วิธีการที่กังหันลมสร้างไฟฟ้าโดยไม่ต้องใช้แหล่งพลังงานภายนอก

ในกรณีที่ไม่มีแหล่งพลังงานไฟฟ้าภายนอก เครื่องกำเนิดไฟฟ้าลมสามารถผลิตไฟฟ้าได้ดังนี้

I. หลักการการทำงานแบบขับเคลื่อนด้วยลม

การแปลงพลังงานลมเป็นพลังงานกล

ใบพัดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าลมถูกออกแบบให้มีรูปร่างเฉพาะ เมื่อลมพัดผ่านใบพัด เนื่องจากรูปร่างพิเศษของใบพัดและหลักการอากาศพลศาสตร์ พลังงานจลน์ของลมจะถูกแปลงเป็นพลังงานกลหมุนเวียนของใบพัด

ตัวอย่างเช่น ใบพัดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าลมขนาดใหญ่โดยทั่วไปมีความยาวหลายสิบเมตรและมีรูปร่างคล้ายปีกเครื่องบิน เมื่อลมพัดผ่านใบพัดด้วยความเร็วที่กำหนด อัตราการไหลของอากาศบนผิวด้านบนและด้านล่างของใบพัดจะแตกต่างกัน ทำให้เกิดความแตกต่างของแรงดันและผลักดันให้ใบพัดหมุน

การส่งผ่านพลังงานกลโดยระบบส่งผ่าน

การหมุนของใบพัดจะถูกส่งผ่านไปยังโรเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าผ่านระบบส่งผ่าน ระบบส่งผ่านโดยทั่วไปประกอบด้วยชิ้นส่วนเช่น กล่องเกียร์และเพลาส่งผ่าน หน้าที่ของระบบส่งผ่านคือการแปลงการหมุนที่มีความเร็วต่ำและความแรงบิดสูงของใบพัดเป็นการหมุนที่มีความเร็วสูงและความแรงบิดต่ำที่จำเป็นสำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

ตัวอย่างเช่น ในบางเครื่องกำเนิดไฟฟ้าลม กล่องเกียร์สามารถเพิ่มความเร็วในการหมุนของใบพัดได้หลายสิบหรือหลายร้อยเท่าเพื่อให้ตรงตามความเร็วที่ต้องการของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

II. หลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

การสร้างไฟฟ้าโดยการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าลมโดยทั่วไปใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบอะซิงโครนัสหรือแบบซิงโครนัส ในกรณีที่ไม่มีแหล่งพลังงานไฟฟ้าภายนอก โรเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะหมุนภายใต้การขับเคลื่อนของใบพัด ตัดสนามแม่เหล็กในขดลวดสเตเตอร์ และสร้างแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำ

ตามกฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า เมื่อตัวนำเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก จะเกิดแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่ปลายตัวนำ ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าลม โรเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทียบเท่ากับตัวนำ และสนามแม่เหล็กในขดลวดสเตเตอร์จะถูกสร้างขึ้นโดยแม่เหล็กถาวรหรือขดลวดกระตุ้น

ตัวอย่างเช่น โรเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบอะซิงโครนัสมีโครงสร้างแบบกระรอก ขณะที่โรเตอร์หมุนในสนามแม่เหล็ก ตัวนำในโรเตอร์จะตัดสนามแม่เหล็กและสร้างกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำ กระแสไฟฟ้านี้จะสร้างสนามแม่เหล็กในโรเตอร์ ซึ่งมีปฏิสัมพันธ์กับสนามแม่เหล็กในขดลวดสเตเตอร์ ทำให้โรเตอร์หมุนต่อไป

การกระตุ้นตนเองและการสร้างแรงดัน

สำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสบางชนิด จำเป็นต้องมีการกระตุ้นตนเองและสร้างแรงดันเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กเริ่มต้น การกระตุ้นตนเองและการสร้างแรงดันหมายถึงการใช้แม่เหล็กคงที่ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและปฏิกิริยาอาร์เมเจอร์เพื่อสร้างแรงดันไฟฟ้าขาออกของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในกรณีที่ไม่มีแหล่งพลังงานไฟฟ้าภายนอก

เมื่อโรเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหมุน เนื่องจากมีแม่เหล็กคงที่ แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำอ่อน ๆ จะเกิดขึ้นในขดลวดสเตเตอร์ แรงดันไฟฟ้านี้จะผ่านไดโอดและวงจรควบคุมในวงจรกระตุ้นเพื่อกระตุ้นขดลวดกระตุ้น ทำให้สนามแม่เหล็กในขดลวดสเตเตอร์แข็งแกร่งขึ้น เมื่อสนามแม่เหล็กเพิ่มขึ้น แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะเพิ่มขึ้นจนถึงแรงดันไฟฟ้าขาออกที่กำหนดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

III. การส่งออกพลังงานและการควบคุม

การส่งออกพลังงาน

ไฟฟ้าที่สร้างขึ้นโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะถูกส่งผ่านสายเคเบิลไปยังระบบไฟฟ้าหรือโหลดท้องถิ่น ระหว่างการส่งผ่าน ต้องทำการเพิ่มหรือลดแรงดันโดยใช้หม้อแปลงเพื่อให้ตรงตามความต้องการของแรงดันที่แตกต่างกัน

ตัวอย่างเช่น ไฟฟ้าที่สร้างขึ้นโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าลมขนาดใหญ่โดยทั่วไปต้องผ่านหม้อแปลงเพื่อเพิ่มแรงดันก่อนที่จะเชื่อมต่อกับระบบไฟฟ้าแรงสูงเพื่อการส่งผ่านระยะไกล

การควบคุมและการป้องกัน

เพื่อให้แน่ใจว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าลมทำงานอย่างปลอดภัยและเสถียร จำเป็นต้องมีการควบคุมและป้องกัน ระบบควบคุมสามารถปรับมุมของใบพัด ความเร็วในการหมุนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ฯลฯ ตามพารามิเตอร์เช่น ความเร็วลม ทิศทางลม และกำลังไฟฟ้าขาออกของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าที่ดีที่สุดและปกป้องอุปกรณ์

ตัวอย่างเช่น เมื่อความเร็วลมสูงเกินไป ระบบควบคุมสามารถปรับมุมของใบพัดเพื่อลดพื้นที่รับแรงของใบพัดเพื่อป้องกันไม่ให้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าลมเสียหายจากการทำงานเกินกำลัง นอกจากนี้ ระบบควบคุมยังสามารถตรวจสอบพารามิเตอร์เช่น แรงดันไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า และความถี่ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เมื่อเกิดสถานการณ์ผิดปกติ ระบบควบคุมสามารถตัดไฟฟ้าได้ทันท่วงทีเพื่อปกป้องความปลอดภัยของอุปกรณ์และบุคลากร