Принцип действия ветрогенератора: принцип работы и что такое

Содержание

принцип работы и что такое

Ветровые электростанции выполняют преобразование силы воздушных масс в электричество. Такие установки можно не только приобрести в магазине, но сделать самостоятельно. Кроме того, их можно использовать, как в промышленности, так и в частном доме.

В этой статье мы подробнее узнаем о ветровых электростанциях, а именно разберем, что такое ветровая электростанция, какое имеет ветрогенератор устройство и принцип работы, как работает ветрогенератор, плюсы и минусы установок, значение ветряных конструкций в экономическом плане, а также, сколько мощности ветрогенератор может выдать.

Устройство и виды ветровых электростанций

Работа ветрогенератора необходима для преобразования энергии ветра в электричество. Крупные электростанции имеют много таких устройств, которые объединены в единую систему для выработки электроэнергий городов, районов и т.д. Менее большие станции могут обеспечивать электричеством только маленькие живые массивы или частные дома.

Ветроэлектростанции разделяют по разным признакам, к примеру, по функциональности:

  • переносные;
  • стационарные.

По месторасположению:

  • недалеко от берега;
  • в море;
  • наземные;
  • горные;
  • шельфовые.

По виду устройства ветрогенератора:

  • лопастные;
  • роторные.

Наибольшую популярность имеют лопастные электростанции, поскольку они обладают большим коэффициентом полезного действия и способны вырабатывать большой объем электрической энергии.

Это позволяет обеспечивать электричеством большое количество потребителей. При этом такие электростанции обладают специфической конструкцией.

Принцип работы

От того, какой установкой обладают ветряные электростанции, лопастной либо роторной, зависит их принцип действия.

Роторные электростанции обладают конструкцией с вертикально вращающейся осью. Они более удобные в использовании, по сравнению с лопастными сооружениями, поскольку при работе сильно не шумят и не требовательны к направлению ветра. Однако такие установки менее производительны и способны вырабатывать электричество только для частных домов.

Лопастные ВЭУ выдают наибольшую производительность. Они применяют приобретаемую ветровую энергию намного лучше, чем роторные конструкции, однако нуждаются в правильной установке к направлению ветра. Поэтому для таких конструкций ветрогенератора необходимы вспомогательные приборы.

Принцип работы ветрогенераторов всех типов состоит в следующем – поток ветра приводит в действие вращение лопастей, которые зафиксированы на оси конструкции. Они передают вращение на ветродвигатель, и, благодаря этому, происходит образование электрического тока. Он выполняет подзарядку АКБ, от которых будут питаться инверторы, выполняющие преобразование полученного электротока в электричество, которое используется для потребителей.

Чтобы обеспечить электрической энергией большое количество людей, необходимо отдельные ветроколеса подсоединить друг к другу и в результате образуется единая ВЭС.

Преимущества и недостатки ветряных электростанций

К числу основных достоинств конструкций, применяющих в качестве энергии скорость ветра, относят:

  • Экологичность. Сооружения применяют возобновляемый источник электроэнергии, который можно использовать многократно, не воздействуя никаким образом на экологию. Электроэнергия, вырабатываемая ветродвигателями, заменяет энергию традиционных электростанций, тем самым снижая вероятность возникновения глобального потепления.
  • Многофункциональность. Ветроэлектростанции можно возводить на всех территориях. Такие установки важны в тех местах, где невозможно протянуть электричество традиционным путем.
  • Эффективность применения. Современные конструкции преобразуют энергию даже малых по скорости ветров, но не менее 3,5 м/с.
  • Альтернатива традиционным источникам получения электричества. Стационарные ветроэлектростанции способны обеспечить электрической энергией целый дом или маленькое производство. В таком случае велотурбина будет накапливать в АКБ необходимый запас электричества, который будет применяться в безветренную погоду.
  • Экономичность. По сравнению с традиционными электрическими станциями, велотурбины позволяют существенно уменьшить затраты. Как правило, на строительство ветровой электростанции уходит меньше денежных средств, чем на подсоединение к уже имеющимся системам.

Кроме того, к плюсам такой установки можно отнести независимость от ископаемых ресурсов.

Ветряные электрические станции имеют также и недостатки:

  • Узнать заранее скорость ветра практические невозможно, поскольку она все время изменяется. По этой причине лучше подстраховать себя и сделать вспомогательный источник энергии. Это могут быть, например, солнечные панели, подсоединенные к электрической сети.
  • Вертикальные конструкции в наибольшей степени подвержены опасности, поскольку такие установки могут разрушиться из-за влияния силы инерции при вращении лопастей вокруг оси. В результате, важные компоненты сооружения по истечении определенного времени подвергаются изменениям и потом разрушаются, а само устройство становится непригодным для работы.
  • Ветроэлектростанции лучше размещать на расстоянии от других построек, так как расположенные рядом дома будут уменьшать скорость ветра, а из-за этого величина выработки электричества будет меньше.
  • Для сохранения электроэнергии ветровых турбин нужно чтобы в сооружении применялась аккумуляторная батарея и прочие вспомогательные элементы, служащие для выработки электричества.
  • Во время работы ветрогенераторы издают сильный шум, который может доставлять неудобства людям. Кроме того, лопасти конструкции могут стать причиной смерти подлетевших к ним птиц.
  • Некоторые эксперты утверждают, ветродвигатели могут снижать качество приема телевизионных сигналов.

К минусам ветряных установок можно также отнести маленький КПД и их значительную цену, однако подобные агрегаты со временем окупают свою стоимость.

Кроме того, использование маленьких электростанций способно вырабатывать электричество только для определенного числа потребителей, поэтому для крупных городов потребуется строительство больших ВЭС. При этом большие установки требуют сильного и равномерного потока ветра, что обеспечить в нашей стране довольно проблематично. Поэтому, распространение ветряков в России, намного меньше, чем в европейских странах.

Экономическое обоснование строительства ВЭС

В экономическом плане постройка домашней ветровой электростанции будет иметь смысл только при отсутствии других источников получения электричества. Это связано с финансовыми расходами, так как стоимость самой установки довольно большая, кроме того, ремонт и обслуживание требует постоянных расходов, а эксплуатационный срок конструкции составляет всего 20 лет в европейских условиях, а в нашей стране эксплуатация будет на треть ниже. По этой причине, применение ветряных электрических станций, с точки зрения экономики, не выгодно.

Однако, при отсутствии других вариантов получения электроэнергии или при наличии тех условий, при которых ветряные электростанции будут производительно вырабатывать электричество, то применение ветряных установок будет неплохим способом получения электричества.

Мощности промышленных станций

Мощность промышленных ветряных электростанций высокая. Она способна обеспечивать электричеством большие районы. К примеру, ветряная электростанция в Китае «Ганьсу» выдает мощность в 7965мВт.

Однако такую мощность выдают только самые крупные ветряные электростанции, в большинстве случаев установки имеют величину намного меньше таких показателей. Но объединенные в единую электростанцию конструкции способны работать на более высокой мощности, примерно 400мВт-500мВт.

Ветряные электростанции для дома выдают маленькие показатели мощности, поэтому они способны вырабатывать электричество только для определенного числа потребителей.

Видео про ветровые электростанции

 

принцип действия и особенности конструкции

Бурное развитие технологий плюс все явственней ощущаемое по таянию ледников и участившимся сильнейшим ураганам изменение климата способствуют активному освоению нетрадиционных источников энергии. Не прошло и десятилетия как солнечные панели и ветрогенераторы из дорогой экзотики стали привычным элементом ландшафта.

Солнечный свет и ветер не требуется добывать. Их запасы неисчерпаемы, то есть они исчезнут вместе с нашей планетой. И при освоении не выделяются парниковые газы. К тому же многих владельцев частных домов привлекает полная автономия в вопросах электроснабжения. Однако выбирая ветрогенератор, следует знать особенности и условия работы установок разных типов.

Работа ветроэнергетической установки (ВЭУ) базируется на преобразовании посредством специального аэродинамического устройства (ветродвигателя) кинетической энергии ветра в механическую энергию вращения вала, которая затем трансформируется в электрическую.

Основными конструктивными элементами установки являются ротор (ветродвигатель), редуктор-мультипликатор и электрогенератор. Под действием набегающего потока воздуха осуществляется вращение ротора, которое посредством редуктора доводится до стандартизированной для генератора частоты.

Ротор представляет собой собранные в ветроколесо/крыльчатку и соединенные с валом лопасти определенной формы. Вал, по сути, есть осью вращения такой конструкции и по его ориентации относительно направления ветра все ВЭУ подразделяются на два основных типа – горизонтально или вертикально осевые.

ГОРИЗОНТАЛЬНО-ОСЕВЫЕ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ

Горизонтально-осевые агрегаты характеризуются ориентированной параллельно набегающему воздушному потоку осью вращения. Такое же расположение ветроколеса имели столетиями украшавшие европейские сельские пейзажи ветряные мельницы. А сегодня им на смену пришли трехлопастные ветрогенераторы.

На современном уровне развития ветроэнергетики именно такие установки имеют широкое распространение как при промышленном, так и автономном электроснабжении. И ввод в эксплуатацию все новых устройств набирает обороты.

Созданные на данный момент горизонтально-осевые ветрогенераторы наиболее быстроходные. Быстроходность u определяется соотношением линейной скорости лопасти ротора к скорости набегающего воздушного потока. Когда u≥4 агрегат считается быстроходным.

К тому же горизонтально-осевые установки характеризуются самым высоким коэффициентом использования ветра. Поэтому такие ветрогенераторы с быстроходностью u = 5÷7 являются на данный момент наиболее мощными.

У подобных ВЭУ редуктор, генератор, системы управления и контроля располагаются в играющей роль машинного отделения гондоле. Она вместе с ротором устанавливается на вершине мачты или башни, стоящей на надежном фундаменте.

Для эффективной работы плоскость вращения ветроколеса должна быть перпендикулярной воздушному потоку. Поскольку ветер изменчив, то приходится его «ловить», поворачивая гондолу с ротором. Это требует мощного привода и усложняет передачу выработанной электроэнергии от генератора в сеть потребителя. Скручивание силовой шины предотвращают или ограничением угла поворота, или делая разрыв с применением токосъемника.

Кроме того у них имеется определенный эксплуатационный диапазон скоростей ветра. С одной стороны он ограничен расчетным/рабочим значением vp, а с другой критическим или буревым – vmax. В этом диапазоне установка развивает свою номинальную мощность. При превышении vmax, чтобы агрегат не пошел в разнос, его тормозят. Для поддержания постоянной скорости вращения ротора и обеспечения торможения применяется система поворота лопастей.

Мегаваттные быстроходные трехлопастные (гораздо реже с двумя или одной лопастью) горизонтально осевые ВЭУ уже обеспечивают в качестве основного источника электроснабжения целые города в США, Китае и Европе. При таком использовании несколько установок обычно объединяют в единую систему – ветропарк.

Такие ветропарки могут иметь не только наземное базирование, но и располагаться на территории морских акваторий. Главное, чтобы при этом установки по максимуму использовали энергию ветра не создавая одна другой ветровой тени, то есть не направляя на стоящую позади уже отработанный воздушный поток.

Для автономного электроснабжения загородных домов и индивидуальных хозяйств разработаны тихоходные горизонтально-осевые ВЭУ мощностью до 30 кВт.

ВЕРТИКАЛЬНО-ОСЕВЫЕ ВЕТРОГЕНЕРАТОРЫ

Вертикально-осевые установки характерны тем, что их ось вращения ориентирована перпендикулярно набегающему потоку воздуха. На ветряных мельницах подобного типа веками мололи зерно в Персии, Китае и других странах Азии. Как правило, их лопастями были прямоугольные деревянные или тканевые «паруса».

Редуктор-мультипликатор и электрогенератор у такого типа ВЭУ расположены внизу, что повышает устойчивость конструкции и облегчает техническое обслуживание. Такому агрегату не требуется «ловить» ветер, поэтому нет необходимости в системе ориентации и нет проблемы скручивания силовой шины.

Так же не нужно поворачивать лопасти – ветрогенератор работает с переменной частотой вращения, запускаясь при небольшой скорости ветра и выдерживая ураганы и песчаные бури с порывами до 60 м/с.

Ему не страшен мокрый снег и обледенение. Эксплуатировать подобные установки можно практически в любых климатических условиях – от жары пустынь до арктических морозов.

Такого типа ВЭУ отличаются большим разнообразием форм роторов. Чаще других используется ротор Савониуса (Savonius rotor), классический ротор Дарье (Darrieus rotor) и его варианты – модернизированный и более надежный Н-образный и геликоидный (усовершенствованный Горловым).

У роторов Дарье при небольших скоростях ветра выше быстроходность, но существует проблема самозапуска. Поэтому их для предварительного разгона нередко дополняют роторами Савониуса.

Пока что разработанные вертикально-осевые ветрогенераторы более тихоходны (у подавляющего большинства u≤3) и конкурируют в эффективности с горизонтально-осевыми при мощностях до 10 кВт. Это способствует быстрому росту их популярности среди владельцев загородных участков. Они активно внедряется в установках для автономного уличного освещения. Хотя и гораздо реже такого типа ВЭУ также объединяют в ветропарки.

Рассмотрев выше конструкционные особенности установок, в следующей части перейдем к обсуждению условий эксплуатации, возникающих при работе ВЭУ негативных явлений и сравним ветрогенераторы разных типов.

 

Новый тип ветрогенератора производит электричество без лопастей / Хабр

Изобретение описание этой техники, представляет собой систему для преобразования энергии ветра (CESG) в механическую энергию, а затем электричество.

Эта система преобразования энергии ветра (CESG), описанные ниже, не подлежит теоретический предел Беца (59%). Таким образом, данное изобретение обеспечивает производительность намного выше, чем ветряные турбины используются в настоящее время.

Система (WECS) имеет колесо (F) с ряда лопастей, расположенных вокруг (см. чертеж № л). Колесо (F) вращается в ассоциацию поворачиваться вокруг оси (L) фиксировано, благодаря кинетической энергии ветра в лопастях, обеспечивая колесо (F) механическую энергию вращения.

Промойте к оси (L), держатель (E), достаточно жесткой, обеспечивает пластины (или заднюю) серии цилиндрами двойного действия (D). Последний может состоять из одного или более цилиндрами двойного действия (см. рисунок 1 М 1). Для упрощения настоящего описания системы (WECS) имеет серию из трех двойного действия, цилиндры. Распределение и позиционирование серии цилиндрами двойного действия (D) на кронштейн (E), чтобы быть уверенным вполне определенным образом, чтобы обеспечить лучшее функционирование (см. детальный чертеж Нет, нет л).

Поршневые штоки из множества цилиндрами двойного действия (D) связаны с шаровым шарниром корпус (), и что для того, чтобы предоставлять ему максимальную степень свободы в пространстве,

позволяет движение и больше жидкости на ветер (см. детальный чертеж Нет, нет л) и (фото № 7). Сказал тела (А) имеет форму и свойства поверхности определяются, соответственно, для достижения коэффициента аэродинамического сопротивления выше и максимальная результирующая сила ветра в плен. Кроме того, тела (А) должна иметь легкий вес возможным. В этом случае, а не только на часть его поверхности может быть, например, покрыты завесой (см. рисунок № 2).

Для того чтобы колесо (F), чтобы вращаться свободно и независимо от тела (А), активной поверхности (поверхности, обращенной к ветру) хранится постоянно подвергается воздействию ветра (см. передний вид на чертежах № 3, N 4, № 5 и № 6).

Крепления на поршневые штоки цилиндрами двойного действия (D) на теле (A) должен быть установлен на оси, совпадающей с направлением вектора результирующей силы ветра нападает на теле (A) (см. подробнее Не обращая Номер л).

Жесткая рука © утоплена с одной стороны на колесе (F) и поддерживается с другой стороны, шарнирно соединен с профилем (B) П-образные С круговые движения спутника, оказывается, таким образом, с колесом (F), а скольжение на периферические части тела (A) (см. рисунок № 2). Для того, чтобы свести к минимуму трение скользящего профиля (B), последняя может быть в контакте со стороны периферической части тела (A) с помощью роликов и тому подобное. Кроме того, периферические части тела (A) должна быть достаточно гладкой и достаточно жесткой.

Когда ветер действует на тело (A), последняя вращается под действием момента результирующая сила ветра, а с раздела сводной (B) и тела (A) растет без помех через Облигации мяч, стебли цилиндров двойного действия (D), которые присутствуют в области диаметрально противоположные рейки (B). Стержней цилиндрами двойного действия (D), присутствующих в обратной зоне (зоне стороне профиля (B)), как правило, обращается (см. рисунок IM 3).

Наличие кругового движения спутника, профиль (B) вращается в то время как скольжение на периферические части тела (A), тем самым меняя точку опоры результирующая сила ветра (соединение стержня профиля (B)), которая с ' приложенных к телу (А). Стержней цилиндрами двойного действия (D), следовательно, будет обращено и толкнул, имея поступательное движение цикла (см. рисунки № 3, № 4, № 5 и № 6). Таким образом, энергия ветра захвачен ветра тела (А) преобразуется в механическую энергию поступательного движения поршня в цилиндрами двойного действия (D), тем самым создавая давление на последних.

Вид из передней, слева, сверху и перспективных рисунков № 3, № 4, № 5 и № 6 показаны действия тела (A) на стеблях цилиндрами двойного действия (D) и поведение системы (WECS) против ветра при различных положениях (0 °, 90 °, 180 ° и 270 °) профиля (B) периферические части тела (A).

Гондолы (D) вкладывается к оси (L). Эта платформа (J) содержит в основном гидравлическим мотором (Н) и электрического генератора (G), который может быть соединен через множитель скорости (см. чертеж № л).

Во время назад и вперед движения поршней ряд цилиндров двойного действия (D), они растут гидравлической жидкости в гидравлической схеме пути (в красном) конвертируемые либо тянуть или толкать, и через ряд клапанов (см. рисунок № 7). Последняя также позволяет сосать гидравлической жидкости в цилиндры двойного действия (D) через гидравлический контур возврата (синий), а в одном направлении ", независимо от движения, потянув или толкать".

Гидравлическая схема прохода (красный) подключен к входу гидравлический двигатель (H). Назад (синий) также связано с выходом гидромотора (H) (см. рисунок 7). Таким образом, поток гидравлической жидкости под давлением, превращается в вращательное движение вала двигателя (H), которая соединена с осью электрогенератора (G) через множитель скорости, создавая таким чистым электричеством (см. рисунок № 7).

Для того чтобы учесть направление ветра держали системы (WECS), может быть оснащена системой автоматической ориентации позволяет ему поворачиваться на коврик (I) и держать тело (A) и колесо (F ) постоянно сталкиваются с ветром, и этот режим, вверх или вниз по течению. Кроме того, ориентация может быть достигнуто с помощью руля (K), четко определенные размеры, крепится с помощью среды, гондолы (J) (см. рисунок Номер л). Для того, чтобы упростить работу системы ориентации (WECS), а не ограничиваться решением руля (K) в этом случае рассматривать как показательный пример.

Таким образом, энергия ветра захвачен тела (А) преобразуется в механическую энергию вращения перевода и, соответственно, через стержни из множества цилиндров (D) и гидравлический двигатель (H). Эта механическая энергия преобразуется в электрическую энергию с электрическим генератором (G). Звено в этой цепи преобразования энергии на преобразование механической энергии в механическую энергию вращения перевод может быть застраховано без ограничений, через несколько другие механизмы, такие как кривошипно-шатунного или другой…

Как было объявлено в начале техническое описание, система (WECS) не подлежит теоретический предел Беца (16/27%) и обеспечивает лучший выход преобразования энергии ветра. Только при условии компонент предел Беца, в том, что колесо (F), которая имеет лишь небольшую площадь поверхности по сравнению с общей системой активного поверхности (WECS). Кроме того, это колесо (F) служит только для изменения положения профиля (B) в круговом движении спутника и энергии она захватывает не требуется Рассмотрим цепочку преобразования энергии описано выше, или в конечном восстановить энергию.

схема и чертеж, инструменты и материалы, подробная инструкция

Один из простых способов получить дешёвую электроэнергию — ветрогенератор. Его необязательно покупать, можно построить своими руками, используя правильно составленные чертежи и схемы, детали и материалы.

Принцип работы ветрогенератора

Принцип действия ветрогенератора прост: ветер приводит в движение лопасти, вращающие ротор турбины, который преобразует энергию ветра в механическую. Ветровые турбины бывают:

  • с роторами горизонтальной оси;
  • с роторами вертикальной оси.

Преимущество последних в том, что они работают независимо от направления ветра и его силы. Мощность, генерируемая самодельным ветрогенератором, составляет от 100 до 6000 Вт. Минимальная скорость, при которой турбина может начать вырабатывать электроэнергию — 2,5-3 м/с, но для достижения номинальной мощности необходима скорости ветра от 10 м/с.

Ротор обычно вращается со скоростью 15–20 об/мин, тогда как типичный асинхронный генератор вырабатывает электричество со скоростью более 1500 об/мин. Для самодельного ветряка подойдёт автомобильный генератор на 12 вольт.

Принцип работы ветрогенератора

Как сделать ветрогенератор своими руками

Основой создания ветрогенератора является грамотно сделанный проект и подготовленный чертёж. Это очень важно, потому что без чёткого представления о том, как должен выглядеть прибор, будет трудно построить его правильно, не нарушив порядок монтажа всех элементов.

Чертежи и схемы

Начинать нужно с составления общего эскиза ветротурбины, пометив ключевые элементы: башню, генератор, деревянное основание, лопасти и ступицу, которая соединяет их вместе. Самостоятельно составленная схема может быть не сильно подробной: в этом нет необходимости. Её следует использовать для общего представления о том, каким будет расположение различных частей ветряного двигателя, и как конструкция будет выглядеть на завершающих этапах.

Схема сборки ветроэлектрического генератора

После подготовки схемы нужно выставить правильные размеры ветрогенератора. Они должны включать в себя высоту, длину и ширину деревянного основания, которое соединяет генератор и хвостовой плавник с башней. Также определить размеры для лопастей из металлических труб или труб из ПВХ, в зависимости от того, какой материал будет использоваться. Отдельные измерения нужны для хвостового плавника: высота, ширина и длина, а также диаметр – для лезвий, которые определяют размер ветровой турбины.

После того как будет готов чертёж и черновой набросок устройства с выставленными размерами, можно переходить к подготовке материалов и инструментов для работы.

Необходимые инструменты и материалы

Для изготовления самодельного ветряка потребуются такие детали:

  • ротор с лопастями;
  • редуктор для регулирования скорости вращения ротора;
  • гелевый или щелочной аккумулятор для питания электроприборов;
  • инвертор для трансформации тока;
  • хвостовая часть;
  • мачта.

Ротор с лопастями можно сделать самостоятельно, тогда как остальные элементы, вероятно, придётся купить или собрать из необходимых деталей. Кроме этого, для сборки самодельного ветряка потребуются такие инструменты и материалы:

  • пила по дереву;
  • ножницы по металлу;
  • горячий клей;
  • паяльник;
  • дрель.

Обязательно нужны винты и болты для соединения лезвий со ступицей и для скрепления металлической трубы с деревом.

Лопасти для ветрогенератора своими руками

Изготавливая лопасти самостоятельно, стоит особое внимание уделить соблюдению заданной чертежом формы изделий. Лопасти могут быть крыльчатого или парусного типа. Второй более прост в изготовлении, но имеет невысокий КПД, что делает его неэффективным в самодельных ветрогенераторах даже средних размеров.

Для изготовления лопастей самодельного ветрогенератора подойдут такие материалы как:

  • пластик;
  • дерево;
  • алюминий;
  • стекловолокно;
  • поливинилхлорид.

Устройство лопастной части ветрогенератора

Если выбирать поливинилхлорид, то для создания лопастей отлично подойдут ПВХ-трубы диаметром от 160 мм. Пластик и дерево — менее износостойкие материалы, которые под воздействием осадков и сильного ветра через несколько лет придут в негодность. Оптимальный вариант — алюминий: он прочный и лёгкий, устойчивый к разрыву и залому, невосприимчивый к влаге и повышенным температурам.

Пошаговая инструкция по изготовлению

Когда все чертежи будут составлены, а материалы и инструменты подготовлены, можно начинать собирать ветрогенератор своими руками, руководствуясь следующим порядком:

  1. Подготовить бетонный фундамент. Глубина ямы и объём бетонной смеси рассчитывается исходя из типа грунта и климатических условий. После заливки фундаменту нужно несколько недель, чтобы набрать нужную прочность. Только после этого можно устанавливать в него мачту на глубину 60-70 см, закрепив её растяжками.
  2. Поместить подготовленные лопасти в трубу, закрепить их с помощью винтов и гаек на втулке, на которую будет установлен двигатель.
  3. Расположить диодный мост рядом с двигателем и закрепите его с помощью саморезов. Подсоединить провод от двигателя к диодному мосту «плюс», а другой провод к отрицательному мосту.
  4. Закрепить вал двигателя, надеть на него втулку и плотно затянуть её против часовой стрелки.
  5. Уравновесить основание трубы с прикреплённым к нему двигателем и валом и отметить точку баланса.
  6. Закрепить основание прибора болтами.

Ветрогенератор может прослужить гораздо дольше, если покрасить не только лопасти, но основание, вал и крышку двигателя. Чтобы включить установку потребуется комплект проводов, зарядное устройство, амперметр и аккумулятор.

Подготовка автомобильного генератора

Для того чтобы сделать ветрогенератор своими руками из автомобильного генератора? потребуется установка силой от 95A с напряжением 12 В. При 125 оборотах в минуту он вырабатывает 15,5 Вт, а при 630 оборотах этот показатель составит 85,7 Вт. Если говорить о нагрузке в 630 об/мин, то вольтметр покажет 31,2 вольт, а амперметр – 13,5 ампер. Таким образом, мощность генератора составит 421,2 Вт. Для достижения этого показателя необходимо использовать неодимовые магниты, которые в 7 раз эффективнее, чем ферритовые.

В начале подготовки автомобильного генератора нужно удалить роторную обмотку магнитного возбуждения и электронные щётки с коллектором. На место кольцевых ферромагнетиков нужно установить неодимовые магниты в количестве 3 штук, размер каждого из них должен составлять 85 х 35 х 15 миллиметров. Недостатком использования мощных магнитов может стать «залипание», затрудняющее движение вала. Для его уменьшения магниты должны размещаться под небольшим углом относительно друг друга.

Перед запуском генератора, его нужно протестировать на токарном станке, раскрутив вал до 950–1000 об/мин. Если устройство работает нормально, отдача будет составлять не менее 200 Вт. В большинстве случаев подойдёт классическая силовая установка с вертикальной осью: она характеризуется низкими оборотами и бесшумностью.

В процессе эксплуатации ветрогенератора рекомендуется периодически проверять надёжность креплений у основания мачты, смазывать подшипники поворотного устройства, проводить балансировку наклона установки. Раз в полгода рекомендуется проверять и менять электроизоляцию, которая нередко повреждается из-за использования в неблагоприятных условиях.

Самодельный ветрогенератор, собранный из автомобильного генератора и простых деталей, способен обеспечить электроэнергией небольшой дом и стать автономным резервным источником питания. Экологически безопасный и нетребовательный в обслуживании, он окупится в течение 2–4 лет в зависимости и прослужит десятки лет.

Типы ветрогенераторов и их функции

Большинство из нас видели ветряные турбины, но знаете ли вы, какие элементы помогают в бесперебойной работе этих турбин?

Один из таких элементов - ветряные генераторы. Прежде чем мы подробно поговорим о генераторах, расскажите нам об их функции в работе ветряных турбин.

Ветряные турбины вырабатывают электроэнергию, используя энергию ветра для привода электрогенератора.

Когда ветер проходит над лопастями, он создает вращающую силу.Вращающиеся лопасти заставляют вращаться вал внутри гондолы, переходящей в редуктор.

Затем коробка передач увеличивает скорость вращения до уровня, подходящего для генератора, который использует магнитные поля для преобразования энергии вращения в электричество.

В основном есть два типа ветряных турбин - турбины с фиксированной скоростью и ветровые турбины с регулируемой скоростью.

Из этих двух типов ветряных турбин наиболее часто используются турбины с фиксированной скоростью, в которых индукционный генератор напрямую подключен к сети.Однако у этой системы есть свои недостатки, потому что она часто не может контролировать сетевое напряжение.

Чтобы избежать недостатков ветряных турбин с фиксированной скоростью, используются ветровые турбины с регулируемой скоростью. Эти турбины обеспечивают стабильность динамического поведения турбины и снижают шум при низких скоростях ветра.

Однако для работы ветряной турбины с регулируемой скоростью необходим электронный преобразователь, и именно здесь играет роль генератор ветряной турбины.

Для оснащения ветряной турбины любым трехфазным генератором, например синхронным генератором и асинхронным генератором, для обеспечения более стабильной работы.

В этой статье мы в основном поговорим о различных типах ветряных генераторов и их функциях.

Какие типы ветряных генераторов?

Существует четыре типа ветряных генераторов (WTG), которые можно рассматривать для различных систем ветряных турбин, а именно:

  1. Генераторы постоянного тока (DC)
  2. Синхронные генераторы переменного тока (AC)
  3. Асинхронные генераторы переменного тока и
  4. Импульсные генераторы сопротивления.

Каждый из этих генераторов может работать с фиксированной или переменной скоростью. Из-за динамического характера энергии ветра идеально использовать WTG с переменной скоростью.

Работа генератора с регулируемой скоростью снижает физическую нагрузку на лопатки турбины и привод, что улучшает аэродинамическую эффективность системы и переходные характеристики крутящего момента.

1. Генератор постоянного тока

Ветрогенератор постоянного тока состоит из ветряной турбины, генератора постоянного тока, инвертора на биполярном транзисторе с изолированным затвором (БТИЗ), трансформатора, контроллера и электросети.

Для генераторов постоянного тока с параллельной обмоткой ток возбуждения увеличивается с увеличением рабочей скорости, тогда как баланс между крутящим моментом привода ветряной турбины определяет фактическую скорость ветровой турбины.

Электричество извлекается через щетки, которые подключают комментатор, который используется для преобразования генерируемой мощности переменного тока в выход постоянного тока.

Эти генераторы требуют регулярного обслуживания и относительно дороги из-за использования коммутаторов и щеток.

Использование WTG постоянного тока необычно для ветряных турбин, за исключением ситуаций с низким энергопотреблением.

2. Синхронный генератор переменного тока

Синхронные ветряные генераторы

переменного тока могут принимать постоянное или постоянное возбуждение от постоянных магнитов или электромагнитов.

Вот почему они оба называются «синхронными генераторами с постоянными магнитами (PMSG)» и «синхронными генераторами с электрическим возбуждением (EESG)» ».

Когда ветряная турбина приводит в движение ротор, трехфазная энергия вырабатывается в обмотках статора, которые подключены к сети через трансформаторы и преобразователи мощности.

В случае синхронных генераторов с фиксированной частотой вращения частота вращения ротора должна быть точно такой же, как и частота вращения синхронного генератора. В противном случае синхронизация будет потеряна.

При использовании синхронных генераторов с фиксированной скоростью возникают случайные колебания скорости ветра и периодические возмущения из-за эффектов затенения башни.

Кроме того, синхронные WTG имеют тенденцию к низкому демпфирующему эффекту, поэтому они не позволяют электрически поглощать переходные процессы трансмиссии.

Когда синхронные WTG интегрированы в электрическую сеть, синхронизация их частоты с сетью требует деликатной операции.

Кроме того, эти генераторы более сложны, дороги и подвержены отказам по сравнению с индукционными генераторами.

В последние десятилетия генераторы PM все чаще используются в ветряных турбинах из-за их высокой плотности мощности и малой массы.

Конструкция генераторов PM относительно проста. Прочные PM устанавливаются на ротор для создания постоянного магнитного поля, а произведенная электроэнергия собирается от статора с помощью коммутатора, контактных колец или щеток.

Иногда для снижения стоимости PM интегрируются в цилиндрический литой алюминиевый ротор. Основной принцип работы генераторов PM аналогичен синхронным генераторам, за исключением того, что генераторы PM могут работать асинхронно.

Одним из преимуществ PMSG является отсутствие коммутатора, контактных колец и щеток, что делает машины прочными, надежными и простыми.

Из-за непостоянства фактических скоростей ветра PMSG не могут производить электричество с фиксированной частотой. Для этого генераторы должны быть подключены к электросети путем выпрямления переменного-постоянного-переменного тока преобразователями мощности.

Это означает, что генерируемая мощность переменного тока, содержащая переменную частоту и величину, сначала выпрямляется в постоянный постоянный ток, а затем преобразуется обратно в мощность переменного тока.

Кроме того, эти машины с постоянными магнитами могут быть полезны для приложений с прямым приводом, поскольку в этом случае они могут избавиться от проблемных редукторов, которые вызывают отказы большинства ветряных турбин.

Одним из возможных вариантов синхронных генераторов является высокотемпературный сверхпроводящий генератор.

Сверхпроводящие генераторы имеют такие компоненты, как задняя часть статора, медная обмотка статора, катушки возбуждения HTS, сердечник ротора, опорная конструкция ротора, система охлаждения ротора и другие.

Сверхпроводящие катушки могут пропускать почти в 10 раз больший ток, чем традиционные медные провода с умеренным сопротивлением и потерями в проводнике.

Кроме того, использование сверхпроводников может остановить все потери мощности в цепи возбуждения. Кроме того, увеличение плотности тока позволяет создавать сильные магнитные поля, что приводит к значительному уменьшению массы и размеров генераторов ветряных турбин.

Таким образом, сверхпроводящие генераторы могут иметь больший потенциал в плане высокой мощности и снижения веса и могут лучше подходить для ветряных турбин мощностью 10 МВт или более.

В 2005 году компания Siemens запустила в производство первый в мире сверхпроводящий ветрогенератор, представляющий собой синхронный генератор мощностью 4 МВт.

Наряду с более высокой мощностью синхронные генераторы могут создавать ряд технических проблем, особенно для долговечных ветряных турбин с низким уровнем обслуживания.

Одной из таких проблем, например, является охлаждение системы и восстановление работы после технической неполадки.

3. Асинхронные генераторы переменного тока

Когда традиционный способ выработки электроэнергии использует синхронные генераторы, современные ветроэнергетические системы используют индукционные машины, широко применяемые в ветряных турбинах.

Индукционные генераторы подразделяются на двух типов : индукционные генераторы с фиксированной скоростью (FSIG), с короткозамкнутыми роторами и индукционные генераторы с двойным питанием (DFIG), с намотанными роторами.

Как правило, индукционные генераторы просты, надежны, недороги и хорошо спроектированы.

Эти генераторы обладают высокой степенью демпфирования и могут поглощать колебания скорости ротора и переходные процессы трансмиссии.

В случае индукционных генераторов с фиксированной частотой вращения статор подключается к сети через трансформатор, а ротор подключается к ветряной турбине через редуктор.

До 1998 года большинство производителей ветряных турбин производили индукционные генераторы с фиксированной скоростью 1.5 МВт и менее.

Эти генераторы обычно работали со скоростью 1500 оборотов в минуту (об / мин) в электросети 50 Гц вместе с трехступенчатой ​​коробкой передач.

Индукционные генераторы с короткозамкнутым ротором (SCIG) могут использоваться в ветряных турбинах с регулируемой скоростью, а также в управляющих синхронных машинах.

В таких случаях, однако, выходное напряжение невозможно контролировать, и требуется внешний источник реактивной мощности.

Это означает, что индукционные генераторы с фиксированной скоростью имеют ограничения, когда дело доходит до работы только в узком диапазоне дискретных скоростей.

Другими недостатками этих генераторов являются габариты машины, низкий КПД, шум и надежность.

В наши дни более 85% установленных ветряных турбин используют DFIG, а самая большая мощность для коммерческих ветряных турбин увеличилась до 5 МВт.

Увеличенная мощность дает несколько преимуществ, в том числе высокий выход энергии, снижение механических нагрузок, колебаний мощности и управляемость реактивной мощности.

Индукционные генераторы также подвержены нестабильности напряжения. Кроме того, эффект демпфирования может привести к потерям мощности в роторе. Нет прямого контроля ни напряжения на клеммах, ни устойчивых токов короткого замыкания.

В этих случаях можно регулировать скорость и крутящий момент DFIG, управляя преобразователем на стороне ротора (RSC).

В подсинхронном режиме преобразователь на стороне ротора работает как инвертор, а преобразователь на стороне сети (GSC) - как выпрямитель.

С другой стороны, в случае суперсинхронной работы RSC работает как выпрямитель, а GSC как инвертор.

4. Ветрогенератор с переключаемым сопротивлением

Генераторы ветряных турбин с регулируемым сопротивлением имеют такие особенности, как прочные ротор и статор. При вращении ротора изменяется сопротивление магнитной цепи, соединяющей статор и ротор. Затем он, в свою очередь, наводит токи в обмотке якоря (статора).

Реактивный ротор изготовлен из многослойных стальных листов и не имеет обмоток электрического поля или постоянных магнитов.

По этой причине генератор сопротивления прост, его легко изготовить и собрать. Еще одна очевидная особенность этих генераторов - их высокая надежность. Это потому, что они могут работать в суровых или высокотемпературных условиях.

Из-за того, что крутящий момент реактивного сопротивления составляет лишь часть электрического крутящего момента, ротор переключаемого генератора реактивного сопротивления обычно больше другого с электрическими возбуждениями для данной скорости крутящего момента.

Когда генераторы сопротивления объединены с функциями прямого привода, машины будут довольно большими и тяжелыми, что сделает их менее полезными в ветроэнергетических установках.

Статья по теме: 10 крупнейших морских ветроэлектростанций в мире

Заключительные слова

Суть в том, что ветряные турбины работают по простому принципу - вместо того, чтобы использовать электричество для выработки ветра, как вентилятор, ветровые турбины используют ветер для производства электроэнергии. Ветер вращает лопасти турбины вокруг ротора, который вращает генератор, вырабатывающий электричество.

Эту механическую мощность можно использовать для определенных задач (например, перекачивания воды), или генератор может преобразовывать эту мощность в электричество.

Ветряные турбины могут быть построены на суше или в море в крупных водоемах, таких как озера и океаны. Правительства многих стран мира финансируют такие проекты. Например, Министерство энергетики США в настоящее время финансирует проекты по развитию морских ветроэнергетических проектов в водных объектах страны.

Статья по теме: Статистика солнечной энергии в США, 2019

С самого начала Сумит был глубоко обеспокоен климатическим кризисом и всегда чувствовал себя обиженным, видя, как вмешательство человека нарушает экологический баланс. Он на 100% считает, что солнечная энергия - это недостающая загадка в нашем энергетическом переходе, и мы должны приложить все усилия, чтобы внедрить это энергетическое решение во всем мире. Если вы хотите опубликовать свои статьи в журнале SolarFeeds, щелкните здесь.

PPT - генераторы постоянного тока презентация PowerPoint | бесплатно скачать

PowerShow.com - ведущий веб-сайт для обмена презентациями / слайд-шоу. Независимо от того, является ли ваше приложение бизнесом, практическими рекомендациями, образованием, медициной, школой, церковью, продажами, маркетингом, онлайн-обучением или просто для развлечения, PowerShow.com - отличный ресурс. И, что лучше всего, большинство его интересных функций бесплатны и просты в использовании.

Вы можете использовать PowerShow.com, чтобы найти и загрузить примеры онлайн-презентаций PowerPoint ppt практически на любую тему, которую вы можете себе представить, чтобы вы могли узнать, как улучшить свои собственные слайды и презентации бесплатно.Или используйте его, чтобы найти и загрузить высококачественные презентации PowerPoint ppt с практическими рекомендациями и иллюстрированными или анимированными слайдами, которые научат вас делать что-то новое, также бесплатно. Или используйте его для загрузки собственных слайдов PowerPoint, чтобы вы могли поделиться ими со своими учителями, классом, студентами, руководителями, сотрудниками, клиентами, потенциальными инвесторами или всем миром. Или используйте его для создания действительно крутых слайд-шоу из фотографий - с двухмерными и трехмерными переходами, анимацией и музыкой на ваш выбор - которыми вы можете поделиться с друзьями в Facebook или в кругах Google+.Это тоже бесплатно!

За небольшую плату вы можете получить лучшую в отрасли конфиденциальность в Интернете или публично продвигать свои презентации и слайд-шоу с высокими рейтингами. Но в остальном это бесплатно. Мы даже преобразуем ваши презентации и слайд-шоу в универсальный формат Flash со всей их оригинальной мультимедийной красотой, включая анимацию, эффекты перехода 2D и 3D, встроенную музыку или другой звук или даже видео, встроенное в слайды. Все бесплатно. Большинство презентаций и слайд-шоу на PowerShow.com доступны для просмотра, многие даже можно загрузить бесплатно. (Вы можете выбрать, разрешить ли людям загружать ваши оригинальные презентации PowerPoint и слайд-шоу из фотографий за плату или бесплатно или вовсе.) Зайдите на PowerShow.com сегодня - БЕСПЛАТНО. Здесь действительно каждый найдет что-то для себя!

презентации бесплатно. Или используйте его, чтобы найти и загрузить высококачественные презентации PowerPoint ppt с практическими рекомендациями и иллюстрированными или анимированными слайдами, которые научат вас делать что-то новое, также бесплатно. Или используйте его для загрузки собственных слайдов PowerPoint, чтобы вы могли поделиться ими со своими учителями, классом, студентами, руководителями, сотрудниками, клиентами, потенциальными инвесторами или всем миром.Или используйте его для создания действительно крутых слайд-шоу из фотографий - с двухмерными и трехмерными переходами, анимацией и музыкой на ваш выбор - которыми вы можете поделиться с друзьями в Facebook или в кругах Google+. Это тоже бесплатно!

За небольшую плату вы можете получить лучшую в отрасли конфиденциальность в Интернете или публично продвигать свои презентации и слайд-шоу с высокими рейтингами. Но в остальном это бесплатно. Мы даже преобразуем ваши презентации и слайд-шоу в универсальный формат Flash со всей их оригинальной мультимедийной красотой, включая анимацию, эффекты перехода 2D и 3D, встроенную музыку или другой звук или даже видео, встроенное в слайды.Все бесплатно. Большинство презентаций и слайд-шоу на PowerShow.com можно бесплатно просматривать, многие даже можно бесплатно загрузить. (Вы можете выбрать, разрешить ли людям загружать ваши оригинальные презентации PowerPoint и слайд-шоу из фотографий за плату или бесплатно или вовсе.) Зайдите на PowerShow.com сегодня - БЕСПЛАТНО. Здесь действительно каждый найдет что-то для себя!

Принцип работы и конструкция генератора постоянного тока

Простейший генератор представляет собой петлю из провода, вращающегося в магнитном поле между полюсами N, и S, , как показано на рис.4.1. Изменяющаяся во времени переменная ЭДС, индуцированная в контуре, заставляет переменный ток течь через контактные кольца и щетки во внешнюю цепь нагрузки. Такая машина представляет собой генератор переменного тока.

Преобразование переменного тока в постоянный выполняется с помощью коммутатора с разъемным кольцом. Коммутатор, показанный на рис. 8.1 a

имеет два медных сегмента 4 , подключенных к концам 1 контура.Сегменты коммутатора закреплены на валу якоря и изолированы друг от друга и от вала. Стационарные щетки 2 и 3 , подключенные к внешней цепи, опираются на коммутатор и скользят по его поверхности.

Когда вал, несущий проволочную петлю и сегменты, начинает вращаться, щетки 2 и 3 попеременно контактируют с каждым сегментом. Щетки зафиксированы в таком положении, что они охватывают промежутки между сегментами в момент, когда ЭДС, индуцированная в контуре, равна нулю.В этом случае, когда якорь вращается, переменная ЭДС, индуцированная в контуре, изменяется синусоидально, если поле однородно, но каждая из щеток контактирует с этим сегментом и, таким образом, с тем концом проводника, который в данный момент имеет под полюсом определенной полярности.

Следовательно, ЭДС на щетках 2 и 3 не меняет знак, и ток течет в одном направлении от щеток 2, через внешнее сопротивление R, и к щетке 3. Но поскольку ЭДС во внешней цепи непостоянна, а изменяется со временем пульсирующим образом, эта волна пульсирующей ЭДС создаст пульсирующий ток.

Если намотать якорь двумя витками проволоки, расположенными под углом 90 относительно друг друга, и соединить концы витков с четырьмя сегментами коммутатора, пульсации ЭДС и тока во внешней цепи станут намного меньше. . При использовании большого количества витков провода вокруг якоря и множества сегментов коммутатора развивается ЭДС, и ток становится плавным и практически постоянным.

На рисунке 8.1b показан вид генератора постоянного тока в разрезе. Стационарный элемент, статор, служит для создания магнитного поля, а вращающийся элемент, ротор, является якорем, предназначенным для создания ЭДС.

Статор, изображенный на рис. 8.2a, состоит из рамы 3, или ярма, полюсов основного поля 1, и коммутирующих (промежуточных) полюсов поля 2. Главный полюс, показанный на рис. 8.2b, представляет собой электромагнит, производящий магнитный поток.Он состоит из сердечника 4, катушки возбуждения 6, и полюсного наконечника 7.

Главный столб крепится к раме 3 болтом 5. Сердечник столба отлит из стали и имеет овальную форму в поперечном сечении. Катушка возбуждения состоит из множества витков изолированного медного провода, намотанного на сердечник. Катушки всех полюсов соединены последовательно, образуя обмотку возбуждения. Ток, протекающий через обмотку, создает магнитный поток. Полюсный башмак закрепляет катушку возбуждения на сердечнике и обеспечивает равномерное распределение магнитного потока под полюсом .Ей придают такую ​​форму, чтобы воздушный зазор между полюсами и якорем был одинаковым по всей длине полюсной дуги. Коммутирующие полюса или межполюсники также несут катушки на своих сердечниках. Между главными полюсами закрепляются межполюсники; их количество может быть равным или равным половине числа основных полюсов. Они установлены на

мощных станков для устранения искрения на щетках. Машины малой мощности обычно не имеют межполюсников.

Рама отлита из стали и служит механическим каркасом * станка. Он поддерживает основные и коммутационные полюса, закрепленные с внутренней стороны, а также несет на своих торцах концевые рамы или концевые рамы с подшипниками, в которых вращается вал машины. Рама изготовлена ​​на литых ножках для установки станка на опоры.

Якорь, показанный на рис. 8.3а, состоит из сердечника 1 , обмотки 2, и коммутатора 3. Сердечник якоря представляет собой цилиндр, состоящий из листов электротехнической листовой стали, изолированных друг от друга с помощью диафрагмы или бумаги для уменьшения потерь на вихревые токи. Стальные листы перфорированы по шаблону и снабжены прорезями для проводов обмотки якоря. Вентиляционные каналы сделаны в сердечнике якоря для охлаждения якоря. Обмотка тщательно изолирована от сердечника и закреплена в пазах немагнитными клиньями. Концевые соединения крепятся к опорным кольцам с помощью ленточной проволоки.Все катушки обмотки, установленные на якорь, соединены последовательно, образуя замкнутую цепь, и припаяны к сегментам коммутатора.

Коммутатор представляет собой цилиндр, состоящий из стержней коммутатора, которые представляют собой клиновидные (ласточкин хвост) отрезки жестко вытянутой меди, изолированные друг от друга и от рукава коммутатора тонкими полосками миканита. Каждая штанга коллектора удерживается на месте путем зажима ее части в форме ласточкина хвоста между V-образными выступами на втулке и кольцом, последнее крепится к втулке болтами с головкой под ключ.

Коммутатор - самая сложная деталь с точки зрения конструкции. Кроме того, в некоторых отношениях это самая важная часть машины постоянного тока. Поверхность коллектора должна быть строго цилиндрической, чтобы избежать раскачивания и искрения на щетках.

Щетки, собирающие ток и передающие его во внешнюю цепь, могут быть из графита, углеграфита и бронза-графита. В высоковольтных машинах используются графитовые щетки с высоким контактным сопротивлением; низковольтные машины работают с бронзово-графитовыми щетками.На рис. 8.3b показан щеткодержатель. Щетка 4 , вставленная в коробку для щеток, прижимается к поверхности коллектора пружинами 5. Каждый щеткодержатель может содержать несколько щеток, соединенных параллельно.

Щеткодержатели имеют отверстия для их крепления на шпильках щеткодержателей, которые, в свою очередь, прикреплены к коромыслу щетки и изолированы от него токопроводящими шайбами ​​и втулками. Количество щеткодержателей обычно равно количеству полюсов. Коромысло устанавливается на торцевом щите малой и средней машины или устанавливается на раму большой машины.Коромысло качения можно поворачивать для изменения положения щеток относительно полюсов.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *