Автоматизация работы 2-х лопастного ветрогенератора. Курсовая приб тема с лопастями. Автоматизация системы управления ветроэнергетической установки

• Название: Автоматизация системы управления ветроэнергетической установки
• Анкор: Автоматизация работы 2-х лопастного ветрогенератора
• Дата: 01.11.2022
• Размер: 2.57 Mb.
• Имя файла: Курсовая приб тема с лопастями.docx
• Тип: Пояснительная записка; #766402
• страница: 4 из 7

1.4. Типы трансмиссий

Ветровые турбины можно подразделить по типу редуктора по:

• 
  Мультипликаторные ветрогенераторы;
  
• 
  Ветровые турбины с прямым приводом.
  
• 
  Мультипликаторные ветряные турбины.
  

В ветротурбине-множителе крутящий момент, создаваемый ротором, передается через умножитель на вал высокоскоростного электрического генератора, вырабатывающего электричество. Множитель - это механическое устройство, которое передает крутящий момент с увеличением скорости вращения (понижающий крутящий момент). В этом случае множитель может быть:

• 
  Зубчатый мультипликатор;
  
• 
  Ременная передача;
  
• 
  Гидравлическая трансмиссия.
  

Зубчатая передача.

Использование зубчатых колес в системе передачи ветровых турбин является наиболее распространенным техническим решением. Коробки передач надежны и имеют длительный срок службы. Обычно они используются в особенно сложных режимах для передачи и преобразования высокой мощности. Основным рабочим элементом в шестерне являются шестерни, которые взаимодействуют друг с другом, передают крутящий момент, передают. Зубчатые колеса являются цилиндрическими (оси входного и выходного валов этой шестерни параллельны) или коническими зубчатыми колесами (оси входного и выходного валов этой шестерни перпендикулярны). Форма зубов может быть цилиндрической, спиральной и стропильной. Передача крутящего момента на передачах может быть выполнена в несколько этапов. Механизмы размещены в закрытом корпусе. Они смазываются жидкими моторными маслами, которые распыляются самой коробкой передач или специальными крыльями из кратера в виде масляного тумана внутри корпуса коробки передач. Охлаждение масла в турбинах малой мощности (от 10 до 100 кВт) обусловлено термическим отводом через стенки корпуса редуктора. В ветряных турбинах средней мощности (от 100 до 500 кВт) редукторы оснащены радиаторами, обеспечивающими принудительное охлаждение масла.

Ременная передача.

Ременная передача - это передача механической энергии через гибкий элемент (ремень) за счет сил трения или сил передачи (зубчатый ремень). Основными рабочими элементами в ременном приводе являются приводной, ведомый шкив и соединительный ремень, который передает крутящий момент. Ременная передача имеет очень плавный ход, сглаживает небольшие пульсации от ротора ветротурбины, бесшумна, имеет относительно невысокую стоимость и неприхотлива в обслуживании (отсутствуют гидравлические системы смазки, кроме подшипниковых узлов, изнашиваемых деталей), это ремень не более чем каждые 3 - 5 лет должны быть заменены. Несмотря на эти преимущества, он не был широко использован в ветряных турбинах из-за низких передаточных чисел с выемкой (от 1: 6 до 1:12, не более) и относительно больших размеров.

Гидравлическая трансмиссия.

В ветродвигателе с гидравлической системой передачи механическая энергия, вырабатываемая ротором ветротурбины, подается непосредственно на гидравлический насос и преобразуется в энергию потока движущейся жидкости в гидравлической системе. Кроме того, эта энергия с помощью гидравлического двигателя преобразуется в механическую энергию привода, которая преобразуется электрическим генератором в электрическую энергию.

Ветровые турбины этого типа могут работать с переменной скоростью, в то время как из-за отсутствия геометрической схемы в передаче мощности между ротором и генератором постоянная скорость генератора должна образовывать сеть, или напряжение источника питания полностью не зависит от скорости вращения ротора. Следовательно, генератор может быть подключен напрямую к сети или потребителям.

Гидравлическая система главного привода может регулировать скорость вращения ротора ветротурбины путем торможения. В этом случае гидростатический главный привод используется в качестве рабочего тормоза и работает в этом режиме, в отличие от механических тормозных систем без повышенного износа. Следовательно, использование систем управления углом установки лопаток в ветряных турбинах исключается при этом типе трансмиссии.

Ветряная турбина с прямым приводом.

В ветряных турбинах с непосредственным приводом механическая энергия, генерируемая ротором ветротурбины, подается непосредственно на вал электрического генератора. Эта схема стала возможной благодаря использованию низкоскоростных электрических синхронных генераторов с постоянными магнитами.

1.5. Варианты систем генерации и преобразования электроэнергии

Технические характеристики ветряных турбин в значительной степени определяются характером их установки (или концепцией), которая сегодня разнообразна во всем мире. В настоящее время ветряные турбины с малой (от 10 до 100 кВт) и средней (от 100 до 500 кВт) мощностями можно подразделить на различные типы генерирующих систем:

• 
  Ветровые турбины на основе асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором;
  
• 
  Ветряные турбины на основе асинхронного генератора двойной мощности;
  
• 
  Ветряные турбины на основе синхронного генератора с обычной системой возбуждения;
  
• 
  Ветровые турбины на основе электрической синхронной генераторной системы для возбуждения от постоянного магнита.
  

В моей работе был выбран ВЭУ на основе синхронной системы генераторов, ввиду того, что скачки ветра, а следственно и скорости ротора, я намерен компенсировать именно разработанной системой поворота лопастей. Однако синхронные генераторные системы в ВЭУ также делятся на два типа.

Каждая из этих схем и их варианты более подробно описаны ниже.



Рис. 3 – ВЭУ на базе синхронного генератора подключаемые напрямую в сеть.

ВЭУ с синхронным генератором, подключаемые через вставку постоянного тока.

В данной схеме (рисунок 9) электрический генератор может работать в широком диапазоне скоростей вращения ротора, что обеспечивает более эффективную работу лопастной системы при изменении скоростей ветра и обеспечивает сглаживание флуктуаций от потока ветра (турбулентности, порывы и пр.), предотвращая их передачу через системы трансмиссии, генерации и преобразования энергии и далее в сеть.

Недостатком этой схемы является снижение общего КПД системы, за счет введения преобразователя частоты, КПД которого составляет около 95%. Кроме этого эта схема является относительно дорогой за счет использования современных выпрямителей на IGBT диодах.



Рис. 4 – ВЭУ на базе синхронного генератора, подключаемые через вставку постоянного тока.

ВЭУ на базе синхронного электрогенератора с системой возбуждения от постоянных магнитов.

Главным достоинством электрогенераторов на постоянных магнитах (рис. 5) является отсутствие необходимости подавать часть энергии на возбуждение, что ведет к увеличению КПД; возможности использования прямоприводных схем трансмиссии, что значительно увеличивает надежность работы ВЭУ в целом. Однако, в технологии электроприводов, электрогенераторы на постоянных магнитах нашли применение лишь в ВЭУ малой мощности (до 100 кВт). В ВЭУ средней (от 100 до 500 кВт) и большой (от 500 кВт и выше) они практически не используются из-за высокой стоимости магнитных материалов (например, неодим железо или экзотические материалы, такие как самарий кобальт) и сложности их сборки. Синхронные генераторы на постоянных магнитах, по сравнению с генераторами с электрическим возбуждением, имеют худшее регулирование, так как выходное напряжение не может контролироваться частотой возбуждающего тока. Поэтому на выходе генератора ставятся преобразователи электрического тока.


Рис. 5 – ВЭУ на базе синхронного генератора.