非同期電気モーターをベースにした風力発電所。スキーム、説明

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非同期電気モーターをベースにした風力発電所。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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安価なエネルギーの問題は多くの人の心を興奮させます。彼らも私を容赦しませんでした。しかし、結局のところ、問題は始まりです。駅の設計と建設における問題は、すぐに発生しました。

ここではそのほんの一部を紹介します: 「どの発電機を使用するか?」、「風速が 2 ～ 25、さらには 30 m / s の範囲の風の強い変化時に出力電圧の安定性をどのように達成するか?」、「風が完全に消えた場合はどうすればよいか?」、

強い嵐やハリケーンのときに風力タービンを降ろす方法は?」、「風はあるがエネルギーが使用されていない場合、または逆にエネルギーが必要であるが風がない場合はどうすればよいか?」、「余剰エネルギーを節約し、より効率的に使用する方法は?」、そして最後に「「風車」のデザインはどれが優れているか?」。

発電機には自動車用発電機と同期電動機の両方が使用されました。しかし、どちらのオプションにも同じ欠点があります。つまり、必要とされる風力タービンのローター速度が高すぎるため、ギアボックスのギア比が増加し、したがって風力翼の寸法が増大することになります。

これにより、周波数の不安定性が大きくなり、出力電圧を確実に安定させることが難しくなり、同期モータを使用する場合には、寸法と重量も大きくなります。

長い調査の結果、かご型ローターを備えた非同期モーターをベースにした発電機が優先されました。

この発電機の利点は実に印象的です。十分に大きな出力を持ちながら、寸法と重量が小さいことです。励起電圧は必要ありません。低速モーターを使用する場合、ローターの出力を減らすことができます。出力周波数は実質的に発電機ローターの回転速度に依存しません。ただし、重大な欠点があります。このジェネレーターは過負荷にならないということです。

かご型ローターを備えた非同期モーターのスイッチをオンにする回路を図 1 に示します。

非同期電動機をベースにした風力発電所

風力タービンの技術的特徴:

風速5m/sでの風力タービン出力.......4000W
5 m / sの風による風力タービンシャフトの回転速度……500 rpm
発電機出力……2000W
発電機出力の電圧 ...... 220 (380) V
出力電圧周波数 ......46...60 Hz

モーターの回転子が回転すると、残留磁界が固定子巻線の 1 つに作用します。この場合、小さな電流が発生し、コンデンサ C3 ～ CXNUMX のいずれかが充電されます。

コンデンサの電圧の位相が90°遅れているという事実により、すでに大きな大きさの磁場が回転子に発生し、次の巻線に作用します。したがって、次のコンデンサはより高い電圧に充電されます。このプロセスは、発電機のローターが飽和状態になるまで続きます (1...1,5 秒)。その後、マシン B2 の電源を入れ、発電機によって生成されたエネルギーを使用できます。さらに、発電機モードでのエンジンの通常動作では、負荷電力は発電機として使用されるエンジンの 80% 以下である必要があります。残りの20％はコンデンサの電圧を維持するために使用されます。発電機を動かし続けます。

この条件を超えると、コンデンサの電圧が消失します。これは、電機子の磁界も消失することを意味し、その結果、機械 B2 の端子の電圧も消失します。そしてそれはほぼ瞬時に起こります。

これには欠点もあれば利点もあります。欠点は、過負荷の原因が取り除かれ、B2ブレーカーがオフになった場合のみ再通電できることです。発電機は再び動作モードに入ります (1 ～ 1,5 秒後)。その後、B2をオンにしてエネルギーを使用できます。利点は、端子の電圧が0,1 ... 0,5秒以内に瞬時に消えるため、発電機が燃えることがほとんど不可能であるという事実です。出力電圧は正弦波形状をしており、さらなる使用に完全に適しています。発電機の出力周波数は 46 ～ 60 Hz で、ほとんどの場合、家庭での使用には十分です。発電機の出力電圧が不安定なため、スタビライザー.

追加のコンデンサについて少し説明します。この表は、設置されたモーター電力のキロワットあたりのコンデンサの静電容量と、負荷のある作業の場合、負荷のキロワットあたりの追加の静電容量を示しています。

たとえば、3kWのモーターがあります。合計電力が約 2 kW の無効負荷 (電気モーター、溶接機など) を接続することが想定されています。同時に、相間は 380 V が必要なので、コンデンサ C1 の静電容量は (3x5) + (2x6) マイクロファラッドになります。 C1 \u2d C3 \u30d C450 なので、容量が630マイクロファラッドのコンデンサが220つ必要になります。必要な静電容量のコンデンサがない場合は、より小さい静電容量のコンデンサを並列接続できます。コンデンサは、電圧が少なくとも 127 V、できれば 45 V の紙または金属紙である必要があります。私自身の経験から、相間電圧 XNUMX V、およびゼロと相 XNUMX V の間で発電機をオンにするのが最善であると言えます。これは、発電機の通常の動作では、位相の不均衡が XNUMX ° を超えてはいけないという事実によるものです。

この場合の配線は図2のようになります。この方式により、発電機を可能な限り降ろすことが可能となる。

非同期電動機をベースにした風力発電所

さらに、白熱照明ランプや一部の加熱装置には直流で電力を供給することをお勧めします。

発電機には低速かご型モーターを使用する必要があります。 360 ～ 720 rpm のモーターが最適ですが、910 rpm のモーターでも十分です。これは、エンジンのパスポートに記載されている速度の約 XNUMX 倍でローターを回転させる必要があることと、ギアボックスのギア比が低下するためです。

風力タービン自体は、あなたの都合の良いスキームに従って作ることができます。以下の構築を提案します。風力タービンは、デアローターとサボニウスローターを組み合わせたもので、若干簡素化され洗練されています。動作原理は図3に示されているので説明は不要でしょう。

非同期電動機をベースにした風力発電所

風力タービン（図 4）は、風力翼 1、サポート 2、および発電機自体 3 で構成されます。サポートは、4 本の張力ケーブル XNUMX で強固にコンクリートで補強されています。サポートは、木材、コンクリート、金属で作ることができます。

非同期電動機をベースにした風力発電所

あなたは電気を伝達するために使用されるサポート、またはパイルを使用することができます。

延長としては、直径6 ... 9 mmのスチールケーブルまたは直径10 ... 12 mmのスチールワイヤーを使用することをお勧めします。

ストレッチマークが付けられた松葉杖も、しっかりと固める必要があります。風力タービンの翼のフレームは直径1インチのパイプから作ることができ、その図面を図5に示します。

非同期電動機をベースにした風力発電所

エルロンは直径 6 mm の鋼棒から作ることができます。直径 2 ～ 2,5 インチの厚肉パイプをドライブシャフトとして使用し、その下端に長さ 300 ～ 400 mm のシャフトを圧入しました。

シャフトの下端にはプーリー用の溝が設けられています。ベアリングは、対応するハウジングを備えたブランド 2000810 の円錐形クランプを使用して球面に取られます。

組み立て後、翼のバランスを取る必要があります。組み立てられた翼は任意の便利な方法でサポートに取り付けられますが、重要なことは、固定が十分な剛性と信頼性があることです。翼を包むのに最適な素材は、厚さ 80 ～ 120 ミクロンのポリエチレンフィルムであることが実験的に判明しました。それは十分に強く、軽くて安く、ブレーキ機構を放棄することができますが、ちなみに、強風で翼が破壊されるため、この装置では受け入れられません。プラスチックのラップでいくつかの層で覆い、ポリプロピレンフィルムを通してはんだごてで継ぎ目をはんだ付けする必要があります。まずははんだ付けの練習をすることをお勧めします。

はんだ付けの継ぎ目は均一で丈夫でなければなりません。もちろん、翼をキャンバス、合板、金属などの他の素材で覆うこともできますが、強風時に翼を降ろすための装置を考える必要があります。翼の質量が増加するため、金属や合板で覆うことはお勧めできません。フレーム自体をジュラルミンで作ることもでき、軽量化が図れますが、この材料はより高価になります。断面50×50 mmの松材スラットで作られた翼もテストされましたが、最初の強風で吹き飛ばされ、結果はあまり良くありませんでした。

発電機シャフトの駆動にはギアボックスが使用されます。ウォームギヤを除くあらゆるシステムの変速機を使用できます。すでに述べたように、発電機のシャフトは約 500 倍の速度で回転する必要があり、風力タービンのシャフトは風速 5 m/s で XNUMX rpm の速度で回転します。

したがって、発電機として使用されるエンジンには制限があります。 360 rpm モーターが最適なオプションですが、720 rpm モーターも使用できます。 910rpmのエンジンを使用する場合、翼の高さを500mm高くする必要があります。回転速度が低下するため、翼の幅を広げることはお勧めできません。また、回転速度が増加すると出力が大幅に減少し、減少の法則は非線形であるため、減少させることもできません。

ギアボックスを選択するときは、次のルールに従う必要があります。風力タービン翼の公称速度については、風速 500 m/s に相当する 5 rpm の値を取得する必要があり、モーターのシャフト速度は 2,3 倍増加し、簡単な計算によって伝達係数が得られます。

ベルト減速機を使用して発電機をサポートに固定するオプションを図 6 に示します。ブラケット自体は XNUMX つのスタッドを使用してサポートに簡単に取り付けることができます。減速機を使用すると、取り付けがはるかに簡単になります。

非同期電動機をベースにした風力発電所

風力タービンのシャフトをあまり長くしすぎると、ねじれてしまう可能性があるため、お勧めしません。風力タービンの設置は、安全ベルトと取り付け爪を使用して、穏やかな天候で実行する必要があります。構造全体を接地する必要があります。接地抵抗は 2 オーム以下である必要があります。足元には、コンデンサC1〜C3、オートマタB1〜B2、ダイオードV1〜V6、電圧安定器、制御マシン、XNUMXつのバッテリー、および穏やかなときに電力を供給するための強力な電圧コンバータを配置する必要があるキャビネットを設置する必要があります。負荷や風速に応じて電源回路を自動制御で切り替えます。

強力な電圧コンバータは、発電機のアイドリング中にバッテリーを充電するだけでなく、風がない場合や発電機の電圧が非常に低い場合にもバッテリーから電力を供給します。風がなくバッテリーが放電した場合、自動制御により標準ネットワークから電力が供給されます。残念ながら、自動制御と強力な電圧コンバータはこの記事の範囲には含まれていません。

発電機と電源キャビネットの接続に使用するケーブルは、コア断面積が 4 mm2 以下の三相ケーブルである必要があります。キャビネットを消費者に接続するために使用されるケーブルは同じであってもかまいません。接地バスの断面積は少なくとも 12 mm2 である必要があります。

注意！電気設備の設置に関するすべての作業は、B1 マシンの電源を切り、コンデンサ C1 ～ C3 を放電した状態で実行する必要があります。

多くの問題はまだ解決できていません。たとえば、未使用のエネルギーを蓄えて、平穏なときに使えるようにするにはどうすればよいでしょうか? 通常の鉛電池やアルカリ電池では最良の結果が得られませんでした。読者の皆さんもこの問題に興味を持っていただければ、解決策はまだ見つかると思います。

この発電機は内燃機関に接続してバラスト発電機として使用できます。しかし、そのようなエンジン用の燃料は依然として購入する必要があり、これはあまり利益がありません。

各相に含まれるコンデンサの静電容量 (電力 1 kW あたりマイクロファラッド単位) を表に示します。

非同期電動機をベースにした風力発電所

作者: V.V. チルカ

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