Як виправити швидкість генератора?

Якщо мені потрібно генерувати потужність із заданою частотою, то мені потрібно переконатися, що ротор генератора обертається із заданою швидкістю (об / хв). Але коли я обертаю його парою чи водою, як я можу контролювати цю швидкість? Мені здається, що механічні сили, які обертають генератор, якимось чином повинні врівноважуватися, щоб досягти цього. Як саме це робиться?

Електрично

Деякі системи роблять це електрично. Генератор або генерує постійний струм, або змінна частота змінного струму випрямляється для отримання постійного струму, а потім інвертор робить потрібну частоту змінного струму. Поширений на більш сучасних невеликих вітрогенераторах.

Механічно

Інші системи механічно управляються, щоб отримати бажану частоту. Використовуваний механізм можна було б назвати губернатором . Більшість простих механічних регуляторів не дуже точні, тому це було б недостатньо добре для пристрою, підключеного до сітки. Можна також зробити більш точні регулятори, які працюють механічно аналогічно параграфу нижче, вони зазвичай використовуються на двигунах внутрішнього згоряння.

З відгуками

Інший підхід, і, мабуть, найбільш поширений - це мати певну форму зворотного зв'язку. Мікроконтролер контролює генерується частоту і регулює механічну систему через деяку форму сервоприводу, щоб отримати потрібну частоту. Наприклад, він міг би відкривати і закривати шлюзи шлюзу для регулювання потоку води через турбіну. Складніша система може регулювати як шлюз шлюзу, так і лопатки турбіни, щоб підтримувати правильну частоту, змінюючи також вихідну потужність.

Сітка синхронна робота

У деяких випадках це може бути зовсім не потрібно. Якщо у вас невелика вітрогенератор, підключена до електромережі поблизу вугільної електростанції, ви можете просто підключити її і забути про неї. Величезні турбіни в електростанції стабілізують частоту електромережі та фіксують швидкість обертання вітрогенератора. Якщо вітер дує сильніше, ви просто отримаєте більше струму і невеликий зсув фактора потужності. Зауважте, що із збільшенням кількості вітрових турбін люди, які працюють на електростанції, будуть отримувати все менше і менше задоволення від цього, тому оператор енергоресурсів врешті заборонить це.

Якщо мені потрібно генерувати потужність із заданою частотою, то мені потрібно переконатися, що ротор генератора обертається із заданою швидкістю (об / хв).

Ні, це не обов'язково правда. Багато вітрогенераторів використовують індукційний генератор з подвійним подачею (DFIG), який може регулювати частоту, керуючи обмоткою ротора: -

Вони можуть перетворювати потужність на одній частоті на іншу частоту, тобто вони можуть виробляти 50/60 Гц, навіть якщо ротор може працювати занадто повільно. Це робиться шляхом впорскування змінного струму в котушки ротора. Система управління, яка сприяє цьому, також може змінювати кут нахилу турбіни як інший засіб збільшення або зменшення механічної швидкості обертання.

Для отримання додаткової інформації, будь ласка, прочитайте цю відповідь EE .

Але коли я обертаю його парою чи водою, як я можу контролювати цю швидкість?

Можуть бути ситуації, коли занадто велика швидкість обертання, і хоча DFIG може впоратися з цим, найкраще використовувати комбінований підхід, такий як контроль кута нахилу, показаний на малюнку вище.

Однак неминучим підсумком є ​​те, що якщо у вас є багате джерело механічної енергії і дуже мало потреби в навантаженні на той момент, вам доведеться від'єднати генератор від електромережі. Якщо у вас немає «сітки», вам доведеться мати резервне джерело живлення, яке може забезпечити низький попит на енергію, а це зазвичай означає дизельний генератор або сонячну енергію через інвертор.

Саме для цього і є губернатор .

Механічна версія - це пристрій, який використовуватиме відцентрову силу чи вентилятор для приведення в дію дросельної заслінки / впуску для уповільнення роботи двигуна, коли швидкість піднімається занадто сильно.

Ви можете зробити його електронним за допомогою датчика обертів оборотів та електронного керування дроселем / впуском.

З мого (обмеженого) досвіду проектування генераторів, ви повинні переглянути декілька факторів:

• Швидкість механічного вводу (турбіна, колесо тощо)

• Потужність механічного вводу

• Вихідна напруга

• Вихідний струм

• Вихідна потужність (що залежить від напруги та струму, але зазвичай ви хочете, щоб це максимізувати, в піковій точці потужності)

У багатьох випадках потрібно підтримувати постійний вихід напруги, який залежить від електричного навантаження; більший струм зробив би падіння виходу.

Під час налаштування ви дбаєте лише про швидкість вала (з будь-якої причини). Це можна зробити двома способами: керувати вхідною потужністю або керувати вихідною потужністю.

Якщо ви знаєте, що ваша механічна потужність завжди буде більше, ніж вихідна потужність, ви можете використовувати регулятор або подібне, що обмежить потужність вала, щоб підтримувати швидкість постійною. Це дозволить керувати вхідною потужністю просто.

Якщо ви не можете гарантувати, що ваш механічний вхід вище, вам потрібно буде якось обмежити вихідну потужність. Я зробив це там, де ми контролювали вихідний струм через регулятор зворотного зв'язку PID, щоб підтримувати швидкість вала на фіксованих значеннях. Але це було в системі постійного струму, де у нас був великий акумулятор, щоб підштовхувати струм під час великих періодів живлення, а також витягувати з нижчих періодів живлення.

Це не так, як це робиться, але це спосіб, як це можна зробити: змінити навантаження, щоб модулювати швидкість.

Ви можете уявити собі (потенційно дуже великий) допоміжний банк навантаження, крім звичайного навантаження, з розміром джерела вхідної потужності, який забезпечить принаймні достатню потужність для нормального навантаження за будь-яких умов. Це не зовсім немислимо для гідроустановок, оскільки голова є звичайним визначальним фактором. Потім, коли навантаження та вхід змінюються, допоміжний банк управляється таким чином, що загальний попит на генератор виробляє механічне навантаження на вхід, який підтримує вихідну частоту в потрібній точці.

І ні, це не серйозна пропозиція, але це можна зробити.