के दौरान, यह विभिन्न वोल्टेज की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए एक ट्रांसफॉर्मर द्वारा ऊपर या नीचे बढ़ाया या कम किया जाना चाहिए।

उदाहरण के लिए, बड़ी पवन टरबाइनों द्वारा उत्पन्न बिजली को आमतौर पर लंबी दूरी के संचार के लिए उच्च-वोल्टेज ग्रिड से जोड़ने से पहले एक स्टेप-अप ट्रांसफॉर्मर द्वारा ऊपर बढ़ाया जाता है।

नियंत्रण और सुरक्षा

पवन टरबाइन के सुरक्षित और स्थिर संचालन को सुनिश्चित करने के लिए, इसका नियंत्रण और सुरक्षा की आवश्यकता होती है। नियंत्रण सिस्टम पवन गति, पवन दिशा, जेनरेटर आउटपुट शक्ति जैसे मापदंडों के आधार पर पंखों के कोण, जेनरेटर की घूर्णन गति आदि को समायोजित कर सकता है ताकि सर्वोत्तम विद्युत उत्पादन दक्षता और उपकरणों की सुरक्षा प्राप्त हो सके।

उदाहरण के लिए, जब पवन गति बहुत अधिक होती है, तो नियंत्रण सिस्टम पंखों के कोण को समायोजित करके पंखों के बल-भार क्षेत्र को कम कर सकता है ताकि पवन टरबाइन अतिभार से नष्ट न हो। इसके साथ-साथ, नियंत्रण सिस्टम जेनरेटर के आउटपुट वोल्टेज, धारा, और आवृत्ति जैसे मापदंडों की निगरानी भी कर सकता है। जब असामान्य स्थितियाँ होती हैं, तो यह समय पर विद्युत सप्लाई को कट देकर उपकरणों और कर्मियों की सुरक्षा कर सकता है।