Синхронный или асинхронный генератор: Синхронные и асинхронные генераторы главные отличия и преимущества

Содержание

Генераторы синхронные и асинхронные. Чем они отличаются друг от друга и какой стоит приобрести?. Статьи компании «Шпонка плюс

          Рынок электрооборудования предлагает покупателям различные агрегаты по вырабатыванию электрического тока, среди которых генератор синхронный и генератор асинхронный.  Почему они так называются? Потому что любой такой агрегат имеет в своём конструктиве альтернатор. Это одна из основных частей, благодаря, которой и вырабатывается электроэнергия.

Синхронный альтернатор и асинхронный – в чём отличие.

Вариант №1

       Генератор синхронный представляет собой аппарат, в котором установлен синхронный альтернатор. Он преобразует механическую энергию в электрическую с помощью угольных щёток, которые снимают эту электрическую энергию с медной или алюминиевой обмотки ротора. Поэтому синхронный генератор ещё называют щёточный. Именно такой вид альтернатора выдаёт стабильное напряжение при различных нагрузках, например пусковых токах. По статистике продаж в Украине и во всём мире синхронные генераторы продаётся в 97% и только 3% составляют асинхронные генераторы. Статистика наука точная, поэтому для себя можно сразу сделать вывод какой именно Вам генератор нужен для бытового использования.

Вариант №2

      Генератор асинхронный – это агрегат, который имеет более простую конструктивную схему. Его альтернатор не имеет  обмоток и щёток. Принцип действия асинхронного генератора основан на принципе обратимости энергии. Он легче, дешевле, но имеет один существенный недостаток – не способность поддерживать стабильное напряжение. Второе название асинхронных генераторов – бесщёточный.

 

 

Плюсы и минусы каждого из видов генераторов.

         У синхронного генератора величина напряжения и частота поддерживаются с большой точностью.

Ему не страшны перегрузки переходного режима, не страшны избыточные токи, которые возникают при пуске бытовых или промышленных приборов, содержащих электродвигателя. Именно они имеют различные коэффициенты, которые порой превышают номинальное напряжение в 2-4 раза. Это обязательно нужно учитывать при расчёте мощности генератора.

        Минусом такого генератора можно считать его неспособность работать в запылённых и сильно загрязнённых помещениях. В таком случае его обмотки засоряются, начинают греться и щётки быстро выходят из строя. Он также немного тяжелее и дороже своего собрата. Однако, если обмотки статора и ротора медные — способность выдерживать скачки мощности потребителей очень высока.Именно медная обмотка считается наиболее качественной, потому что она не перегревается так сильно как алюминиевая и служит дольше.

 

На этой фотографии крупным планом показана внутренняя составляющая синхронного альтернатора с медной обмоткой статера и ротора.

 

       Асинхронный генератор наоборот, уязвим от перегрузок пусковых токов, и не может поддерживать стабильное напряжение и частоту при включении и выключении приборов с электродвигателями.

 Зато он легко выдерживает кратковременные короткие замыкания и имеет широкий диапазон характеристик электрического тока, который выдаёт.  Для работы некоторого оборудования (например сварочного) это его возможность становится незаменимой.

Такой генератор имеет лучшие свойства по пылезащите, он не имеет щёток, которые нужно периодически менять, он легче и немного дешевле.

 

Давайте почитаем отзыв Виталия из Днепра:

      У меня, как и у многих жителей Украины была постоянная головная боль с отключением электроэнергии. Самая большая проблема — зимой при таком отключении отключался и котёл. Дом остывает и дети начинали замерзать. Пришлось оперативно купить генератор. Но почему то мой итальянский котёл не хотел работать от этого генератора. Стал разбираться — оказалось, что купил я асинхронный генератор, а он не выдают стабильное напряжение и частоту. Итальянцу это не нравилось и он отказывался работать на некачественном электричестве. Этот генератор я вернул и взял синхронный.

Проблема была решена. В доме тепло и все довольны. Будьте внимательны при покупке!

 

Где применяется синхронный генератор, а в каких областях асинхронный?

         У многих покупателей возникает вопрос, какой же генератор (альтернатор) выбрать? Применение синхронного генератора оправдано, если электрические приёмники и приборы предъявляют повышенные требования к стабильности величины напряжения, и, если возможно появление перегрузок в переходном режиме при запуске оборудования.

       Именно синхронный генератор в 98% используется для запитки частного дома, дачи или коттеджа. Только он способен справиться с  пусковыми токами бытовых электроприборов: такими как холодильник, морозильник, насос, кондиционер, пылесос, котёл отопления и др.

       Также именно такой тип генератора необходим при выполнении строительно-монтажных работ в незапылённых помещениях, когда есть необходимость подать электричество для работы электроинструмента – бетономешалки, болгарки, циркулярки, перфоратора, дрели и т.

д.

 

Таблица наиболее популярных в Украине синхронных генераторов

                                                                  Название генератора

  Мощность номинальная/максимальная, кВт

              Стоимость, грн

                                  1,1/1,2

                   3999 

                                   2,5/2,8

                    5249

                                    5,0/5,5

                   13099

                                     2,8/3,0

                      9199

       

    Кроме этого, их стоит приобрести для обеспечения автономной жизнедеятельности поселка, малого предприятия, фермерского хозяйства, когда нет возможности сделать централизованное энергоснабжение. Оправдано его использование и там, где установлено дорогое электрооборудование, так как так он вырабатывает более качественный ток.

 

 

          Асинхронный генератор наоборот, уязвим от перегрузок пусковых токов, и не может поддерживать стабильное напряжение и частоту при включении и выключении приборов с электродвигателями.  Зато он легко выдерживает кратковременные короткие замыкания и имеет широкий диапазон характеристик электрического тока, который выдаёт.  Для работы некоторого оборудования (например сварочного) это его возможность становится незаменимой.

Такой генератор имеет лучшие свойства по пылезащите, он не имеет щёток, которые нужно периодически менять, он легче и немного дешевле.

Где применяется синхронный генератор, а в каких областях асинхронный? 

      У многих покупателей возникает вопрос, какой же генератор (альтернатор) выбрать? Применение синхронного генератора оправдано, если электрические приёмники и приборы предъявляют повышенные требования к стабильности величины напряжения, и, если возможно появление перегрузок в переходном режиме при запуске оборудования.

      Именно синхронный генератор в 97% используется для запитки частного дома, дачи или коттеджа. Только он способен справиться с  пусковыми токами бытовых электроприборов: такими как холодильник, морозильник, насос, кондиционер, пылесос, котёл отопления и др.

       Также именно такой тип генератора необходим при выполнении строительно-монтажных работ в незапылённых помещениях, когда есть необходимость подать электричество для работы электроинструмента – бетономешалки, болгарки, циркулярки, перфоратора, дрели и т.д.

Итак синхронный генератор можно приобрести:

  • для частного дома
  • для дачи
  • для коттеджа
  • для строительства
  • для ремонта

А так же к нему можно смело подключать:

  1. газовый котёл
  2. котёл отопления
  3. кондиционер
  4. холодильник
  5. морозильную камеру
  6. микроволновую печь
  7. пылесос
  8. любые нагревательные приборы
  9. освещение
  10. электроинструмент.

 

 

            Кроме этого, их стоит приобрести для обеспечения автономной жизнедеятельности поселка, малого предприятия, фермерского хозяйства, когда нет возможности сделать централизованное энергоснабжение. Оправдано его использование и там, где установлено дорогое электрооборудование, так как так он вырабатывает более качественный ток.

           В свою очередь применение асинхронного генератора оправдано, если потребитель собирается подключить электросварку. Он обеспечивает стабильную работу электросварочного аппарата и гарантирует более ровный шов без раковин. Кроме этого асинхронный электрогенератор используют на небольшой гидроэлектростанции, ветроэнергетической станции, судовой электроэнергетической установке, а также для освещения помещений, в качестве источника питания обогревательных приборов, оборудования на строительной площадке, где всегда высокая запыленность, и так далее.

 

 

     Если у Вас остались вопросы или Вам нужна профессиональная консультация при выборе электрогенератора обращайтесь в наш интернет гипермаркет «Шпонка плюс» и мы поможем Вам сделать оптимальный выбор.

      Большой выбор генераторов и иного оборудования по выгодным расценкам в каталоге нашего магазина.

синхронный или асинхронный генератор в г. Екатеринбург

Выбор генератора во многом зависит от общей мощности всего подключаемого оборудования и его дальнейших условий эксплуатации.

Поэтому при выборе модели электроустановки необходимо обращать внимание на следующие аспекты:

  1. Качество электрического тока. Синхронные модели обеспечивают более высокое качество генерируемого электротока, при этом выходное напряжение остается в одной и той же амплитуде, что, конечно же, весьма высоко ценится. Но стоит понимать, что в момент запуска некоторой бытовой техники значительно увеличивается кратковременная нагрузка и порой превышает во много раз номинальную мощность. Синхронные установки очень плохо переносят подобные пиковые нагрузки, поэтому требуют более тщательного выбора мощности с учетом необходимого запаса. Асинхронные модели, наоборот, легко переносят кратковременные повышенные перегрузки, но выдают электроэнергию менее высокого качества.
  2. Сфера использования. Даже тот факт, что асинхронные генераторы не могут похвастаться высоким качеством выдаваемой электроэнергии, но это не мешает тому, что они успешно используются в качестве аварийного источника электропитания на дачах, загородных домах, строительных площадках, отлично подходят для подключения разного инструмента. Но если планируется применение оборудования, чувствительного к качеству электроэнергии, то в этом случае возможно подключение исключительно синхронных генераторов.
  3. Цена. Асинхронные модели отличаются более доступной стоимостью по сравнению с синхронными.
  4. Простота обслуживания. Асинхронные генераторы проще в техническом обслуживании, менее чувствительны к короткому замыканию.

Если вам необходим электростанция с высокой стабильностью выходного напряжения, то нужно обращать внимание на модели с синхронным генератором. Отличные электростанции представлены в каталоге компании «МЕТАЛИСТ».

Aсинхронные генераторы | AEM Dessau GmbH

Асинхронные генераторы используются для рекуперации энергии торможения в сеть («полезное торможение»), а также для производства электроэнергии. При этом скорость вращения и коэффициент мощности не зависят друг от друга.

Для производства энергии асинхронному генератору требуется питающая сеть (асинхронный генератор с возбуждением от сети) или параллельно подключенная конденсаторная батарея, работающая в островном режиме (асинхронный генератор с конденсаторным возбуждением или самовозбуждением).

  • Типовые размеры: до 800
  • Класс защиты: до IP 56
  • Класс охлаждения: до IC 86W7
  • Частота оборотов: до 3600 об/мин
  • Классы нагревостойкости: F и H

Дополнительные компоненты:

Для адаптации машин для самых различных сфер применения, а также для обеспечения возможности мониторинга и документации они могут оснащаться следующими дополнительными устройствами: подробнее

Преимущества:

  • высокая степень надежности и продолжительный срок службы
  • экономичность в эксплуатации
  • оптимизация габаритов и частичной мощности в соответствии со спецификациями заказчиков
  • требуют меньших затрат и менее трудоемкого обслуживания по сравнению с классическими синхронными генераторами
  • адаптация к различным сферам применения и техническим условиям заказчиков, в частности, производство таких вариантов, как гидрогенератор, генератор судовой сети и генератор для испытательного полигона
  • возможно простое подключение к имеющейся сети
  • отсутствие проблем с синхронизацией
  • мягкое подключение к сети
  • способность развивать высокий крутящий момент в широком диапазоне частоты вращения
Количество
полюсов
2 4 6 8 10 12 14. ..40
Число
оборотов 1)
3000 1500 1000 750 600 500 429150
Мощность 2)          
от
160 160 132 90 75 40 3510
до 1560 5000 5000 4000 2800 1950 1560. ..35

1) [мин-1], 2) [кВт], AEM низкое напряжение до 1000 вольт

Количество
полюсов
2 4 6 8 10 12 1430
Число
оборотов 1)
3000 1500 1000 750 600 500 429200
Мощность 2)          
от
132 132 110 90 75 50 40. ..10
до 1000 4000 4000 2800 2000 1560 112040

1) [мин-1], 2) [кВт], AEM среднее напряжение от 1000 до 6600 вольт

Количество
полюсов
2 4 6 8 10 12 1420
Число
оборотов 1)
3000 1500 1000 750 600 500 429. ..300
Мощность 2)          
от
132 132 110 90 75 50 40110
до 1000 4000 4000 2800 2000 1560 1120160

1) [мин-1], 2) [кВт], AEM высокое напряжение свыше 6600 вольт

Асинхронные генераторы для локомобильных ТЭЦ — № 01 (28) февраль 2017 года — Тепловая энергетика — WWW.EPRUSSIA.RU

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 01 (28) февраль 2017 года

Продолжая эту тему, рассмотрим проблему использования простого и надежного асинхронного генератора на таких ТЭЦ, что будет верно и для других электростанций данного мощностного класса.

Вопрос о применении асинхронных генераторов, в том числе создаваемых на базе распространенных и весьма надежных промышленных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, был обстоятельно изучен еще в середине прошлого века во Всесоюзном научно-исследовательском институте электрификации сельского хозяйства (ВИЭСХ) и положительно разрешен на ряде электростанций в практических условиях сельской энергетики (А. П. Златковский. Электрооборудование сельских электрических установок. – 2‑е изд., перераб. и доп. – М., 1957). Этот вопрос стал снова актуален в связи с тем, что при высокоточной стабилизации частоты напряжения (50±0,2 Гц в нормальном режиме, как требуется по ГОСТ Р 54149‑2010), в частности, классическим методом может оказаться выгоднее использовать именно асинхронный генератор, а не более сложный и дорогой синхронный.

На рисунке показан фрагмент упрощенной электротепловой схемы включения паропоршневого двигателя ППД, управляемого по сигналам системы автоматического управления ССАУ, из состава локомобильной ТЭЦ для привода асинхронного электрического генератора ЭГ. Поток острого водяного пара ВП1 подается в ППД от соответствующего парового коллектора ТЭЦ. Поток отработавшего в ППД водяного пара ВП2 утилизируется в бойлер (пароводяной теплообменник) для нагрева воды потребителям. Система стабилизации частоты напряжения – классическая: с выпрямителем ВН и инвертором ИН напряжения высокостабильной частоты (см. выше). Опционально в состав данной системы может входить резервная аккумуляторная батарея АБ. Пунктирной линией условно показана байпасная кабельная сеть.

У любого асинхронного электродвигателя, приводимого во вращение от какого‑либо первичного двигателя, при достижении сверхсинхронной (на 5‑10 % выше синхронной) частоты вращения ротора на выходных клеммах обмотки статора появляется небольшое напряжение частотой 50 Гц от остаточного магнетизма. Если к этим клеммам параллельно с нагрузкой подключить трехфазную батарею конденсаторов, то через последние будет проходить реактивный ток, являющийся для асинхронного генератора намагничивающим. Генераторное напряжение на выходных клеммах обмотки статора будет постепенно возрастать, пока не достигнет некоторого предельного своего значения, зависящего от электрических и магнитных характеристик асинхронной машины и величины емкости конденсаторов.

Емкость конденсаторов необходимо выбирать так, чтобы номинальное напряжение и активная мощность асинхронного генератора соответствовали этим параметрам при его работе в качестве электродвигателя. Емкость на единицу мощности генератора зависит от его напряжения, частоты вращения ротора, мощности и коэффициента мощности нагрузки (Г. Н. Алюшин, Н. Д. Торопцев. Асинхронные генераторы повышенной частоты. Основы теории и проектирования. – М., 1974; Н. Д. Торопцев. Асинхронные генераторы автономных систем. – М., 1998). Так, индуктивная нагрузка (к примеру, электродвигатель переменного тока), понижающая коэффициент мощности, вызывает резкое увеличение емкости конденсаторов для асинхронного генератора. Кроме этого, с целью стабилизации генераторного напряжения при постоянной частоте вращения первичного двигателя необходимо с повышением электрической нагрузки, особенно индуктивной, увеличивать и емкость конденсаторов. Кстати, здесь уместно отметить, что весьма перспективным и инновационным методом высокоточного поддержания частоты вращения только поршневых двигателей является метод Дубинина – Шкарупы для реализации явления самостабилизации оборотов вала двигателя без организации обратных связей (С. О. Шкарупа. Использование точечного преобразования для аналитического описания переходного процесса в тепловом двигателе дискретного действия// Динамика сложных систем. – 2010. – № 2. – С. 39‑42).

Стабилизировать напряжение асинхронного генератора при постоянстве частоты вращения ротора и изменении электрической нагрузки возможно следующими самыми простыми способами:

1. К генератору постоянно и параллельно подключают базовые конденсаторы, емкость которых необходима для его возбуждения в режиме холостого хода. Рабочие конденсаторы добавляют также параллельно с помощью трехфазного выключателя при нагрузочном режиме работы генератора. С изменением электрической нагрузки соответственно изменяется и суммарная потребная емкость конденсаторов, а напряжение на выходных клеммах обмотки статора, таким образом, стабилизируется.

2. Как и в первом случае, к выходным клеммам обмотки статора генератора постоянно подключают базовые конденсаторы, емкость которых соответствует режиму холостого хода. Электрическую нагрузку генератора разбивают на несколько групп, включаемых со щита управления отдельными выключателями. Параллельно с нагрузкой на каждую группу включают конденсаторы соответствующей емкости, чтобы компенсировать падение напряжения в генераторе, вызванное подключением данной электрической нагрузки. При включении выключателя одновременно включаются и дополнительные рабочие конденсаторы, а напряжение остается стабильным.

Напряжение асинхронного генератора допустимо регулировать путем изменения частоты вращения первичного двигателя. Оно весьма чувствительно к изменению числа оборотов ротора. Поэтому при чисто активной нагрузке генератора достаточно бывает регулировать частоту вращения первичного двигателя, чтобы напряжение приводимого им асинхронного генератора оставалось стабильным, несмотря на изменение активной нагрузки от холостого хода до максимально допустимой.

Преимущества асинхронного генератора как альтернативы синхронному состоят в том, что базовые асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором являются наиболее надежными электрическими машинами. Они просты по своей конструкции, их могут обслуживать и ремонтировать специалисты средней квалификации. Они дешевле полноценных синхронных генераторов с электронной системой возбуждения, стабилизации напряжения и его частоты. Асинхронный генератор не боится коротких замыканий.

Наряду с отмеченными выше преимуществами асинхронный генератор с конденсаторным возбуждением, работающий в автономном режиме, имеет ряд недостатков. Они заключаются в том, что напряжение его весьма сильно колеблется при изменении электрической нагрузки и частоты вращения ротора. При индуктивной нагрузке потребная емкость конденсаторов резко возрастает. Как правило, по результатам исследований специалистов из ВИЭСХ, асинхронные генераторы можно использовать при работе электростанций, в том числе ТЭЦ, на чисто осветительную нагрузку, допуская лишь небольшую часть (до 25 %) силовой нагрузки. Однако следует учитывать, что современные энергосберегающие (компактные люминесцентные и светодиодные) лампы не являются чисто активной электрической нагрузкой, как лампы накаливания, и имеют некоторую реактивность. Мощность наибольшего электродвигателя, подключаемого к сети с асинхронным генератором, должна составлять не более 10 процентов от мощности самого генератора. Асинхронные генераторы с конденсаторным возбуждением рационально применять при мощностях до 15‑20 кВА. Однако этот предел нельзя рассматривать в качестве окончательного.
Мощность асинхронного генератора зависит от величины его скольжения: чем отрицательное скольжение больше, тем выше и мощность, развиваемая генератором. Отрицательное скольжение увеличивается с повышением частоты вращения ротора.
Асинхронные генераторы, которые возбуждаются от конденсаторов, являются самовозбуждающимися. Однако изложенную выше точку зрения, что причиной их самовозбуждения является остаточный магнетизм (остаточное магнитное поле) ротора, сегодня считают ошибочной. Установлено, что самовозбуждения асинхронных генераторов возможно достичь и без остаточного магнетизма ротора. Особенно этот эффект проявляется при высоких частотах вращения ротора.

Завершая рассмотрение вопросов работы и эксплуатации асинхронных генераторов с конденсаторным возбуждением, необходимо сказать несколько слов о современных конденсаторах. Среди отечественных типов можно отметить следующие: КБГ-МН (бумажные), БГТ (бумажные, термостойкие), МБГЧ (бумажные с металлизированными обкладками).

Перспективными для использования при работе с асинхронными генераторами являются отечественные пленочные конденсаторы типа К78–17 (Н. Д. Торопцев. Электрические машины сельскохозяйственного назначения: научно-практическое издание. – М., 2005).

Их металлизированная полипропиленовая пленка толщиной около 6,8 мкм обладает свойством самовосстановления. Такие конденсаторы предназначены для работы в цепях переменного тока номинальной частотой, равной 50 Гц. Номинальное напряжение – 250 и 450 В. По своему внешнему конструктивному исполнению эти конденсаторы выпускаются в цилиндрических корпусах. Массовые и габаритные показатели у конденсаторов типа К78–17 существенно лучше, чем у конденсаторов традиционных конструкций (см. выше). Например, при рабочем напряжении, равном 250 В, и емкости – 10 мкФ масса конденсатора типа МБГЧ составляет 270 г. При тех же электрических параметрах масса конденсатора типа К78–17 равна 80 г.

Таким образом, при электрической нагрузке локомобильных ТЭЦ, как и любых других электростанций микромощного класса, которая не является очень требовательной к качеству питающего напряжения и его частоты, асинхронные генераторы на базе электродвигателей с короткозамкнутым ротором и простым конденсаторным возбуждением могут стать реальной альтернативой дорогим и сложным по конструкции синхронным генераторам. Речь идет, в первую очередь, об осветительной нагрузке и электродвигателях для привода водяных насосов постоянного напора, ручного электроинструмента, пилорам.

Электростанции дизельные контейнерного типа., Новости


Современные электростанции дизельные контейнерного типа позволяют обеспечить бесперебойную подачу электроэнергии, а установка генератора в контейнер дает дополнительные преимущества.

В зависимости от типа двигателя генераторы разделяют на синхронные и асинхронные. Каждый из этих типов имеет свои плюсы и минусы, с которыми
необходимо разобраться, выбирая дизельную электростанцию.


Синхронный генератор.
Синхронный генератор представляет собой механизм, генерирующий энергию с одинаковой частотой вращения магнитного поля статора и ротора. В результате вращения ротора с магнитными полюсами возникает магнитное поле, которое пересекает обмотку статора и наводит в ней ЭДС (электродвижущую силу).
В синхронном генераторе ротор – это постоянный магнит или электромагнит с количеством полюсов, кратным двум. Старт электростанции сопровождается созданием слабого магнитного поля. Рост оборотов приводит к увеличению ЭДС в обмотке возбуждения. Синхронный генератор кратковременно выдает ток, превышающий номинальный в 3-4 раза. Генераторами такого типа оптимально подключать оборудование с высокими стартовыми токами. Речь идет об электродвигателях, насосах, компрессорах, дисковых пилах и прочем электроинструменте. Сварочные аппараты также желательно подключать, используя электростанцию с синхронным генератором. В большинстве случаев синхронные генераторы встречаются в более дорогих и надежных моделях электростанций как бытового, так и промышленного назначения. Их главным преимуществом считают высокую стабильность напряжения на выходе. Однако недостатки также есть. Во время работы генератор может быть перегружен по току (чрезмерное увеличение тока в обмотке ротора). Наличие щеточного узла также относят к недостаткам, так как со временем потребуется его обслуживание или электромонтаж новой системы щеток.

 

Асинхронный генератор.
Кроме вышеописанных синхронных генераторов электростанции дизельные контейнерного типа могут быть оснащены также асинхронным генератором. Асинхронный двигатель работает в режиме торможения. Направление вращения ротора и магнитного поля статора совпадает, однако ротор вращается с опережением.
Генераторы такого типа малочувствительны к короткому замыканию и хорошо защищены от внешних воздействий. Однако среди покупателей они не особо популярны в связи с некоторыми недостатками. В первую очередь речь идет о ненадежности работы такой электростанции в экстремальных условиях. Устойчивость работы двигателя влияет на напряжение и частоту тока. Кроме того, для работы асинхронного генератора нужны конденсаторы, что объясняется потреблением намагничивающего тока значительной силы. Чаще всего производители устанавливают асинхронные генераторы в модели электростанций с невысокой стоимостью. Сравниваем синхронный и асинхронный генераторы Для того чтобы электростанции дизельные контейнерного типа работали качественно и на протяжении длительного срока, необходимо определиться с выбором типа генератора. А для этого нужно знать основные характеристики синхронных и асинхронных генераторов.

 

 

Синхронный:
1. Применение. Любые омические (телевизор, компьютер, лампа, дрель, плита и т.д.) и индуктивные (электроподъемник, холодильник, режущие станки, различные пилы, водяные насосы, сварочный аппарат) потребители.
2. Реакция на пуск потребителей. Для генераторов с компаундной регулировкой допустимы 3-х кранные пусковые токи, для Duplex-генераторов – 4-х кратные.
3. Допустимая нагрузка. Генератор выдерживает любую, даже 100-процентную нагрузку при условии включения индуктивных потребителей.
4. Регулировка. IP 23 – механическая, IP 54 – электронная.
5. Класс и меры защиты. IP 23 или 54. Защитное разделение. Заземление электростанции или применение FI-защиты не требуется.


Асинхронный:
1. Применение. Омические потребители без каких-либо ограничений. При использовании с индуктивными потребителями есть ряд ограничений.
2. Реакция на пуск потребителей. Тяжелые потребители запускать проблематично, особенно при отсутствии стартового усилителя. Если стартовый усилитель есть, необходимо выбирать более мощный асинхронный генератор в сравнении с синхронным для тех же условий работы.
3. Допустимая нагрузка. Без стартового усилителя генератор выдерживает только 1/3 максимальной нагрузки при включенных индуктивных потребителях. Использование
стартового усилителя увеличивает этот показатель до 2/3.
4. Регулировка. Для работы генераторы применяются конденсаторы, регулировка в большинстве случаев отсутствует.
5. Класс и меры защиты. IP 54. Защитное разделение. Заземление электростанции или применение FI-защиты не требуется.


С учетом достоинств и недостатков большинство специалистов советуют выбирать электростанции дизельные контейнерного типа с синхронным двигателем. Однако для генераторов небольшой мощности или при ограниченном бюджете можно использовать и асинхронный двигатель.

Что лучше: синхронный или асинхронный генератор? | dgu expert

Выбор генератора во многом зависит от общей мощности всего подключаемого оборудования и его дальнейших условий эксплуатации.

Поэтому при выборе модели электроустановки необходимо обращать внимание на следующие аспекты:

  1. Качество электрического тока. Синхронные модели обеспечивают более высокое качество генерируемого электротока, при этом выходное напряжение остается в одной и той же амплитуде, что, конечно же, весьма высоко ценится. Но стоит понимать, что в момент запуска некоторой бытовой техники значительно увеличивается кратковременная нагрузка и порой превышает во много раз номинальную мощность. Синхронные установки очень плохо переносят подобные пиковые нагрузки, поэтому требуют более тщательного выбора мощности с учетом необходимого запаса. Асинхронные модели, наоборот, легко переносят кратковременные повышенные перегрузки, но выдают электроэнергию менее высокого качества.
  2. Сфера использования. Даже тот факт, что асинхронные генераторы не могут похвастаться высоким качеством выдаваемой электроэнергии, но это не мешает тому, что они успешно используются в качестве аварийного источника электропитания на дачах, загородных домах, строительных площадках, отлично подходят для подключения разного инструмента. Но если планируется применение оборудования, чувствительного к качеству электроэнергии, то в этом случае возможно подключение исключительно синхронных генераторов.
  3. Цена. Асинхронные модели отличаются более доступной стоимостью по сравнению с синхронными.
  4. Простота обслуживания. Асинхронные генераторы проще в техническом обслуживании, менее чувствительны к короткому замыканию.

Если вам необходим электростанция с высокой стабильностью выходного напряжения, то нужно обращать внимание на модели с синхронным генератором. Отличные электростанции представлены в каталоге компании «МЕТАЛИСТ».

https://dgu.expert/statii/chto-luchshe-sinhronnyj-ili-asinhronnyj-generator

синхронные и асинхронные – основные различия


Генератор переменного тока (в описаниях на бензиновые и дизельные генераторы часто используется термин «альтерна́тор») — это электрическая машина, которая преобразует механическую энергию в электрическую энергию переменного тока. Большинство генераторов переменного тока используют вращающееся магнитное поле.

Рассмотрим, из чего состоит и как работает генератор переменного тока:
Генератор состоит из катушки, на которую намотана проволока, катушка вращается в магнитном поле. Для того чтоб вращать катушку в магнитном поле – необходимо приложить механическую силу. Наиболее распространенные методы получения электричества, используя
механические силы: гидроэлектростанции, ветрогенераторы, дизельные электрогенераторы, газовые электростанции.
Электрический ток вырабатывается когда силовые линии движущегося магнита пересекают витки проволочной катушки. Электроны перемещаются по направлению к положительному полюсу магнита, а электрический ток течет от положительного полюса к отрицательному. До тех пор, пока силовые линии магнитного поля пересекают катушку (проводник), в проводнике индуцируется электрический ток. Аналогичный принцип работает и при перемещении проволочной рамки относительно магнита, т. е. когда рамка пересекает силовые линии магнитного поля. Индуцированный электрический ток течет таким образом, что его поле отталкивает магнит, когда рамка приближается к нему, и притягивает, когда рамка удаляется. Каждый раз, когда рамка изменяет ориентацию относительно полюсов магнита, электрический ток также изменяет свое направление на противоположное. Все то время, пока источник механической энергии вращает проводник или магнитное поле, генератор будет вырабатывать переменный электрический ток.

Система электрической машины, состоящая из обмотки и сердечника, называется якорем или ротором.
Если генератор должен вырабатывать ток с частотой 50 Гц, то рамка должна совершать 50 оборотов в секунду, что соответствует 3000 оборотов в минуту. Частота тока зависит, таким образом, от частоты вращения ротора и соответствует числу периодов в секунду. Она зависит также от числа полюсов генератора. Электротехнической промышленностью выпускаются в основном синхронные и асинхронные генераторы. Проще всего определить тип генератора по конструкции ротора. Ротор синхронного генератора снабжен токопроводящей обмоткой.
Как отличается синхронный генератор переменного тока от асинхронного?
Генераторы является синхронными, если угловая скорость (число оборотов) вращающегося магнитного поля линейно зависит от угловой скорости (числу оборотов) ротора генератора
Генератор является асинхронными, если в нем присутствует скольжение, то есть, отставание магнитного поля статора от угловой скорости ротора. Из-за конструктивных особенностей построения генераторов, в частности сложности построения синхронных и их громоздкости — асинхронные генераторы получили небольшое распространение.

Общие характеристики синхронных и асинхронных генераторов
1. Синхронные генераторы — менее точны, но, тем не менее, они пригодны для аварийного электропитания офисов, холодильных установок, оборудования загородных домов, дач, строительных объектов. Такие электрогенераторы без проблем справляются с энергоснабжением электроинструментов и электродвигателей с реактивной нагрузкой до 65% от своего номинала.
2. Асинхронные генераторы обеспечивают поддержание напряжения в сети с высокой точностью, поэтому позволяют подключать к ним аппаратуру, чувствительную к перепадам напряжения (например, медицинское оборудование, другие электронные устройства). Подобные генераторы позволяют подключать к ним электроинструменты и электродвигатели с реактивной мощностью до 30% от номинала.

Индукционный генератор

против синхронного генератора

Добро пожаловать в блог Linquip. Сегодня и в этой статье мы проводим сравнение индукционного генератора и синхронного генератора. Как вы, возможно, знаете, машины переменного тока можно разделить на индукционные машины и синхронные машины. И, следовательно, генераторы переменного тока как синхронные генераторы, которые обычно называют генераторами переменного тока и индукционными генераторами или как их называют асинхронными генераторами.

В этой статье мы обсудим каждый из этих генераторов отдельно и сравним их характеристики, чтобы понять, чем они отличаются.Итак, как обычно и во-первых, нам нужно определение каждого из этих генераторов. После того, как мы проясним, что они из себя представляют, нам нужно перейти к следующему разделу, чтобы показать, как они работают. В двух последних разделах мы рассмотрим различия и подробно остановимся на том, чем они отличаются экономически.

Наша команда собрала всю необходимую информацию по этой теме, чтобы избавиться от необходимости читать разноплановый контент на других веб-сайтах. Оставайтесь с нами до конца, чтобы найти ответ на свой вопрос по этой теме.Принципы работы и конструкция синхронных и асинхронных машин существенно различаются. А пока давайте обсудим различия между синхронным генератором и индукционным генератором.

Что такое синхронный генератор?

Синхронный генератор — это генератор переменного тока с той же скоростью ротора, что и вращающееся магнитное поле статора. По конструкции его можно разделить на два типа: вращающийся якорь и вращающееся магнитное поле.Синхронные генераторы — одни из наиболее часто используемых генераторов переменного тока. В современной энергетике он широко используется в гидроэнергетике, тепловой энергетике, атомной энергетике и дизельной энергетике.

Что такое индукционный генератор?

Индукционный генератор — это генератор переменного тока, в котором используется вращающееся магнитное поле с воздушным зазором между статором и ротором для взаимодействия с наведенным током в обмотке ротора. Их обычно называют асинхронными генераторами. Скорость немного выше синхронной скорости.Выходная мощность увеличивается или уменьшается со скоростью скольжения. Он может возбуждаться от электросети или самовозбуждаться от силового конденсатора.

Как работает индукционный генератор?

В предыдущем разделе мы дали вам два простых определения того, что такое индукционный и синхронный генераторы. Далее мы покажем вам, как эти два генератора работают по-разному.

Индукционный генератор вырабатывает электроэнергию, когда его ротор вращается быстрее, чем синхронная скорость.Для типичного четырехполюсного двигателя, у которого есть две пары полюсов на статоре, работающем в электрической сети 60 Гц, синхронная скорость составляет 1800 оборотов в минуту. Тот же четырехполюсный двигатель, работающий в сети 50 Гц, будет иметь синхронную скорость 1500 оборотов в минуту. Двигатель обычно вращается немного медленнее, чем синхронная скорость; Как вы знаете, разница между синхронной и рабочей скоростью называется скольжением и обычно выражается в процентах от синхронной скорости. Например, двигатель, работающий со скоростью 1450 оборотов в минуту и ​​имеющий синхронную скорость 1500 об / мин, работает со скольжением +3.3%.

При нормальной работе двигателя поток статора вращается быстрее, чем вращение ротора. Это заставляет поток статора индуцировать токи ротора, которые создают магнитный поток ротора с магнитной полярностью, противоположной статору. Таким образом, ротор увлекается за потоком статора, а токи в роторе индуцируются с частотой скольжения.

При работе генератора первичный двигатель, такой как турбина или любой другой двигатель, приводит в движение ротор выше синхронной скорости (отрицательное скольжение).Поток статора по-прежнему вызывает токи в роторе, но поскольку поток противоположного ротора теперь разрезает катушки статора, в катушках статора вырабатывается активный ток, и теперь двигатель работает как генератор, отправляя мощность обратно в электрическую сеть.

Как работает синхронный генератор?

Принцип работы синхронного генератора такой же, как и у генератора постоянного тока. Он использует закон электромагнитной индукции Фарадея. Этот закон гласит, что когда поток тока индуцируется внутри проводника в магнитном поле, тогда будет относительное движение между проводником, а также магнитное поле.В синхронном генераторе магнитное поле неподвижно, и проводники будут вращаться. Однако на практике проводники якоря неподвижны, и полевые магниты будут вращаться между ними.

Ротор синхронного генератора может быть механически зафиксирован по направлению к валу, чтобы вращаться с синхронной скоростью под действием некоторой механической силы, которая приводит к сокращению магнитного потока в неподвижных проводниках якоря статора. Из-за этого результата прямой резки магнитным потоком в проводниках якоря будут возникать наведенная ЭДС и протекание тока.Для каждой обмотки будет протекать ток в первом полупериоде, а затем во втором полупериоде с определенной временной задержкой 120 °.

Три основных различия между индукционным генератором и синхронным генератором

Теперь, когда вы знаете, как работают индукционный и синхронный генераторы, давайте более подробно остановимся на различиях между двумя типами генераторов. Далее вы узнаете больше о трех наиболее важных различиях между этими двумя генераторами.

1. В синхронном генераторе форма волны генерируемого напряжения синхронизирована и напрямую соответствует скорости вращения ротора. Частота на выходе может быть задана как f = N * P / 120 Гц. где N — частота вращения ротора в об / мин, а P — количество полюсов.

В случае индукционных генераторов частота выходного напряжения регулируется энергосистемой, к которой подключен индукционный генератор. Если индукционный генератор питает автономную нагрузку, выходная частота будет немного ниже (на 2 или 3%), рассчитанной по формуле f = N * P / 120.

2. В генераторе переменного тока или синхронном генераторе требуется отдельная система возбуждения постоянного тока, в то время как индукционный генератор принимает реактивную мощность от системы питания для возбуждения поля. Если индукционный генератор предназначен для питания автономной нагрузки, необходимо подключить конденсаторную батарею для обеспечения реактивной мощности.

3. Конструкция индукционного генератора менее сложна, так как не требует щеток и контактных колец. Щетки необходимы в синхронном генераторе для подачи постоянного напряжения на ротор для возбуждения.

Экономическое сравнение индукционного генератора и синхронного генератора

Здесь мы подошли к последней части этой статьи. Здесь мы рассмотрим различия между двумя генераторами с точки зрения экономической эффективности.

  • Электростанция, оснащенная асинхронными генераторами, имеет низкие инвестиционные затраты из-за отсутствия системы возбуждения постоянного тока и синхронных устройств. Кроме того, поскольку нет коллекторного кольца, щетки и обмотки возбуждения ротора, затраты на техническое обслуживание и эксплуатацию невысоки.
  • Ротор асинхронного генератора представляет собой обмотку ротора, аналогичную скрытому полюсу и несинхронному генератору. Следовательно, общий КПД выше, чем у синхронного генератора той же мощности и той же скорости. При том же источнике воды асинхронный генератор может генерировать больше энергии.
  • Вышеуказанные экономические преимущества асинхронных генераторов будут частично нивелированы требуемым возбуждением или дополнительной синхронной емкостью или дополнительными конденсаторами асинхронного генератора.
  • Величина возбуждения, необходимого для асинхронного генератора, обратно пропорциональна номинальной скорости двигателя. Чем выше скорость, тем меньше возбуждение от целевого значения.
  • Площадь электростанции с асинхронным генератором меньше, чем у электростанции с синхронным генератором.

Заключение

В этой статье мы постарались предоставить всю существенную информацию о различиях индукционных генераторов исинхронные генераторы. мы привели основное определение того, что такое индукционные и синхронные генераторы, а затем перешли к принципам работы каждого из этих генераторов. В следующих разделах мы провели некоторые сравнения этих двух генераторов, чтобы показать, чем они отличаются. наконец, мы изучили различия между двумя генераторами с точки зрения экономической эффективности.

Если у вас есть опыт использования любого из этих двух генераторов и вы знаете о них больше, мы будем очень рады услышать ваше мнение в комментариях на нашем сайте Linquip.Более того, если у вас есть какие-либо вопросы по этой теме, вы можете зарегистрироваться на нашем сайте и ждать, пока наши специалисты ответят на ваши вопросы. Надеюсь, вам понравилась эта статья.

4. Типы генераторов; синхронный против асинхронного. Что происходит внутри машин?

Существует два основных типа машин переменного тока, используемых для производства электроэнергии; синхронный и асинхронный. Разница между ними начинается с того, как магнитное поле ротора взаимодействует со статором.Оба типа машин могут использоваться в качестве генератора или двигателя.

Синхронная машина

Начнем с описания синхронного генератора. Ротор — это просто магнит на валу. На практике магнит обычно представляет собой электромагнит. Статор состоит из трех витков проволоки, пересекающихся с магнитным полем ротора, равномерно распределенных по окружности на расстоянии 120 o друг от друга. Каждая катушка подает ток для одной фазы сети.По мере того как ротор вращается вокруг каждой катушки, индуцированный ток в каждой катушке повышается и падает в положительном и отрицательном направлениях по мере прохождения северного и южного полюсов ротора. Каждый оборот генерирует один цикл тока. Генерируемая частота напрямую связана со скоростью вращения ротора. Для машины с одним магнитом (двухполюсной) частота 50 Гц генерируется при вращении со скоростью 3000 об / мин. Ротор с четырьмя полюсами генерирует 50 Гц при вращении со скоростью 1500 об / мин.

Следовательно, рабочая скорость вращения синхронной машины по существу постоянна (в небольшом окне).Его скорость привязана к системной частоте. Синхронные машины управляются регулятором. Регулятор контролирует частоту системы и регулирует мощность первичного двигателя машины для корректировки частоты. Это, конечно, зависит от мощности машины и от того, работает ли она с установленной мощностью, при которой можно легко увеличить (или уменьшить).

Когда к валу прикладывается механическая мощность, ротор движется вперед по отношению к вращающемуся полю, создаваемому системными напряжениями на обмотках статора.Машина по-прежнему остается во вращательном синхронизме с напряжениями системы, но ротор теперь опережает систему на угол d . Угол d изменяется в зависимости от подаваемой и генерируемой мощности, где мощность пропорциональна Sin ( d) . Если значение d положительно, машина опережает систему и действует как генератор. Если значение d отрицательное, система тянет машину за собой и действует как двигатель.Если d равно нулю, машина вращается, но передача энергии не происходит. Обратите внимание, что Sin ( d) максимизируется при 90 o . Это предел угла опережения ротора, относящийся к теоретическому максимальному крутящему моменту, который машина способна выдать.

Вот механическая аналогия синхронной машины, которая может помочь. Представьте магнитный момент между ротором и статором как пружину, соединяющую два вращающихся колеса.Первое колесо подключено к источнику движения, то есть к ротору. Второе колесо представляет нагрузку энергосистемы. Поскольку на второе колесо прикладывается некоторая дополнительная нагрузка, угол между колесами начинает увеличиваться по мере того, как пружина растягивается. Через растянутую пружину передается больший крутящий момент, а кинетическая энергия перемещается от напрямую связанной вращающейся массы первого колеса ко второму.

Асинхронная машина

Как и следовало ожидать из названия, основное различие между асинхронными и синхронными машинами заключается в синхронизме ротора.Ротор асинхронного генератора не работает синхронно с напряжениями системы. Асинхронная машина работает «со скольжением». «Скольжение» — это процентная мера того, насколько медленнее или быстрее ротор работает по сравнению с его синхронной скоростью. Когда ротор вращается медленнее, чем синхронная скорость, машина действует как двигатель. Когда ротор вращается быстрее, чем синхронная скорость, машина действует как генератор.

Вот механическая аналогия асинхронной машины, которая может помочь.Представьте себе магнитный момент между ротором и статором как гидравлическую гидравлическую муфту между двумя колесами. Первое колесо подключено к источнику привода, то есть к ротору. Второе колесо представляет собой систему питания. Когда на второе колесо прикладывается некоторая дополнительная нагрузка, гидравлическая муфта проскальзывает больше, но поток кинетической энергии от первого колеса в значительной степени разделяется гидравлической муфтой.

Асинхронные генераторы обычно используются там, где невозможно управление первичным двигателем, обычно это ветряные турбины или речные гидроэлектростанции.Хотя системы управления реализованы для наилучшего использования этих ресурсов, они не могут регулировать выходную мощность в ответ на изменение частоты. (Некоторое увеличение может быть возможно, если генератор намеренно настроен неоптимально, например: для получения меньшего количества энергии ветра, чем потенциально доступно. Это делается для того, чтобы по команде машина могла регулировать настройки и тем самым потреблять и увеличивать количество энергии из источника).

Сводка

Есть два ключевых различия, влияющих на их вклад в стабильность.

  1. Кинетическая энергия ротора синхронной машины тесно связана с энергосистемой и поэтому доступна для немедленного преобразования в мощность. Кинетическая энергия ротора асинхронной машины отделена от системы за счет его проскальзывания и поэтому не может быть легко доступна системе.
  2. Синхронные генераторы
  3. управляются регуляторами, которые контролируют частоту системы и регулируют вход первичного двигателя для корректировки колебаний частоты.Асинхронные генераторы обычно используются в приложениях, где источник энергии не регулируется, например, в ветряных турбинах. Эти генераторы не могут реагировать на изменения частоты, представляющие энергетический дисбаланс системы. Вместо этого они являются причиной энергетического дисбаланса.

Кратковременная стабильность

Кинетическая энергия вращения роторов синхронных машин измеряется в мегаватт-секундах. Синхронные машины обеспечивают стабильность при дисбалансе энергосистемы, поскольку кинетическая энергия их роторов (и первичных двигателей) синхронизирована с сетью через магнитное поле между ротором и статором.Обеспечение этой энергией важно для кратковременной стабильности энергосистемы.

Долгосрочная стабильность

Долгосрочная стабильность обеспечивается регулятором. Эти устройства контролируют частоту системы (напомним, что скорость изменения частоты системы пропорциональна энергетическому дисбалансу) и автоматически регулируют выходную мощность машины, чтобы компенсировать дисбаланс и восстановить стабильность.

Индекс

  1. Введение — Устойчивость электроэнергетической системы
  2. Электрический ток вырабатывается «по запросу».В сети нет накопленного электрического тока
  3. Энергетический баланс, дисбаланс и определение устойчивости сети
  4. Типы генераторов; синхронный против асинхронного. Что происходит внутри машин?
  5. Стабильность частоты и энергетический баланс. Описание взаимодействия между частотой и потоком энергии сети
  6. Контроль первичного двигателя, регуляторов, как это делается и почему это важно
  7. Анализ события пониженной частоты

Типы ветрогенераторов и их функции | АП

Большинство из нас видели ветряные турбины, но знаете ли вы, какие элементы помогают в бесперебойной работе этих турбин?

Один из таких элементов — ветряные генераторы.Прежде чем мы подробно поговорим о генераторах, расскажите нам об их функции в работе ветряных турбин.

Ветровые турбины вырабатывают электроэнергию, используя энергию ветра для привода электрогенератора.

Когда ветер проходит над лопастями, он создает вращающую силу. Вращающиеся лопасти заставляют вращаться вал внутри гондолы, переходящей в редуктор.

Затем коробка передач ускоряет вращение до уровня, подходящего для генератора, который использует магнитные поля для преобразования энергии вращения в электричество.

В основном ветряные турбины бывают двух типов — турбины с фиксированной скоростью и ветровые турбины с регулируемой частотой вращения.

Из этих двух типов ветряных турбин наиболее часто используются турбины с фиксированной частотой вращения, в которых индукционный генератор напрямую подключен к сети. Однако у этой системы есть свои недостатки, потому что она часто не может контролировать сетевое напряжение.

Чтобы избежать недостатков ветряной турбины с фиксированной скоростью, используются ветровые турбины с регулируемой скоростью. Эти турбины обеспечивают стабильность динамического поведения турбины и снижают шум при низких скоростях ветра.

Однако для работы ветряной турбины с регулируемой скоростью необходим электронный преобразователь, и именно здесь играет роль генератор ветряной турбины.

Для оснащения ветряной турбины любым трехфазным генератором, например синхронным генератором и асинхронным генератором, для обеспечения более стабильной работы.

В этой статье мы в основном поговорим о различных типах ветряных генераторов и их функциях.

Какие типы ветряных генераторов?

Существует четыре типа ветряных генераторов (WTG), которые можно рассматривать для различных систем ветряных турбин, а именно:

  1. Генераторы постоянного тока
  2. Синхронные генераторы переменного тока
  3. Асинхронные генераторы переменного тока
  4. и
  5. Импульсные генераторы сопротивления.

Каждый из этих генераторов может работать с фиксированной или переменной скоростью. Из-за динамического характера энергии ветра идеально использовать WTG с переменной скоростью.

Работа генератора с регулируемой частотой вращения снижает физическую нагрузку на лопатки и привод турбины, что улучшает аэродинамическую эффективность системы и переходные характеристики крутящего момента.

1. Генератор постоянного тока

Ветрогенератор постоянного тока состоит из ветряной турбины, генератора постоянного тока, инвертора на биполярном транзисторе с изолированным затвором (IGBT), трансформатора, контроллера и электросети.

Для генераторов постоянного тока с параллельной обмоткой ток возбуждения увеличивается с увеличением рабочей скорости, тогда как баланс между крутящим моментом привода ветряной турбины определяет фактическую скорость ветряной турбины.

Электричество извлекается через щетки, которые подключают комментатор, который используется для преобразования генерируемой мощности переменного тока в выход постоянного тока.

Эти генераторы требуют регулярного обслуживания и относительно дороги из-за использования коммутаторов и щеток.

Использование WTG постоянного тока необычно для ветряных турбин, за исключением ситуаций с низким энергопотреблением.

2. Синхронный генератор переменного тока Синхронные ветряные генераторы

переменного тока могут принимать постоянное или постоянное возбуждение от постоянных магнитов или электромагнитов.

Вот почему они оба называются «синхронными генераторами с постоянными магнитами (PMSG)» и «синхронными генераторами с электрическим возбуждением (EESG)» ».

Когда ветряная турбина приводит в движение ротор, трехфазная энергия вырабатывается в обмотках статора, которые подключены к сети через трансформаторы и преобразователи мощности.

В случае синхронных генераторов с фиксированной частотой вращения частота вращения ротора должна быть точно такой же, как и частота вращения синхронного генератора. В противном случае синхронизация будет потеряна.

При использовании синхронных генераторов с фиксированной частотой вращения случайные колебания скорости ветра и периодические возмущения возникают из-за эффектов затенения башни.

Кроме того, синхронные WTG имеют тенденцию к низкому демпфирующему эффекту, поэтому они не позволяют электрически поглощать переходные процессы трансмиссии.

Когда синхронные WTG интегрированы в электрическую сеть, синхронизация их частоты с сетью требует деликатной операции.

Кроме того, эти генераторы более сложны, дороги и подвержены отказам по сравнению с индукционными генераторами.

В течение последних десятилетий генераторы с постоянными магнитами все чаще использовались в ветряных турбинах из-за их высокой плотности мощности и малой массы.

Конструкция генераторов PM относительно проста. Прочные PM устанавливаются на ротор для создания постоянного магнитного поля, а произведенная электроэнергия собирается от статора с помощью коллектора, контактных колец или щеток.

Иногда PM интегрируются в цилиндрический литой алюминиевый ротор для снижения стоимости. Основной принцип работы генераторов PM аналогичен синхронным генераторам, за исключением того, что генераторы PM могут работать асинхронно.

Одним из преимуществ PMSG является отсутствие коммутатора, контактных колец и щеток, что делает машины прочными, надежными и простыми.

Из-за изменчивости фактических скоростей ветра PMSG не могут производить электричество с фиксированной частотой.Для этого генераторы должны быть подключены к электросети путем выпрямления переменного-постоянного-переменного тока преобразователями мощности.

Это означает, что генерируемая мощность переменного тока, содержащая переменную частоту и величину, сначала выпрямляется в постоянный постоянный ток, а затем преобразуется обратно в мощность переменного тока.

Кроме того, эти машины с постоянными магнитами могут быть полезны для приложений с прямым приводом, поскольку в этом случае они могут избавиться от проблемных редукторов, которые вызывают отказы большинства ветряных турбин.

Одним из возможных вариантов синхронных генераторов является высокотемпературный сверхпроводящий генератор.

Сверхпроводящие генераторы имеют такие компоненты, как задняя часть статора, медная обмотка статора, катушки возбуждения HTS, сердечник ротора, опорная конструкция ротора, система охлаждения ротора и другие.

Сверхпроводящие катушки могут пропускать ток почти в 10 раз больше, чем традиционные медные провода с умеренным сопротивлением и потерями в проводнике.

Кроме того, использование сверхпроводников может остановить все потери мощности в цепи возбуждения. Кроме того, увеличение плотности тока позволяет создавать сильные магнитные поля, что приводит к значительному уменьшению массы и размеров генераторов ветряных турбин.

Таким образом, сверхпроводящие генераторы могут иметь больший потенциал в плане высокой мощности и снижения веса и могут лучше подходить для ветряных турбин мощностью 10 МВт или более.

В 2005 году компания Siemens запустила в производство первый в мире сверхпроводящий ветрогенератор, представляющий собой синхронный генератор мощностью 4 МВт.

Наряду с более высокой мощностью синхронные генераторы могут создавать ряд технических проблем, особенно для долговечных ветряных турбин, не требующих особого обслуживания.

Одной из таких проблем, например, является охлаждение системы и восстановление работы после технической неполадки.

3. Асинхронные генераторы переменного тока

Когда традиционный способ производства электроэнергии использует синхронные генераторы, в современных ветроэнергетических системах используются индукционные машины, широко применяемые в ветряных турбинах.

Индукционные генераторы подразделяются на двух типов : индукционные генераторы с фиксированной скоростью (FSIG), с короткозамкнутыми роторами и индукционные генераторы с двойным питанием (DFIG), с обмотанными роторами.

Как правило, индукционные генераторы просты, надежны, недороги и хорошо спроектированы.

Эти генераторы обладают высокой степенью демпфирования и могут поглощать колебания скорости ротора и переходные процессы трансмиссии.

В случае индукционных генераторов с фиксированной частотой вращения статор подключается к сети через трансформатор, а ротор подключается к ветряной турбине через редуктор.

До 1998 года большинство производителей ветряных турбин производили индукционные генераторы с фиксированной скоростью 1.5 МВт и менее.

Эти генераторы обычно работали со скоростью 1500 оборотов в минуту (об / мин) в энергосистеме с частотой 50 Гц вместе с трехступенчатой ​​коробкой передач.

Индукционные генераторы с короткозамкнутым ротором (SCIG) могут использоваться в ветряных турбинах с регулируемой скоростью, а также в управляющих синхронных машинах.

В таких случаях, однако, выходное напряжение невозможно контролировать, и требуется внешний источник реактивной мощности.

Это означает, что индукционные генераторы с фиксированной скоростью имеют ограничения, когда дело доходит до работы только в узком диапазоне дискретных скоростей.

Другими недостатками этих генераторов являются размер машины, низкий КПД, шум и надежность.

В наши дни более 85% установленных ветряных турбин используют DFIG, а самая большая мощность для коммерческих ветряных турбин увеличилась до 5 МВт.

Увеличенная мощность дает несколько преимуществ, в том числе высокий выход энергии, снижение механических нагрузок, колебаний мощности и управляемость реактивной мощности.

Индукционные генераторы также подвержены нестабильности напряжения.Кроме того, эффект демпфирования может привести к потерям мощности в роторе. Нет прямого контроля ни напряжения на клеммах, ни устойчивых токов короткого замыкания.

В этих случаях можно регулировать скорость и крутящий момент DFIG, управляя преобразователем на стороне ротора (RSC).

В подсинхронном режиме преобразователь на стороне ротора работает как инвертор, а преобразователь на стороне сети (GSC) — как выпрямитель.

С другой стороны, в случае суперсинхронной работы RSC работает как выпрямитель, а GSC как инвертор.

4. Ветрогенератор с переключаемым сопротивлением

Генераторы ветряных турбин с регулируемым сопротивлением имеют такие особенности, как прочные ротор и статор. При вращении ротора изменяется сопротивление магнитной цепи, соединяющей статор и ротор. Затем он, в свою очередь, наводит токи в обмотке якоря (статора).

Реактивный ротор изготовлен из ламинированных стальных листов и не имеет обмоток электрического поля или постоянных магнитов.

По этой причине генератор сопротивления прост, его легко изготовить и собрать. Еще одна очевидная особенность этих генераторов — их высокая надежность. Это потому, что они могут работать в суровых или высокотемпературных условиях.

Из-за того, что реактивный крутящий момент составляет лишь часть электрического крутящего момента, ротор переключаемого реактивного генератора обычно больше, чем другой, с электрическими возбуждениями для данной скорости крутящего момента.

Когда генераторы сопротивления объединены с функциями прямого привода, машины будут довольно большими и тяжелыми, что сделает их менее полезными в ветроэнергетических установках.

Статья по теме: 10 крупнейших оффшорных ветряных электростанций в мире

Заключительные слова

Суть в том, что ветряные турбины работают по простому принципу — вместо того, чтобы использовать электричество для выработки ветра, как вентилятор, ветровые турбины используют ветер для выработки электроэнергии. Ветер вращает лопасти турбины вокруг ротора, который вращает генератор, вырабатывающий электричество.

Эту механическую мощность можно использовать для определенных задач (например, перекачивания воды), или генератор может преобразовывать эту мощность в электричество.

Ветряные турбины могут быть построены на суше или на море в крупных водоемах, таких как озера и океаны. Правительства многих стран мира финансируют такие проекты. Например, Министерство энергетики США в настоящее время финансирует проекты по развитию морских ветроэнергетических проектов в водных объектах страны.

Статья по теме: Статистика солнечной энергии в США, 2019

Heatcatcher | Insights | Системы рекуперации отработанного тепла

Детандер с органическим циклом Ренкина (ORC) преобразует рекуперированную тепловую энергию из низкопотенциального источника отработанного тепла в кинетическую энергию, которая затем преобразуется в электрическую энергию с помощью генератора.Для достижения этой цели в технологии ORC используется множество различных комбинаций технологий детандеров и рабочих жидкостей. В этой статье обсуждаются два различных метода генерации, используемых для преобразования кинетической энергии в электрическую. Основные методы генерации переменного тока, используемые производителями ORC, называются синхронной генерацией и асинхронной генерацией.

Работа и профиль мощности вырабатываемой электроэнергии различаются, и понимание этих различий может помочь в понимании типа выбранной технологии ORC.Большинство генераторов ORC работают по принципу вращающегося вала в центре генератора, называемого ротором. Статический внешний корпус генератора называется статором. Оба типа генераторов основаны на принципе закона электромагнитной индукции Фарадея и работают с вращающимися магнитными полями, но действуют по-разному.

Синхронный генератор

В синхронном генераторе частота выходного напряжения всегда напрямую связана с вращением ротора, поэтому скорость вращения и выходное напряжение синхронизируются.Базовый трехфазный синхронный генератор состоит из якоря на статоре с тремя обмотками и смещением 120 O друг относительно друга. Эти три обмотки генерируют трехфазный переменный электрический выход, подключенный к нагрузке. Ротор может быть оснащен либо постоянным магнитом (генераторами) (синхронный генератор на постоянных магнитах), либо обмоткой (ями), подключенной к постоянному току, называемому током возбуждения, чтобы обеспечить постоянное магнитное поле вокруг ротора (синхронный генератор с использованием электромагнитов).

Отношение между скоростью ротора и выходной частотой будет определяться количеством полюсов в двигателе. Число полюсов — четное число, минимум 2. Полюса представляют собой северный и южный полюса магнита. В двухполюсном генераторе есть один северный и один южный полюсы. В 4-полюсном генераторе есть 2 северных и 2 южных полюса, в 6-полюсном генераторе 3 северных и 3 южных эффективных магнитных полюса.

Частота выходного напряжения рассчитывается по следующей методике:

Где:

— частота напряжения (1 / с)

об / мин — это число оборотов ротора

в минуту.

P — количество полюсов

Деление на 120 связано с присутствием в уравнении числа оборотов в минуту (1/60 с) и тем, что северный и южный магнитные полюса, проходящие через обмотку, создают полный цикл на выходе напряжения.См. Рисунок 1 для внутренней структуры синхронного генератора и выходного напряжения, использующего электромагнит в качестве ротора для создания вращающегося магнитного поля.

Рисунок 1 : Внутренняя структура синхронного генератора и выходное напряжение

Если в генераторе используются постоянные магниты, электрическое соединение с ротором не требуется. Однако конструкция постоянного магнита вызывает трудности во время сборки генератора, и очень мало что можно сделать для регулирования выходного напряжения и тока из-за постоянной силы магнитного поля.Если в двигателе используются электромагниты для генерации магнитного поля, на обмотку ротора должен подаваться постоянный ток, и в этом соединении используются электрические коммутаторы и контактные кольца. Эти детали изнашиваются по прошествии определенного времени работы и требуют замены. Постоянный ток можно регулировать, и, следовательно, можно изменить силу магнитного поля вокруг ротора, чтобы повлиять на выходное напряжение.

Из-за индуктивного характера обмоток генератора генератор заставляет ток отставать от напряжения, поглощая реактивную мощность из сети и создавая запаздывающий коэффициент мощности, это происходит, когда нагрузка, которую он питает, является индуктивной (электродвигатель).Коэффициент мощности (cos) рассчитывается из угла () разности фаз между током и напряжением в системе переменного тока.

Когда коэффициент мощности переменного напряжения равен 1, ток и напряжение находятся в одной фазе, и вся генерируемая мощность может использоваться нагрузкой для выполнения полезной работы. Когда коэффициент мощности меньше единицы, существует разность фаз между током и напряжением, и не вся генерируемая мощность может выполнять полезную работу в нагрузке, теряя генерируемую мощность.

Использование конденсаторов может улучшить выходной коэффициент мощности генератора. Конденсаторы заставляют ток опережать напряжение в силовой цепи переменного тока, обеспечивая ведущий коэффициент мощности, «снабжающий» генератор реактивной мощностью. Это качество может компенсировать индуктивный характер генератора, приближая коэффициент мощности в цепи переменного тока к 1.

Синхронный характер этого генератора означает, что вращение первичного двигателя, обеспечивающего кинетическую энергию (и, следовательно, выходное напряжение), должно быть строго синхронизировано с местной электрической сетью перед подключением, чтобы избежать нарушения местной системы распределения электроэнергии, и чтобы избежать повреждения генератора.Это может потребовать применения сложного метода управления вращением первичного двигателя и изолятора подключения к сети.

Другой способ преодолеть сложности с синхронизацией — преобразовать выход переменного тока в мощность постоянного тока, а затем преобразовать мощность постоянного тока в электрический выход переменного тока частотой 50 Гц 400 В, который соответствует сетевому сигналу. Это достигается с помощью твердотельных силовых электронных полупроводниковых компонентов, таких как полевые МОП-транзисторы и тиристоры. Также может потребоваться фильтрация выходного напряжения.Отсоединяя частоту сети от генерируемой частоты, первичный двигатель может вращаться с любой скоростью, пока он генерирует электрическую мощность. Это решение не только обеспечивает идеальное согласование с сетью, но и может создавать выход с коэффициентом мощности, близким к 1. Недостатком использования силовой электроники является стоимость и потери преобразования из-за преобразования AC-DC-AC.

Асинхронные генераторы

Асинхронные генераторы или индукционные генераторы

не имеют постоянных магнитов или электромагнитов с питанием от постоянного тока, они обычно используют медный «ротор с короткозамкнутым ротором».Без дополнительных модификаций эти генераторы необходимо подключить к действующей энергосистеме переменного тока для выработки электроэнергии, без подключения генератор не будет иметь выходной мощности, даже если он будет вращаться.

Ток от системы питания используется для возбуждения обмоток якоря, создавая вращающееся магнитное поле. Это вращающееся поле взаимодействует с ротором, генерируя ток в беличьей клетке, который затем создает собственное магнитное поле и взаимодействует с вращающимся полем якоря.Для возникновения генерации ротор необходимо заставить вращаться с немного большей скоростью, чем синхронная скорость. Если бы ротор вращался с той же частотой, что и вращающееся магнитное поле, в роторе не было бы индуцированного тока, не генерировалось бы магнитного поля и не производилось бы электричества. Когда генератор работает, частота сети «отстает» от вращения ротора, и между ротором и вращающимся магнитным полем вокруг якоря генератора возникает «проскальзывание».

Рисунок 2 : Внутренняя структура асинхронного (индукционного) генератора

Если большее усилие приложено к ротору, крутящий момент увеличивается, и в якоре генерируется больше тока, при меньшем усилии генерируется меньший ток. Это приводит к тому, что вращение ротора имеет форму саморегулирования, оно может изменяться в определенном диапазоне и не требует строгого контроля.Это упрощает подключение асинхронного генератора к локальной сети, и, поскольку первичный двигатель был разработан для работы с определенным диапазоном оборотов и крутящим моментом, нет необходимости в синхронизирующей силовой электронике или механическом управлении валом. Контактные кольца и коммутаторы также не нужны, так как нет необходимости подавать питание постоянного тока на ротор, что снижает затраты на производство и обслуживание.

Основным недостатком индукционных генераторов является низкий коэффициент мощности из-за того, что машина забирает реактивную мощность из сети.Это можно улучшить с помощью конденсаторных батарей, но это увеличит стоимость.

Сводка

Таким образом, оба типа генераторов имеют преимущества и недостатки. Производители ORC выбирают технологию генератора, дополняющую технологию, которая используется для обеспечения кинетической энергии от источника тепла, а затем оснащают генератор соответствующим решением, чтобы убедиться, что генератор соответствует общим электротехническим нормам.Некоторым предприятиям может потребоваться рассмотреть дополнительные технологии, чтобы обеспечить бесшовную интеграцию системы рекуперации отработанного тепла. При тщательном финансовом учете и правильных инженерных решениях оба решения могут обеспечить электроэнергию хорошего качества для местных нагрузок.

Использование синхронного генератора в сочетании с автоматизированной силовой электроникой может упростить подключение и обеспечить очень хороший коэффициент мощности, а также позволяет первичному двигателю обеспечивать переменную скорость вращения.

Асинхронный генератор в сочетании с конденсаторной батареей также может обеспечить хорошие результаты без сложных переключающих устройств или силовой электроники, но первичный двигатель должен обеспечивать вращательное движение с довольно узким диапазоном скорости и крутящего момента.

Â

Источники:

Интеграция альтернативных источников энергии, Феликс а. Фарретт, М. Годой Симонес, IEEE Press, John Wiley & Sons 2006

Силовая электроника для возобновляемых и распределенных энергетических систем, Судибта Чакраборти, Марсело Симонес, Уильям Э. Крамер, Springer, Лондон, 2013 г.

http://ethw.org/Power_electronics

http://www.ee.lamar.edu/gleb/power/Lecture%2007%20-%20Synchronous%20machines.pdf

Рис. 1. Изображение синхронного генератора: http://www.alternative-energy-tutorials.com/wind-energy/synchronous-generator.html

Рисунок 2, Изображение индукционного генератора: http://www.alternative-energy-tutorials.com/wind-energy/induction-generator.html

Изображение генератора впереди: http://www.highspeedgenerator.com

Назад к аналитике

Асинхронный генератор — Энергетические системы

4.4.1 Строительство и недвижимость

Асинхронные или асинхронные машины, работающие как двигатели, являются наиболее широко используемыми электромеханическими преобразователями. В асинхронной машине статор идентичен статору синхронных машин, показанных на рисунке 4.3, в котором трехфазные токи, подаваемые на статор, создают вращающееся магнитное поле (RMF). Ротор, однако, кардинально отличается, и у него нет ни внешнего источника намагничивания, ни постоянных магнитов. Вместо этого переменные токи вводятся в ротор из статора через индукцию или действие трансформатора — отсюда и полезная параллель с работой трансформатора.Именно взаимодействие между этими индуцированными токами ротора и RMF статора приводит к созданию крутящего момента.

В своей наиболее распространенной форме ротор состоит из осевых проводников, закороченных на концах круглыми кольцами для образования короткозамкнутой или простой клетки, как показано на рис. 4.12. Хотя для целей возобновляемых источников энергии есть интерес к режиму генерации, сначала легче понять работу асинхронной машины с точки зрения двигателя.

По мере движения статора RMF в точке os (задается уравнением (4.4)) мимо неподвижных проводников ротора трехфазные электродвижущие силы (ЭДС) индуцируются в пространственно смещенных проводниках ротора за счет действия режущего потока. Результирующие токи ротора, согласно закону Ленца [1], имеют такую ​​величину и направление, чтобы создать крутящий момент, ускоряющий ротор. Если бы ротор достиг скорости os, не было бы никаких изменений в потокосцеплении, индуцированном напряжении, токе в проводниках ротора и, следовательно, крутящем моменте. Для индуцирования ЭДС в проводниках ротора они должны обладать некоторой относительной скоростью по отношению к RMF статора.Поэтому при движении в автомобиле ротор вращается с меньшей скоростью (

Можно показать, что токи ротора создают RMF, скорость которого зависит от частоты этих токов. Для взаимодействия с постоянным крутящим моментом ротор RMF должен вращаться синхронно с RMF статора, как в случае синхронной машины. Как этого добиться, если ротор вращается с меньшей скоростью, чем os?

Рисунок 4.12 Асинхронная машина с сепаратором ротора (1 — вал; 2 — ротор с сепаратором; 3 — трехфазная обмотка статора; 4 — клеммная коробка; 5 — стальной сердечник статора; 6 — вентилятор охлаждения; 7 — корпус двигателя. ).(Воспроизведено с разрешения Asea Brown Boveri Ltd)

Разница между cos и cot выражается как отношение к cos и называется смещением s, где s = (4,15)

Следовательно,

Относительное движение между RMF статора и ротора определяет, как часто RMF статора разрезает вращающиеся проводники ротора, поэтому частота индуцированных напряжений и токов ротора fr равна f = sf (4.17)

где f — частота сети. Частота токов ротора определяет скорость ротора RMF относительно ротора:

(вкл = 2н фр / п = 2н сф / п = срнс (4.18)

Скорость ротора RMF относительно неподвижного статора равна скорости ротора плюс скорость ротора RMF относительно ротора:

(+ (= (1 — s) (s + s 0) s = 0) с

Можно сделать вывод, что RMF ротора и статора вращаются вместе с синхронной скоростью, необходимой для развития равномерного крутящего момента, как в синхронной машине. Однако, в отличие от синхронной машины, RMF ротора создается за счет индукции от статора. Чем больше прилагаемый тормозной момент, тем выше скольжение, тем больше индуцированные ЭДС и результирующие токи ротора, а также тем сильнее взаимодействие между двумя RMF для создания электрического крутящего момента, равного тормозному моменту и противоположного ему.Следовательно, асинхронный двигатель демонстрирует небольшое снижение скорости с увеличением тормозного момента.

Можно представить себе идеальную индукционную машину, работающую при нулевом скольжении. Это эквивалентно состоянию холостого хода синхронной машины с фиксированной скоростью. Однако существенное отличие асинхронной машины состоит в том, что приводной или генерирующий крутящий момент будет сопровождаться уменьшением или увеличением скорости ниже или выше синхронной соответственно. Для генерации уравнение (4.16) теперь дает отрицательное скольжение.Асинхронная машина будет плавно переходить из двигателя в режим генерации, когда внешний крутящий момент изменится с замедляющего на ускоряющий. Действительно, в небольших ветряных турбинах очень часто можно обнаружить, что индукционный генератор изначально был спроектирован как двигатель, а затем использовался в качестве генератора без каких-либо модификаций.

Рабочий пример 4.2

Шестиполюсный асинхронный двигатель 50 Гц работает со скольжением 4% при определенной нагрузке. Рассчитайте синхронную скорость, скорость ротора, частоту токов ротора, скорость RMF ротора по отношению к ротору и скорость RMF ротора по отношению к статору.

Типовой ответ

Синхронная скорость из уравнения (4.4) равна Ns = f / p = 50/3 об / с = 50 x 60/3 = 1000 об / мин

Скорость ротора по уравнению (4.16) составляет (1 — с) Ns = (1 — 0,04) x 1000 = 960 об / с. Частота токов ротора составляет: fr = sf = 0,04 x 50 = 2 Гц. ротор RMF по отношению к ротору:

Скорость вращения ротора RMF относительно статора:

(т.е. RMF ротора и статора вращаются вместе)

4.4.2 Эквивалентная схема индукционной машины

Индукционную машину можно рассматривать как трансформатор с вращающейся вторичной обмоткой. Представьте себе индукционную машину с механически заблокированным ротором, то есть в состоянии покоя. Статор RMF будет вращаться на cos по отношению к ротору и индуцировать в каждой фазе напряжение E2 на частоте f сети. Ток, протекающий в каждой фазе, будет h = -E- = -E (4.19)

.

, где R2 и L2 — эффективное пофазное сопротивление и индуктивность обмотки ротора, а X2 — реактивное сопротивление ротора на частоте сети.В состоянии покоя скольжение s = 1, а напряжения и токи ротора соответствуют частоте статора f. При любой другой скорости ротора скольжение составляет с,

Рисунок 4.13 Эквивалентная схема ротора асинхронной машины

R1 X1 Воздушный зазор

Идеальный трансформатор Рисунок 4.14. Индуцированное напряжение схемы замещения статора и ротора асинхронной машины sE2. частота ротора sf и реактивное сопротивление ротора sX2. Для тока ротора при скольжении s можно записать более общее выражение:

R2 + jsX2 (R2 / s) + jX2 R2 + R2 [(1 — s) ls] + jX2

Уравнение (4.20) дает рациональное решение для эквивалентной схемы, показанной на рисунке 4.13. Эта схема напоминает схему вторичной обмотки трансформатора (рисунок 4.10), но с переменной резистивной нагрузкой, подключенной к ее выходу. Принцип сохранения энергии указывает на то, что электрическая мощность, передаваемая ротору, является реальной частью E21 *. Мощность безвозвратно теряется в омическом сопротивлении ротора R2 / | а остаток, т. е. / | R2 [(1 — s) / s], должно быть и действительно является электрической мощностью, преобразованной в механическую.

Аналогия схемы замещения трансформатора расширена на рис. 4.14, чтобы включить параметры статора. Здесь R1 и X1 представляют сопротивление и индуктивность обмотки статора, а Xm представляет собой намагничивающее реактивное сопротивление, потребляющее ток, необходимый для установления RMF. Пунктирная линия соответствует границе воздушного зазора, через которую энергия передается от статора к ротору.

При дальнейшем упрощении идеальный трансформатор может быть исключен путем переключения элементов с вторичной обмотки на первичную с использованием коэффициента трансформации.На рисунке 4.15 Rs и Xs — сопротивление обмотки статора и реактивное сопротивление соответственно. Элементы Rr и Xr представляют сопротивление ротора и реактивное сопротивление соответственно относительно статора с использованием коэффициента трансформации ротор-статор. Произведение Rr [(1 — s) / s] / s2 = Rem представляет собой электрическую мощность на фазу, преобразованную в механическую мощность. Эта эквивалентная схема сообщает нам, что, когда ротор заблокирован, s = 1, Rr [(1 — s) / s] = 0, поэтому весь входной поток ротора преобразуется в тепло в Rr. Когда s <1, энергия в роторе частично преобразуется в тепло в сопротивлениях обмоток, а частично в механическую форму.

Rs разрыв

руб. JXr

Рисунок 4.15 Эквивалентная схема асинхронной машины относительно статора

При генерации индукционной машины скольжение отрицательное, и условное сопротивление Rr [(1 — с) / с] также отрицательно. Это прекрасно согласуется с анализом схем. Положительный RI2 означает необратимое преобразование электрической энергии в тепловую. Отрицательный RI2 подразумевает преобразование некоторого другого вида энергии (в данном случае механической) в электрическую.

I r Независимо от того, работает ли машина двигателем или генерирует сеть, к которой она подключена, подает реактивные вольтамперы, поглощаемые всеми индуктивными компонентами эквивалентной схемы. Это должно быть так, так как только положительная или отрицательная реальная мощность связана с преобразованием механической / электрической энергии в сопротивление Rr (1 — s) / s. Следствием этого является то, что индукционные генераторы всегда поглощают реактивную мощность из сети.

4.4.3 КПД индукционной машины

Если общая входная электрическая мощность на фазу, подаваемую в статор, равна Ps, мощность, проходящая через воздушный зазор двигателя i.е. мощность на фазу, передаваемая от статора к ротору, равна Pr = Ps — RsIs2. Весь Pr рассеивается в {Rr + Rr [(1 — s) / s]} = Rr / s, поэтому Pr = (Rj s) Ir2. Следовательно, потери в меди в роторе составляют:

Вычитание потерь в меди в роторе из Pr дает среднюю механическую мощность на фазу Pm = Pr — Rr Ir2, которая путем подстановки из уравнения (4.21) дает

Развиваемый крутящий момент Qm двигателя равен его общей механической мощности 3Pm, деленной на скорость вала двигателя ®r. Следовательно,

Подставляя уравнения (4.(4,26)

Уравнения (4.25) и (4.26) показывают, что для высокой эффективности преобразования s при полной нагрузке должно быть как можно меньше.

Реальные индукционные генераторы имеют потери, которые не были учтены в этом упрощенном анализе. Механическая мощность, доступная для производства электричества, уменьшается из-за ветра и других механических потерь на трение внутри генератора. Кроме того, электрические и магнитные потери в роторе уменьшают мощность, передаваемую от ротора через воздушный зазор к статору.Наконец, в статоре больше потерь, связанных с сопротивлением обмотки и установкой магнитного возбуждения в шунтирующей ветви эквивалентной схемы. Как следствие, большие индукционные генераторы имеют КПД около 90%. Эти дополнительные потери будут рассмотрены в следующем разделе.

4.4.4 Характеристики крутящего момента индукционной машины

Важной характеристикой любого электромеханического преобразователя является соотношение скорости и момента.Для асинхронной машины развиваемый крутящий момент Qm по уравнениям (4.23), (4.22) и (4.16) равен

.

= 3Pm = 3 (1 — s) P = 33P m ((1 — s) rns (os

Замена на

и используя эквивалентную схему рисунка 4.15, получаем

Эта зависимость является нелинейной и может быть обобщена для описания типичных характеристик асинхронной машины путем ее нормализации с точки зрения крутящего момента и скорости. Принимая в качестве нормального крутящего момента номинальный крутящий момент, а в качестве нормальной скорости — синхронную скорость, нормализованное соотношение уравнения (4.27) для типичного индукционного генератора показана на рис. 4.16 с параметром Rr.

Обратите внимание, что для синхронной машины существует максимальный крутящий момент или момент отрыва, выше которого генератор будет бесконтрольно ускоряться. Однако это состояние далеко от нормального рабочего режима. Кривая сопротивления ротора Rr ‘представляет характеристики типичной асинхронной машины с низким сопротивлением ротора и показывает, что изменение скорости от нулевого входного крутящего момента до номинального крутящего момента изменяется примерно на 3-4%.Для s small Rr / s больше по сравнению с Rr и Xs + Xr, и в хорошем приближении Уравнение (4.27) может быть записано как

Уравнение (4.28) указывает, что в нормальном рабочем диапазоне (от нуля до номинального крутящего момента) крутящий момент прямо пропорциональна скольжению и, следовательно, скорости, и обратно пропорциональна Rr. Кривые для Rr ‘> Rr и Rr »> Rr также нанесены на рис. 4.16. Выбирая значение сопротивления ротора, разработчик имеет возможность изменять крутизну характеристики крутящий момент-скорость.Если требуется существенное изменение скорости в зависимости от крутящего момента, ротор может иметь большое сопротивление. Обратной стороной такой схемы является недопустимое снижение КПД.

Способ доступа к обмоткам ротора и, следовательно, использования свойства изменения скорости заключается в размещении ротора с катушками, а не с короткозамкнутыми стержнями, с выводами катушек, подключенными к контактным кольцам и щеткам, чтобы дополнительное внешнее сопротивление могло быть подключено последовательно. с обмотками.В такой индукционной машине с обмоткой ротора обмотка ротора аналогична обмотке статора. К недостаткам индукционного генератора с фазным ротором можно отнести более высокие капитальные затраты и более высокие затраты на техническое обслуживание.

Рабочий пример 4.3

Ветряная турбина мощностью 450 кВт имеет следующие параметры индукционного генератора в омах: Rs = 0,01, Xs = Xr = 0,15, Rr = 0,01 и Xm = 6. В то время, когда она выдает номинальную мощность, скольжение составляет 0,01. Рассчитайте сетевое напряжение и коэффициент мощности, при котором индукционный генератор подает энергию в сеть, используя упрощенную эквивалентную схему.

Читать здесь: O

Была ли эта статья полезной?

Генераторы

для ветряных турбин — Часть 2: Как выбрать один


Генераторы разные

Есть несколько типов генераторов, которые могут быть связаны с небольшими ветряными турбинами: наиболее важно типы постоянного или переменного тока, а также синхронные или асинхронные, которые работают с постоянными магнитами или возбуждением электрического поля соответственно. Выбор зависит от различных факторов, таких как применение (автономное или подключенное к сети), тип нагрузки, технологичность, номинальная выходная мощность, частота вращения турбины и стоимость.Тем не менее, все эти электрические машины являются электромеханическими устройствами, работающими по закону электромагнитной индукции Фарадея.


Синхронный и асинхронный

Как объяснялось в приквеле к этой статье, вращающаяся часть генератора содержит какой-то компонент, который создает магнитное поле. Следовательно, он представляет собой вращающиеся полюса. Есть два типа компонентов, которые могут выполнить эту задачу.

В так называемых синхронных генераторах мы найдем простые постоянные магниты.Они похожи на подковообразные магниты или на вид магнит, который можно прикрепить к холодильнику. Тип генератора, который использует постоянные магниты называются синхронными, потому что ротор и магнитное поле вращается с той же скоростью. Синхронные генераторы обычно обладают высокой удельной мощностью и малой массой, поэтому все чаще используются в ветряных турбинах. Задачи, которые ставят перед собой эти генераторы, заключаются в том, что при сильном нагревании постоянные магниты могут размагничиваться, что генератор бесполезен, и что они не могут производить электричество с фиксированной частота.Это связано с изменчивостью скорости ветра и вращение с одинаковой скоростью. Следовательно, этим генераторам требуется выпрямляющая мощность. конвертеры.

Аналог синхронного — асинхронный. генераторы. Они создают электрическое поле не с помощью постоянных магнитов, а с помощью дополнительные катушки. Закон Фарадея предполагает, что электрический ток и магнитное поле поля всегда существуют вместе. Это позволяет нам использовать магнитное поле для индукции электрический ток описанным здесь способом, но он также помогает нам создать магнитное поле, посылая ток через катушку.Это точно что делают асинхронные генераторы. Поэтому для этого типа генератора требуется питание. поставка специально для магнитов, но она менее подвержена повреждениям и может быть надежнее своего аналога. Более того, он имеет более высокую степень демпфирование, чтобы он мог легче поглощать колебания скорости ротора.


Динамо и генераторы переменного тока

Основное различие между динамо-машинами и генераторами переменного тока тип тока, который они производят: динамо-машины вырабатывают постоянный ток (DC), в то время как генераторы вырабатывают переменный ток (AC), который постоянно меняет поток направление.

Для очень простой настройки генератора мы узнали в приквеле к этой статье, что вырабатываемая выходная мощность будет электричеством переменного тока. Часть, которая позволяет динамо-машине вырабатывать мощность постоянного тока без полного изменения концепции, называется коммутатором. В простейшем случае это фиксированный переключатель, который подключает и отключает два разных концевых контакта силовой цепи генератора при вращении вала. Это позволяет коммутатору постоянно изменять полярность выходного тока, так что в конечном итоге выход всегда будет одной полярности.

Основное преимущество динамо-машин, вырабатывающих постоянный ток: что большинству наших электрических устройств для работы требуется питание постоянного тока. Это означает, что если вы генерируете мощность переменного тока, вам всегда понадобится преобразователь мощности для использования электричество в вашем доме.

Тем не менее, генераторы переменного тока далеки от более распространены сегодня. Причина этого в том, что электричество переменного тока намного проще. и более эффективен для передачи по огромным линиям электропередачи. Преобразование переменного тока в чрезвычайно высокое напряжение при транспортировке, а затем снова его снижение до приемлемого уровня. легко и без значительных потерь мощности.То же самое очень трудно сделать с постоянным током. Как только он прибыл в желаемое место для потребления мощность переменного тока может быть снова легко преобразована в постоянный ток.


Стандарт в ветроэнергетике: синхронные генераторы с постоянными магнитами

В ветряных турбинах чаще всего используются следующие типы генераторов: синхронные генераторы с постоянными магнитами. Это потому, что в последние годы они приобрели привлекательность за счет повышения производительности и снижения стоимости. Они конкурентоспособны, особенно для турбин с прямым приводом, потому что могут иметь большее число полюсов — 60 или более полюсов по сравнению с обычным асинхронный генератор.Это означает, что, несмотря на более низкие скорости вращения, может быть достигнута разумная выходная частота мощности.

При нормальной работе генераторы с постоянными магнитами стабильны и безопасны и, что самое главное, не требуют дополнительного питания питание цепи возбуждения для создания магнитного поля. Это делает конструкция и электрическое подключение намного проще и исключает возбуждение ротора потери, которые могут составлять 20-30% от общих потерь генератора. Как следствие, удельная мощность высока, а генератор остается небольшим и эффективным.Это привлекательным, потому что с учетом риска размагничивания должным образом, это обещает низкую стоимость в течение всего срока службы и небольшие проблемы или обслуживание.


Кривая мощности

Хотя это может показаться простым, связь между ветряной турбиной и генератором не только механическая с валом и коробкой передач. Для достижения удовлетворительной производительности кривые мощности ветряной турбины и генератора должны быть согласованы.

Вообще говоря, есть разные типы мощности, но у них есть физическая единица ватт.Там есть механическая сила, сначала содержащаяся в ветре, затем во вращающихся лопастях, а затем, есть электричество.

С одной стороны, ротационные механическая мощность, содержащаяся во вращающихся лопастях ветряной турбины, рассчитывается как скорость вращения ротора умножается на его вращательный момент. Скорость по сути, как часто вал поворачивается в течение фиксированного периода времени, в то время как импульс соответствует тому, какое «сопротивление» или момент инерции вал может обернуться. Чтобы визуализировать импульс, представьте, что вы поворачиваете карандаш в рука.Если вы будете держать его слабо, это будет очень легко сделать. Если вы возьмете более плотный захват, вам нужно будет приложить больше усилий, чтобы карандаш поворачивался на та же скорость, что и раньше. Что происходит, так это то, что вам нужно подать заявку на более высокую импульс к нему, потому что ваша плотная хватка останавливает вращательное движение, похоже на высокий момент инерции.

Итак, мощность ротора ветряной турбины выход зависит от скорости вращения и от текущего импульса в любой момент время. Конечно, выходная мощность не всегда бывает одинаковой.Это существенно меняется с увеличением или уменьшением скорости ветра. Эти шансы составляют так называемую кривую мощности.

С другой стороны, электрическая мощность рассчитывается как напряжение устройства, умноженное на его ток. Проще говоря, что происходит в генераторе заключается в том, что он извлекает часть энергии, содержащейся во вращении чтобы преобразовать его в электрическую энергию. Сколько энергии можно извлечь очевидно, зависит от количества присутствующей мощности. Проблема в что сам по себе генератор не знает, сколько в нем вращательной мощности.Однако он может получать данные от датчика ветра, чтобы знать текущая скорость ветра. Благодаря кривой мощности турбины ее текущее вращательное мощность может быть напрямую получена из указанной скорости ветра. Итак, теперь мы можем решить, как большую мощность, которую генератор должен извлекать при любой заданной скорости ветра, и запрограммировать ее сделать так. Таким образом, мы придаем ему собственную кривую мощности.


Энергия и выходная мощность — в чем разница?

Распространенное заблуждение, когда люди Говоря о ветряных турбинах, они путают мощность с выработкой энергии.В разница в следующем: выходная мощность говорит нам, сколько энергии производится по сравнению с определенным периодом времени. Выход энергии говорит нам, сколько энергии на самом деле произведено. Единица, которая используется для обозначения выхода энергии, обычно kWh — киловатт-час. Производство энергии в один киловатт-час может означать что в течение одного часа электрическое устройство произвело ровно тысячу ватт электричества или что в пределах половины нашего, он произвел две тысячи ватт электроэнергии.

Итак, если вы хотите рассказать кому-нибудь, как много энергии, которую ваша ветряная турбина произвела в прошлом году, вы можете сказать «моя турбина произвел 400 кВтч — разве не круто? ».В этом контексте, говоря о власти не имело бы смысла. Как правило, сравнение выходной мощности полезно для пример при сравнении двух разных типов турбин, которые работают под одинаковые условия окружающей среды. Имеет ли смысл говорить о власти или выход энергии сильно зависит от ситуации. Тем не менее, знайте свои единицы — используйте ватты, когда говорят о мощности, и киловатт-часы, когда говорят об энергии.

Синхронизация индукционного генератора с сетью

Вы можете найти простое объяснение того, на что способен индукционный генератор.Он полностью самосинхронизируется с сетью, в которую подает электроэнергию. Он остается синхронизированным и выдает энергию, пока он вращается со скоростью, превышающей его синхронную скорость. Если он питается от источника питания с частотой 50 Гц, он должен быть на 2–5% выше скорости синхронизации ts. Скорость синхронизации составляет 120 X частота / количество полюсов, таким образом, 4-полюсная машина с источником питания 50 Гц должна работать со скоростью 1500 плюс 30 об / мин в идеале и 75 об / мин в идеале. Диапазон скоростей от 1530 до 1575.
Выход индукционного генератора будет оставаться привязанным точно к сети, в которую он ведет в этом диапазоне скоростей.Другими словами, мужская синхронизация не зависит от скорости.

Теперь, если вы управляете им с помощью асинхронного двигателя, подключенного к другой сети, у которой есть свои собственные вариации частоты. Скорость асинхронного двигателя будет соответствовать изменениям частоты сети, к которой он подключен, и изменения скорости асинхронного двигателя будут механически передаваться на индукционный генератор, НО ЭТИ ИЗМЕНЕНИЯ СКОРОСТИ НЕ ВЛИЯЮТ НА СИНХРОНИЗАЦИЮ ИНДУКЦИОННОГО ГЕНЕРАТОРА с сетью, которую он питает. власть к.О превышении скорости здесь не говорится, потому что он приводится в движение асинхронным двигателем, который не может превышать скорость. Для тех из вас, кто хочет разобраться в математике, в Интернете есть много информации по этой теме, просто спросите Google.

Сеть, питающая асинхронный двигатель, может быть источником питания 60 Гц или в системе HVDC двигателем постоянного тока, если зубчатая передача, соединяющая его с индукционным генератором, такова, что индукционный генератор работает в правильном диапазоне скоростей, он будет доставлять мощность синхронно.В случае четырехполюсного индукционного генератора, питающего источник питания 50 Гц, он будет обеспечивать максимальную мощность при скорости от 1575 до 1600 об / мин. Приводной двигатель должен иметь достаточный крутящий момент, чтобы приводить его в движение на этой скорости против обратной ЭДС, исходящей от сети, которую он питает.

Что касается вопросов мощности, лучше использовать множество таких комбинаций машин, подключенных параллельно к одной шине. Путем согласования двигателя и генератора легко достигается КПД> 75%, когда обе машины работают почти при полной номинальной нагрузке.

Я могу сказать всем вам, что гармоники, вызванные полупроводниковыми преобразователями, вызывают серьезные проблемы во многих местах, и пройдет всего несколько лет, прежде чем каждому придется пересмотреть свое отношение к их использованию. Сети, питаемые большим количеством ветряных генераторов, уже обнаруживают, что проблемы становятся невыносимыми. Стало модным, чтобы ветряные генераторы питали сеть через полупроводниковое преобразовательное оборудование, в некоторых случаях гармоники генерируются в радиочастотном диапазоне, и это может серьезно повлиять на системы с частотой 50 Гц и 60 Гц.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *