Hogyan generálhatnak elektromos áramot a szélturbinák külső energiaforrás nélkül?

Külső energiaforrás nélkül a szélturbina az alábbi módon tud elektromos áramot termelni:

I. A szélvezetés elve

A szélerő átalakítása mechanikus energiává

A szélturbina lappanai specifikus formában vannak kialakítva. Amikor a szél áthatol a lappana felett, a lappanák speciális formája és az aerodinamika törvényei miatt a szél kinetikus energiája átalakul a lappanák forgó mechanikus energiájává.

Például egy nagy szélturbina lappanai általában több tíz méter hosszúak, és hasonló alakjuk van, mint egy repülőgép szárnyának. Amikor a szél bizonyos sebességgel áthatol a lappana felett, a lappanák felső és alsó felületén lévő szellőzási sebességek különböznek, ezáltal egy nyomáscsere jön létre, ami elindítja a lappanák forgását.

A mechanikus energia továbbítása a továbbító rendszerrel

A lappanák forgása a generátor rotorjára kerül át a továbbító rendszeren keresztül. A továbbító rendszer általában tartalmaz olyan elemeket, mint a sebességváltó és a továbbító tengely. Szerepe, hogy a lappanák lassú, nagy erőtényű forgását a generátor által igényelt gyors, kevés erőtényű forgásba alakítsa.

Például néhány szélturbinánál a sebességváltó képes a lappanák forgási sebességét több tízszeres vagy akár százszorosra is emelni, hogy megfeleljen a generátor sebességigényeinek.

II. A generátor működési elve

Elektromos áram termelése elektromágneses indukcióval

A szélturbínák általában aszinkron vagy szinkron generátort használnak. Külső energiaforrás nélkül a generátor rotora a lappanák hajtásával forog, áthalad a stator tekercseiben lévő mágneses mezőn, és ezzel indukált elektromotív erőt generál.

Az elektromágneses indukció törvénye szerint, amikor egy vezető test mozog egy mágneses mezőben, a vezető test két végén indukált elektromotív erő jön létre. Egy szélturbinában a generátor rotora egy vezető testnek felel meg, a mágneses mező pedig a stator tekercseiben állítható elő állandómágnesekkel vagy izmányezésekkel.

Például egy aszinkron generátor rotora egy ecsetház struktúrájú. Amikor a rotora forog a mágneses mezőben, a rotora vezető részei áthaladják a mágneses mezőt, és indukált áramot generálnak. Ez az indukált áram szintén mágneses mezőt generál a rotora, ami interakcióba lép a stator tekercsében lévő mágneses mezővel, így a rotora tovább folytatja a forgást.

Sajátizmányezés és feszültségépítés

Néhány szinkron generátor esetén a kezdeti mágneses mező kialakításához sajátizmányezés és feszültségépítés szükséges. Sajátizmányezés és feszültségépítés azt jelenti, hogy a generátor maradék mágnessége és az armatúra reakciója segítségével a generátor kimeneti feszültségét építik fel külső energiaforrás nélkül.

Amikor a generátor rotora forog, a maradék mágnesség miatt a stator tekercsében gyenge indukált elektromotív erő jön létre. Ez az indukált elektromotív erő áthalad a izmányezési körben lévő derékszögítőn és szabályozón, ami megerősíti a stator tekercsében lévő mágneses mezőt. Ahogy a mágneses mező növekszik, az indukált elektromotív erő is fokozatosan nő, amíg el nem éri a generátor nominális kimeneti feszültségét.

III. Erőmű kiadása és ellenőrzése

Erőmű kiadása

A generátor által termelt elektromos áram kábelek révén kerül át a villamos hálózatra vagy helyi terhelésekre. A továbbítás során transzformátorral kell fokozni vagy csökkenteni, hogy különböző feszültségigényeknek megfeleljen.

Például a nagy szélturbinák által termelt elektromos áram általában fokozó transzformátorral kell emelni, mielőtt csatlakoztatható lenne a magasfeszültségi villamos hálózathoz távolsági továbbítás céljából.

Ellenőrzés és védelem

A szélturbina biztonságos és stabil működéséhez ellenőrzésre és védelemre van szükség. Az ellenőrző rendszer a szélszél, a szélirány, valamint a generátor kimeneti teljesítménye alapján állíthatja be a lappanák szögét, a generátor forgási sebességét, hogy optimalizálja a termelés hatékonyságát és védelmet nyújtson az eszközöknek.

Például, ha a szélszél túl magas, az ellenőrző rendszer a lappanák szögét úgy állíthatja be, hogy csökkentse a lappanák terhelését, így elkerülve a turbina túlterhelésből adódó károsodását. Ugyanakkor az ellenőrző rendszer figyeli a generátor kimeneti feszültségét, áramát és frekvenciáját. Ha anomália lép fel, időben lekapcsolhatja a tápegését, hogy megvédje az eszközök és a személyzet biztonságát.