Как я могу исправить скорость генератора?

Если мне нужно вырабатывать энергию на определенной частоте, то мне нужно убедиться, что ротор генератора вращается с определенной скоростью (об / мин). Но когда я вращаю его с паром или водой, как я могу контролировать эту скорость? Мне кажется, что механические силы, которые вращают генератор, каким-то образом должны быть сбалансированы, чтобы достичь этого. Как именно это сделано?

электрически

Некоторые системы делают это электрически. Генератор либо генерирует постоянный ток, либо переменный переменный частот выпрямляется для создания постоянного тока, а затем инвертор производит желаемую частоту переменного тока. Обычный на более современных маленьких ветряных турбинах.

машинально

Другие системы управляются механически, чтобы получить желаемую частоту. Используемый механизм будет называться губернатором . Большинство простых механических регуляторов не очень точны, поэтому этого недостаточно для устройства, подключенного к сети. Также возможно сделать более точные регуляторы, которые работают механически аналогично пункту ниже, они обычно используются в двигателях внутреннего сгорания.

С обратной связью

Другой подход, и, вероятно, самый распространенный, заключается в наличии обратной связи. Микроконтроллер контролирует генерируемую частоту и регулирует механическую систему с помощью сервопривода, чтобы получить правильную частоту. Например, он может открывать и закрывать затвор для шлюза, чтобы регулировать поток воды через турбину. Более сложная система может регулировать как затвор шлюза, так и лопасти турбины, чтобы поддерживать правильную частоту, а также изменять выходную мощность.

Сетка Синхронная операция

В некоторых случаях это может не понадобиться вообще. Если у вас есть небольшая ветряная турбина, подключенная к электросети возле угольной электростанции, вы можете просто подключить ее и забыть об этом. Огромные турбины на электростанции стабилизируют частоту сети и фиксируют скорость вращения ветротурбины. Если ветер дует сильнее, вы получите больше тока и небольшое смещение коэффициента мощности. Обратите внимание, что по мере того, как будет добавляться все больше и больше ветряных турбин, люди, управляющие электростанцией, будут все меньше и меньше довольны этим, поэтому оператор сети в конечном итоге запретит это.

Если мне нужно вырабатывать энергию на определенной частоте, то мне нужно убедиться, что ротор генератора вращается с определенной скоростью (об / мин).

Нет, это не обязательно так. Многие ветрогенераторы используют индукционный генератор с двойной подачей (DFIG), который может регулировать частоту, управляя обмоткой ротора:

Они могут преобразовывать мощность на одной частоте в другую, то есть они могут производить 50/60 Гц, даже если ротор работает слишком медленно. Это делается путем подачи переменного тока в катушки ротора. Система управления, которая обеспечивает это, также может изменять угол наклона турбины в качестве другого средства увеличения или уменьшения скорости механического вращения.

Для получения дополнительной информации, пожалуйста, прочитайте этот ответ EE .

Но когда я вращаю его с паром или водой, как я могу контролировать эту скорость?

Могут быть ситуации, когда скорость вращения слишком велика, и хотя DFIG может справиться с этим, лучше всего использовать комбинированный подход, такой как управление углом наклона, показанное на рисунке выше.

Тем не менее, неизбежный итог заключается в том, что если у вас много источника механической энергии и очень мало нагрузки на данный момент, вам придется отсоединить генератор от сети. Если у вас нет «сети», то у вас должен быть резервный источник, который может обеспечить низкое энергопотребление, и это обычно означает дизельный генератор или солнечную энергию через инвертор.

Вот для чего губернатор .

Механическая версия представляет собой устройство, которое будет использовать центробежную силу или нагнетатель для приведения в действие дросселя / впуска, чтобы замедлить двигатель, когда скорость поднимается слишком сильно.

Вы можете сделать его электронным с помощью датчика оборотов и дроссельной заслонки с электронным управлением.

В моем (ограниченном) опыте проектирования генераторов вы должны учитывать несколько факторов:

• Скорость механического ввода (турбина, колесо и т. Д.)

• Мощность механического ввода

• Выходное напряжение

• Выходной ток

• Выходная мощность (которая зависит от напряжения и тока, но вы обычно хотите максимизировать ее в точке максимальной мощности)

Во многих случаях вы хотите поддерживать постоянное выходное напряжение, которое будет зависеть от электрической нагрузки; более высокий ток приведет к падению выхода.

В вашей настройке вы заботитесь только о скорости вала (по какой бы то ни было причине). Есть два способа сделать это: управлять входной мощностью или управлять выходной мощностью.

Если вы знаете, что ваша механическая мощность всегда будет больше выходной мощности, вы можете использовать регулятор или аналогичный инструмент, который будет ограничивать мощность на валу для поддержания постоянной скорости. Это будет контролировать входную мощность простым способом.

Если вы не можете гарантировать, что ваш механический вход выше, вам нужно каким-то образом ограничить выходную мощность. Я сделал это, когда мы контролировали выходной ток через ПИД-регулятор обратной связи, чтобы поддерживать частоту вращения вала на фиксированных значениях. Но это было в системе постоянного тока, где у нас была большая батарея, в которую можно было проталкивать ток в периоды высокого энергопотребления и использовать в течение меньшего времени.

Это не так, как это делается, но это так, как это можно сделать: варьируйте нагрузку, чтобы модулировать скорость.

Вы можете представить себе (потенциально очень большой) блок вспомогательной нагрузки в дополнение к нормальной нагрузке, с источником входного питания, подобранным таким образом, чтобы он обеспечивал как минимум достаточную мощность для нормальной нагрузки при любых условиях. Это не совсем немыслимо для гидроустановок, поскольку голова является обычным определяющим фактором. Затем, когда нагрузка и вход меняются, вспомогательный банк управляется так, что общая нагрузка на генератор создает механическую нагрузку на входе, которая поддерживает выходную частоту в желаемой точке.

И нет, это не серьезное предложение, но это можно сделать.