Paano gumagawa ng kuryente ang mga wind turbine nang walang panlabas na pinagmulan ng lakas?

Sa pagkawala ng panlabas na pinagmulan ng kuryente, ang isang wind turbine ay maaaring bumuo ng kuryente sa mga sumusunod na paraan:

I. Prinsipyong may basehan sa pagmamanipis ng hangin

Paggawa ng mekanikal na enerhiya mula sa enerhiyang panghangin

Ang mga balahibo ng isang wind turbine ay disenyo nang partikular na hugis. Kapag ang hangin ay lumampas sa mga balahibo, dahil sa espesyal na hugis ng mga ito at sa mga prinsipyo ng aerodynamics, ang kinetic energy ng hangin ay inuulit bilang rotatoryong mekanikal na enerhiya ng mga balahibo.

Halimbawa, ang mga balahibo ng isang malaking wind turbine ay karaniwang ilang dekada ng metro ang haba at may hugis na katulad ng pakpak ng eroplano. Kapag ang hangin ay lumampas sa isang tiyak na bilis sa mga balahibo, ang bilis ng hangin sa itaas at ibaba ng mga balahibo ay magkaiba, samakatuwid nagbubuo ng isang pagkakaiba-iba ng presyon at pumipilit sa mga balahibo na umikot.

Pagpapalaganap ng mekanikal na enerhiya sa pamamagitan ng sistema ng transmisyon

Ang pag-ikot ng mga balahibo ay ipinapasa sa rotor ng generator sa pamamagitan ng sistema ng transmisyon. Ang sistema ng transmisyon karaniwang binubuo ng mga komponente tulad ng gearbox at shaft ng transmisyon. Ang layunin nito ay upang i-convert ang mabagal na bilis, mataas na torque ng pag-ikot ng mga balahibo sa mabilis na bilis, mababang torque na kinakailangan ng generator.

Halimbawa, sa ilang mga wind turbine, ang gearbox ay maaaring taasan ang bilis ng pag-ikot ng mga balahibo ng ilang dekada o kahit na daan-daang beses upang matugunan ang pangangailangan ng bilis ng generator.

II. Prinsipyong paggana ng generator

Paggawa ng kuryente sa pamamagitan ng electromagnetic induction

Karaniwan ang mga wind turbine ay gumagamit ng asynchronous generators o synchronous generators. Sa pagkawala ng panlabas na pinagmulan ng kuryente, ang rotor ng generator ay umiikot sa ilalim ng pagpapatakbo ng mga balahibo, pagputol ng magnetic field sa stator winding at samakatuwid bumubuo ng induced electromotive force.

Ayon sa batas ng electromagnetic induction, kapag ang isang conductor ay umiikot sa magnetic field, ang induced electromotive force ay nabubuo sa dalawang dulo ng conductor. Sa isang wind turbine, ang rotor ng generator ay katumbas ng isang conductor, at ang magnetic field sa stator winding ay ginagawa ng permanent magnets o excitation windings.

Halimbawa, ang rotor ng isang asynchronous generator ay may estruktura ng squirrel-cage. Kapag ang rotor ay umiikot sa magnetic field, ang mga conductor sa rotor ay pagputol ng magnetic field at bumubuo ng induced current. Ang induced current na ito ay nagsisilbing bumuo ng magnetic field sa rotor, na nakikipag-ugnayan sa magnetic field sa stator winding, samakatuwid nagpapatuloy ang rotor na umikot.

Self-excitation at voltage building

Para sa ilang synchronous generators, kinakailangan ang voltage building sa pamamagitan ng self-excitation upang itatag ang unang magnetic field. Ang self-excitation at voltage building ay tumutukoy sa paggamit ng residual magnetism ng generator at armature reaction upang itatag ang output voltage ng generator sa pagkawala ng panlabas na pinagmulan ng kuryente.

Kapag ang rotor ng generator ay umiikot, dahil sa pagkakaroon ng residual magnetism, ang mahina na induced electromotive force ay nabubuo sa stator winding. Ang induced electromotive force na ito ay lumiliko sa pamamagitan ng rectifier at regulator sa excitation circuit upang i-excite ang excitation winding, samakatuwid nagpapataas ng magnetic field sa stator winding. Habang ang magnetic field ay tumataas, ang induced electromotive force ay unti-unting tataas hanggang ito ay maabot ang rated output voltage ng generator.

III. Power output at kontrol

Power output

Ang kuryente na nabuo ng generator ay ipinapasa sa power grid o lokal na load sa pamamagitan ng mga kable. Sa proseso ng pagpapadala, ito ay kailangang itaas o babaan ng isang transformer upang matugunan ang iba't ibang pangangailangan sa voltage.

Halimbawa, ang kuryente na nabuo ng malaking wind turbine karaniwang kailangang itaas ng isang step-up transformer bago ito makonekta sa high-voltage power grid para sa long-distance transmission.

Kontrol at proteksyon

Upang masiguro ang ligtas at matatag na paggana ng wind turbine, ito ay kailangang kontrolin at protektahan. Ang sistema ng kontrol ay maaaring ayusin ang anggulo ng mga balahibo, ang bilis ng pag-ikot ng generator, atbp. batay sa mga parameter tulad ng bilis ng hangin, direksyon ng hangin, at output power ng generator upang makamit ang pinakamahusay na epektibidad ng paggawa ng kuryente at protektahan ang mga kagamitan.

Halimbawa, kapag ang bilis ng hangin ay sobrang mataas, ang sistema ng kontrol ay maaaring ayusin ang anggulo ng mga balahibo upang bawasan ang sukat ng lugar na tinatanggap ng puwersa ng mga balahibo upang maiwasan ang sobrang bigat ng wind turbine. Samantalang, ang sistema ng kontrol ay maaari ring monitorein ang mga parameter tulad ng output voltage, current, at frequency ng generator. Kapag may mga abnormal na kondisyon, ito ay maaaring putulin ang suplay ng kuryente agad upang protektahan ang kaligtasan ng mga kagamitan at personal.