マイクロ水力発電所の電気設備。スキーム、説明

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マイクロ水力発電所の電気設備。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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水素化装置

水素発電機は、水力タービンによって駆動される発電機です。通常、水力発電機は同期発電機 (図 31) であり、そのローターは水力タービンに (直接または伝動機構を介して) 接続されています。

小水力発電所の電気設備
図31。同期発電機

通常の非同期電気モーターを発電機モードで使用することもできます。つまり、水力タービンからのこの電気モーターの回転によっても電流が生成されますが、非同期モードで使用されます (図 32)。ただし、それらは有効電力の生成装置であり、無効電力の消費者であるという事実により、その使用は制限されます。したがって、非同期発電機は、無効電力源が存在するシステム内でのみ動作できます。無効電力は、負荷と並列に接続されたコンデンサから発生します。または、非同期発電機の動作特性を改善するために、追加のコンデンサが負荷と直列に取り付けられます。ただし、このオプションの効率は同期発電機を使用する場合よりも低くなります。

小水力発電所の電気設備
図32。非同期モーター

水素生成装置の設計は、主にローター軸の位置、回転速度、タービンの種類と出力によって決まります。強力な低速水力発電機は通常、垂直回転軸で製造されますが、バケット水力タービンを備えた高速発電機は水平回転軸で製造されます。

小水力発電所用の水素生成装置の回転速度は 600 ～ 1500 rpm です。速度特性に基づいた発電機の選択は、使用するタービンの種類によって異なります。さらに、水素発生装置の設計および操作上の特徴もあります。低速発電機は耐久性と信頼性が高くなりますが、大型で高価です。

発電機の動作原理

発電機の動作原理は電磁誘導現象に基づいています。エンジン (回転) の機械エネルギーから電気エネルギーへの変換を次の図に示します。

小水力発電所の電気設備

フレームが均一磁場中で均一に回転すると、フレームの回転周波数に等しい周波数の交流起電力が発生します。磁場の中でフレームを回転させても、フレームの周りの磁場を回転させても、フレーム内部の磁場を回転させても、結果は同じであり、調和の法則に従って変化する起電力です。

同期および非同期発電機の特徴的な機能

同期発電機は、固定子磁界の回転周波数が回転子の回転周波数と等しい発電機モードで動作する同期電気機械です。ローターは巻線で構成されています。磁極のある巻線に電圧を加えると磁界が発生し、回転磁界が発生します。この磁場が固定子巻線を横切ると、そこに起電力が発生します。

巻線の種類に応じて、回転子はかご型または位相型になります。補助ステータ巻線によって生成される回転磁界は、ロータ上に磁界を誘導し、ロータとともに回転する磁界が、動作中のステータ巻線に起電力を生成します。

回転子は、発電所の始動時に弱い磁場を生成しますが、速度が増加すると、界磁巻線の起電力も増加します。この巻線からの電圧は自動調整ユニット (AVR) を介してローターに供給され、磁界を変化させることで出力電圧を制御します。たとえば、誘導性負荷が接続されると発電機が消磁されて電圧が低下し、容量性負荷が接続されると発電機がバイアスされて電圧が上昇します。これを「アンカー反応」といいます。出力電圧の安定性を確保するには、AVR ユニット (電圧安定化装置) によって供給される巻線 (同期発電機の場合) の電流を調整してローターの磁界を変化させる必要があります。この調整方法により、水力発電所の負荷電流や水車回転数が変化しても、発電機出力電圧の高い安定性が維持されます。

同期発電機の利点は出力電圧の高い安定性ですが、欠点は電流過負荷の可能性です。負荷が高すぎると、レギュレータがロータ巻線の電流を過剰に増加させる可能性があるためです。同期発電機のもう XNUMX つの欠点はブラシアセンブリの存在であり、遅かれ早かれ修理が必要になりますが、現在この欠点は実質的に解消されています。最新の同期発電機はほとんどがブラシレスであるため、その回転子には整流子とブラシのアセンブリがなく、主固定子巻線および/または追加の固定子巻線によって生成される交流磁界によって (回転子内の) 界磁巻線に電流が誘導されます。

非同期発電機は、制動モードで動作する非同期電気機械であり、その回転子は前方に回転しますが、固定子の磁界と同じ方向に回転します。

非同期発電機では、回転子は永久磁石または電磁石の形で作られます。回転子極の数は XNUMX つ、XNUMX つなどにすることができますが、常に XNUMX の倍数になります。この場合、発電機の回転速度が低いほど、発電機の極数を増やす必要があります。

回転磁場は常に変化せず、調整できません。その結果、発電機出力の電圧と周波数はローターの速度に依存し、その結果、水力タービンの回転の安定性に依存します。

非同期発電機は、メンテナンスが容易で、短絡に対する感度が低く、コストが低いにもかかわらず、次のような多くの欠点があるため、使用されることは非常にまれです。出力電圧と電流周波数が水車の安定運転に依存することなど。

著者: Kartanbaev B.A.、Zhumadilov K.A.、Zazulsky A.A.

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