Làm thế nào tua-bin gió tạo ra điện mà không cần nguồn điện bên ngoài?

Trong trường hợp không có nguồn điện bên ngoài, tua-bin gió có thể tạo ra điện theo các cách sau:

I. Nguyên lý hoạt động do gió

Chuyển đổi năng lượng gió thành năng lượng cơ học

Các cánh của tua-bin gió được thiết kế với hình dạng cụ thể. Khi gió thổi qua các cánh, do hình dạng đặc biệt của cánh và nguyên lý khí động học, năng lượng động của gió được chuyển đổi thành năng lượng cơ học xoay của các cánh.

Ví dụ, các cánh của tua-bin gió lớn thường dài vài chục mét và có hình dạng tương tự như cánh máy bay. Khi gió thổi ở tốc độ nhất định qua các cánh, vận tốc dòng chảy trên bề mặt trên và dưới của các cánh khác nhau, do đó tạo ra sự khác biệt áp suất và đẩy các cánh quay.

Truyền dẫn năng lượng cơ học bởi hệ thống truyền động

Sự quay của các cánh được truyền đến rotor của máy phát điện thông qua hệ thống truyền động. Hệ thống truyền động thường bao gồm các thành phần như hộp số và trục truyền động. Chức năng của nó là chuyển đổi sự quay tốc độ thấp, mô-men xoắn cao của các cánh thành sự quay tốc độ cao, mô-men xoắn thấp cần thiết cho máy phát điện.

Ví dụ, trong một số tua-bin gió, hộp số có thể tăng tốc độ quay của các cánh lên vài chục hoặc thậm chí hàng trăm lần để đáp ứng yêu cầu tốc độ của máy phát điện.

II. Nguyên lý làm việc của máy phát điện

Tạo ra điện bằng cảm ứng điện từ

Tua-bin gió thường sử dụng máy phát điện bất đồng bộ hoặc đồng bộ. Trong trường hợp không có nguồn điện bên ngoài, rotor của máy phát điện quay dưới sự tác động của các cánh, cắt qua từ trường trong cuộn dây stator và do đó tạo ra điện thế cảm ứng.

Theo luật cảm ứng điện từ, khi một dây dẫn di chuyển trong từ trường, sẽ tạo ra điện thế cảm ứng ở hai đầu dây dẫn. Trong tua-bin gió, rotor của máy phát điện tương đương với một dây dẫn, và từ trường trong cuộn dây stator được tạo ra bởi nam châm vĩnh cửu hoặc cuộn dây kích từ.

Ví dụ, rotor của máy phát điện bất đồng bộ có cấu trúc chuột lồng. Khi rotor quay trong từ trường, các dây dẫn trong rotor cắt qua từ trường và tạo ra dòng điện cảm ứng. Dòng điện cảm ứng này lại tạo ra từ trường trong rotor, tương tác với từ trường trong cuộn dây stator, do đó khiến rotor tiếp tục quay.

Tự kích từ và xây dựng điện áp

Đối với một số máy phát điện đồng bộ, cần xây dựng điện áp bằng tự kích từ để thiết lập từ trường ban đầu. Tự kích từ và xây dựng điện áp nghĩa là sử dụng từ tính dư của máy phát điện và phản ứng armature để thiết lập điện áp đầu ra của máy phát điện trong trường hợp không có nguồn điện bên ngoài.

Khi rotor của máy phát điện quay, do tồn tại từ tính dư, một điện thế cảm ứng yếu được tạo ra trong cuộn dây stator. Điện thế cảm ứng này đi qua chỉnh lưu và điều chỉnh trong mạch kích từ để kích từ cuộn dây kích từ, do đó tăng cường từ trường trong cuộn dây stator. Khi từ trường tăng lên, điện thế cảm ứng sẽ dần tăng lên cho đến khi đạt đến điện áp đầu ra định mức của máy phát điện.

III. Đầu ra công suất và kiểm soát

Đầu ra công suất

Điện được tạo ra bởi máy phát điện được truyền đến lưới điện hoặc tải địa phương thông qua cáp. Trong quá trình truyền, nó cần được tăng hoặc giảm bằng biến áp để đáp ứng các yêu cầu về điện áp khác nhau.

Ví dụ, điện được tạo ra bởi tua-bin gió lớn thường cần được tăng lên bởi biến áp tăng trước khi kết nối vào lưới điện cao áp để truyền xa.

Kiểm soát và bảo vệ

Để đảm bảo tua-bin gió hoạt động an toàn và ổn định, cần được kiểm soát và bảo vệ. Hệ thống kiểm soát có thể điều chỉnh góc của các cánh, tốc độ quay của máy phát điện, v.v. dựa trên các tham số như tốc độ gió, hướng gió và công suất đầu ra của máy phát điện để đạt hiệu suất phát điện tốt nhất và bảo vệ thiết bị.

Ví dụ, khi tốc độ gió quá cao, hệ thống kiểm soát có thể điều chỉnh góc của các cánh để giảm diện tích chịu lực của các cánh, ngăn tua-bin gió bị hư hỏng do quá tải. Đồng thời, hệ thống kiểm soát cũng có thể giám sát các tham số như điện áp, dòng điện và tần số đầu ra của máy phát điện. Khi xảy ra tình huống bất thường, nó có thể ngắt nguồn điện kịp thời để bảo vệ an toàn của thiết bị và nhân viên.