Базовая конструкция ветрогенератора

Основные части ветрогенератора

Башня ветрогенератора

Башня является очень важной частью ветрогенератора, которая поддерживает все остальные части. Она не только поддерживает турбину, но и поднимает ее на достаточную высоту, чтобы кончики лопастей находились на безопасной высоте при вращении. Кроме того, необходимо поддерживать высоту башни, чтобы она могла получать достаточно сильный ветер. Высота башни в конечном итоге зависит от мощности ветрогенератора. Башни турбин на коммерческих ветроэлектростанциях обычно имеют высоту от 40 до 100 метров. Эти башни могут быть либо стальными трубчатыми, либо решетчатыми, либо бетонными. Для крупных ветрогенераторов используется стальная трубчатая башня. Эти башни обычно изготавливаются секциями длиной 30-40 метров.Каждая секция имеет фланцы с отверстиями. Такие секции собираются вместе с помощью болтов на месте, образуя полную башню. Полная башня имеет слегка коническую форму для обеспечения лучшей механической устойчивости. Решетчатую башню собирают из различных элементов из стали или гальванизированных угловых профилей или труб. Все элементы соединяются болтами или свариваются, образуя башню желаемой высоты. Стоимость таких башен значительно ниже, чем у стальных трубчатых, но они эстетически выглядят не так хорошо, как стальные трубчатые башни. Хотя транспортировка, сборка и обслуживание довольно просты, использование решетчатых башен в современных ветропарках избегается из-за их внешнего вида. Существует еще один тип башни, используемый для малых ветрогенераторов, — это опорная башня. Опорная башня представляет собой вертикальный столб, поддерживаемый тросами с разных сторон. Из-за большого количества тросов доступ к основанию башни затруднен. Поэтому этот тип башни избегается в сельскохозяйственных полях.

Существует еще один тип башни ветрогенератора, используемый для небольших установок, — это гибридная башня. Гибридная башня также является опорной, но отличается тем, что вместо использования одного столба посередине используется тонкая и высокая решетчатая башня. Гибридная башня сочетает в себе черты как решетчатой, так и опорной башни.

Накелль ветрогенератора

Накелль — это большой ящик или киоск, который находится на башне и содержит все компоненты ветрогенератора. В нем размещаются электрический генератор, преобразователь мощности, редуктор, контроллер турбины, кабели, привод поворота.

Лопасти ветрогенератора

Лопасти являются основными механическими частями ветрогенератора. Лопасти преобразуют энергию ветра в полезную механическую энергию. Когда ветер ударяет по лопастям, они вращаются. Это вращение передает свою механическую энергию валу. Лопасти проектируются, как крылья самолета. Лопасти ветрогенератора могут быть длиной от 40 до 90 метров. Лопасти должны быть механически прочными, чтобы выдерживать сильный ветер даже во время шторма. В то же время, лопасти ветрогенератора должны быть сделаны как можно легче, чтобы облегчить плавное вращение. Для этого лопасти изготавливаются из слоев стекловолокна и углеродного волокна на синтетическом армировании.

В современной турбине обычно три идентичные лопасти крепятся к центральному хабу с помощью болтов. Каждая идентичная лопасть расположена под углом 120o друг к другу. Этот процесс обеспечивает лучшее распределение массы и делает систему более плавной в вращении.

Вал ветрогенератора

Вал, непосредственно соединенный с хабом, является низкоскоростным валом. Когда лопасти вращаются, этот вал вращается с той же скоростью, что и вращающийся хаб. Мы напрямую соединяем этот вал с электрическим генератором в случае низкоскоростного генератора. Но в большинстве случаев низкоскоростной главный вал соединяется с высокоскоростным валом через редуктор. Таким образом, лопасти передают свою механическую энергию валу, которая в конечном итоге поступает в электрический генератор.

Редуктор

Ветрогенератор не вращается на высокой скорости, а вращается медленно на низкой скорости. Однако большинство электрических генераторов требуют высокоскоростного вращения, чтобы генерировать электроэнергию на желаемом уровне напряжения. Поэтому должна быть предусмотрена некоторая система увеличения скорости, чтобы достичь высокой скорости вала генератора. Редуктор ветрогенератора выполняет эту функцию. Редуктор увеличивает скорость до гораздо большего значения. Например, если передаточное число редуктора составляет 1:80, а скорость вращения низкоскоростного главного вала составляет 15 оборотов в минуту, редуктор увеличит скорость вала генератора до 15 × 80 = 1200 оборотов в минуту.

Генератор

Генератор — это электрическое устройство, которое преобразует механическую энергию, полученную от вала, в электрическую энергию. Обычно в современных ветрогенераторах используются индукционные генераторы. Ранее для этой цели были популярны синхронные генераторы. Также в некоторых ветрогенераторах используются постоянные магнитные DC-генераторы. Скорость вала можно увеличить с помощью редуктора, но нельзя сделать скорость вала постоянной. Может возникнуть колебание скорости вала, так как она зависит от скорости ветра. Поэтому скорость ротора также изменяется. Это влияет на частоту и напряжение генерируемой электроэнергии. Чтобы преодолеть эти проблемы, мы обычно используем индукционный генератор для этих целей.

Потому что индукционный генератор всегда производит электроэнергию, синхронизированную с подключенной сетью, независимо от скорости ротора. Если мы используем трехфазный синхронный генератор, то сначала выпрямляем выходную мощность до постоянного тока, а затем преобразуем его в переменный ток с желаемым напряжением и частотой с помощью инверторного устройства. Потому что переменная мощность, генерируемая синхронным генератором, не постоянна по напряжению и частоте, а изменяется с изменением скорости ротора. По той же причине в некоторых случаях мы используем DC-генератор. В этих случаях выходной постоянный ток от генератора инвертируется в переменный ток с желаемым напряжением и частотой, прежде чем он будет подан в сеть.

Преобразователь мощности

Поскольку ветер не всегда постоянен, электроэнергия, генерируемая генератором, также не постоянна, но нам нужна очень стабильная напряженность, чтобы подавать ее в сеть. Преобразователь мощности — это электрическое устройство, которое стабилизирует переменное выходное напряжение, передаваемое в сеть.