Rüzgar Türbinlerinde Kalıcı Mıknatıslı Senkron Jeneratörler Nasıl Kullanılır?

Kalıcı mıknatıslı senkron teknolojisi, endüstriyel motorlardan rüzgar enerjisi jeneratörlerine kadar modern elektrikli makinelerde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Ancak bir rüzgar türbininde kalıcı mıknatıslı makine normalde motor olarak değil jeneratör olarak çalışır. Bu nedenle, bir rüzgar türbini içindeki ana güç üretim ünitesini tartışırken Kalıcı Mıknatıslı Senkron Jeneratör (PMSG) terimi PMSM'den daha doğrudur.

Elektromanyetik prensipler birbiriyle yakından ilişkilidir ancak enerji dönüşümünün yönü farklıdır.

PMSM, elektrik enerjisini mekanik dönüşe dönüştürür. Bir PMSG bunun tersini yapar: Dönen rüzgar türbini aktarma organları jeneratöre mekanik enerji sağlar ve bu enerji onu elektrik enerjisine dönüştürür.

Bu ayrımı anlamak, kalıcı mıknatıs teknolojisinin modern rüzgar enerjisi sistemlerinde nerede yer aldığını görmeyi çok daha kolay hale getirir.

Kalıcı Mıknatıslı Jeneratör Rüzgar Türbininde Nerede Oturur?

Rüzgar türbin kanatlarını ve rotoru döndürür.

Bu mekanik dönüş daha sonra jeneratör tarafından elektriğe dönüştürülmelidir.

İki geniş aktarma organı düzenlemesi vardır.

Dişli Rüzgar Türbinleri

Dişli aktarma organlarında türbin rotoru nispeten yavaş döner.

Bir dişli kutusu, mekanik güç jeneratöre ulaşmadan önce dönüş hızını artırır.

Bu, jeneratörün türbin rotorundan daha yüksek bir dönme hızında çalışmasına olanak tanır.

Bu nedenle dişli kutusunun amacı rotor ve jeneratörün mekanik hız gereksinimlerini karşılamaktır. Bu sadece "şebeke frekansının eşleştirilmesi" olarak tanımlanmamalıdır çünkü modern değişken hızlı türbinler normalde jeneratör ile şebeke arasında güç elektroniği kullanır.

Doğrudan Tahrikli Rüzgar Türbinleri

Doğrudan tahrik sistemi ana dişli kutusunu kaldırır.

Jeneratör, türbin rotoruna çok daha doğrudan bağlıdır ve bu nedenle yüksek tork üretirken çok daha düşük bir hızda çalışması gerekir.

Bu, jeneratör tasarımını önemli ölçüde değiştirir.

Doğrudan tahrikli kalıcı mıknatıslı jeneratörlerin çapı genellikle daha büyüktür ve birden fazla manyetik kutup kullanır, böylece düşük dönme hızında faydalı elektrik çıkışı üretilebilir.

Neden Kalıcı Mıknatıslar Kullanılır?

Kalıcı mıknatıslı senkron jeneratör, rotor manyetik alanını, rotor uyarma sargısı yerine kalıcı mıknatıslarla oluşturur.

Bu, rüzgar enerjisi uygulamaları için çeşitli kullanışlı özellikler sunar.

Rotor Uyarma Akımı Yok

Manyetik alan kalıcı mıknatıslar tarafından üretildiğinden, rotor ayrı bir elektriksel uyarı sistemine ihtiyaç duymaz.

Bu, rotorun elektrik kayıplarını azaltabilir ve jeneratör yapısının bir kısmını basitleştirebilir.

Düşük Hızlı, Yüksek Torklu Tasarımlara Uygun

Kalıcı mıknatıslı makineler çok kutuplu ve yüksek tork yoğunluğuyla tasarlanabilmektedir.

Bu özellikle jeneratör hızının düşük ve mekanik torkun yüksek olduğu doğrudan tahrikli rüzgar sistemleri için geçerlidir.

Değişken Hızda Çalışmayla Uyumlu

Rüzgar hızı sürekli değişiyor.

Türbini değişken hızda çalıştırmak, rotorun daha geniş bir rüzgar koşulları aralığında tercih edilen aerodinamik çalışma koşuluna daha yakın kalmasını sağlayabilir.

Kalıcı mıknatıslı jeneratörler genellikle tam güçlü elektronik dönüştürücülerle birlikte kullanılır ve jeneratör frekansının şebeke frekansından bağımsız olarak değişmesine olanak tanır.

Bu, mekanik rotorun doğrudan şebekeye bağlı sabit bir senkron hızda çalışmasını gerektirmeden değişken hızlı çalışmayı mümkün kılar.

Güç Dönüştürücünün Rolü Nedir?

Jeneratör rüzgar türbininin elektrik sisteminin yalnızca bir parçasıdır.

Birçok kalıcı mıknatıslı rüzgar türbininde, jeneratörden gelen elektrik gücü, şebekeye ulaşmadan önce tam ölçekli bir AC/DC/AC dönüştürücüsünden geçer.

Bu dönüştürücü birkaç önemli işlevi yerine getirir.

Jeneratörün değişken hızda çalışmasına olanak tanır, değişken frekanslı jeneratör çıkışını şebekeye uyumlu elektrik enerjisine dönüştürür ve türbin terminallerinde aktif ve reaktif güç üzerinde kontrol sağlar.

Bu ayrım önemlidir çünkü ızgara destek kapasitesi kalıcı mıknatısların kendilerine atfedilmemelidir.

Jeneratör elektrik enerjisi üretirken, dönüştürücü ve türbin kontrol sistemi bu gücün şebekeye nasıl iletileceğini yönetir.

Direct Drive "Her Zaman Daha İyi" Anlamına Gelmez

Dişli kutusunun çıkarılması aktarma organları bileşenlerinin sayısını azaltabilir ve önemli bir mekanik alt sistemi ortadan kaldırabilir.

Bakım erişiminin zor olduğu durumlarda bu cazip olabilir.

Ancak doğrudan tahrikli jeneratörler aynı zamanda kendi mühendislik zorluklarını da beraberinde getirir.

Düşük hızlı bir jeneratör, gerekli torku üretmek için genellikle daha büyük bir elektromanyetik yapıya ihtiyaç duyar. Kalıcı mıknatıslı doğrudan tahrikli sistemler ayrıca önemli miktarlarda nadir toprak manyetik malzemesi kullanabilir.

Bu nedenle hem dişli hem de doğrudan tahrikli rüzgar türbini mimarileri varlığını sürdürüyor.

Uygun seçim türbin gücüne, rotor hızına, jeneratör tasarımına, ağırlığa, bakım stratejisine, malzeme maliyetine ve genel sistem ekonomisine bağlıdır.

Eksenel Akı Kalıcı Mıknatıs Teknolojisinin Uygun Olduğu Yer

Çoğu kişi büyük rüzgar jeneratörlerini radyal akılı makinelerle ilişkilendirir, ancak eksenel akılı kalıcı mıknatıs teknolojisi aynı zamanda kompakt ve özel jeneratör tasarımlarıyla da ilgilidir.

Eksenel akılı makinede, manyetik akı, geleneksel silindirik bir yapı boyunca radyal olarak ziyade öncelikle motor veya jeneratör ekseni boyunca hareket eder.

Mimari, yüksek tork yoğunluğu ve nispeten kısa eksenel uzunluk sunabilir.

Daha küçük doğrudan tahrikli jeneratörler veya paketleme ve tork yoğunluğunun önemli olduğu uygulamalar için bu, eksenel akış teknolojisini dikkate almaya değer kılar.

Jiangnan Electric şu anda geleneksel PMSM ürünlerine ek olarak eksenel akılı kalıcı mıknatıslı makineler geliştiriyor. Şirketin yayınlanmış eksenel akı aralığı çoklu voltaj, hız, soğutma ve montaj konfigürasyonlarını kapsamaktadır.

Aynı elektromanyetik platform hem motor hem de jeneratör geliştirmeyle ilgili olabilir ancak bir motor ürünü, uygulamaya özel elektromanyetik, termal ve mekanik doğrulama olmadan otomatik olarak rüzgar jeneratörü olarak sunulmamalıdır.

Jiangnan Elektrik ve Kalıcı Mıknatıslı Rüzgar Enerjisi Uygulamaları

Hangzhou Jiangnan Electric Motor Co., Ltd. şu anda geleneksel PMSM'ler, düşük hızlı yüksek torklu tasarımlar ve eksenel akılı kalıcı mıknatıslı makineler dahil olmak üzere çeşitli kalıcı mıknatıslı senkron motor aileleri üretmektedir.

Mevcut ürün platformlarından bazıları rüzgar enerjisi jeneratörünün geliştirilmesinde de önemli olan özellikleri göstermektedir.

Örneğin, Jiangnan'ın JNPM520-45 platformu, 45 kW ve 245 rpm'de ve 1754 N·m nominal torkla derecelendirilmiştir. Burada bir rüzgar türbini jeneratörü olarak sunulmak yerine endüstriyel bir doğrudan tahrik uygulaması için geliştirilmiş olmasına rağmen, düşük hız ve yüksek torkun birleşimi, doğrudan tahrikli üretim sistemlerinde de bulunan elektromanyetik tasarım zorluğunu göstermektedir.

Jiangnan'ın eksenel akılı portföyü aynı zamanda kompakt eksenel yapılar ve değişken hızlı çalışma etrafında tasarlanmış kalıcı mıknatıslı makineleri de içerir.

Şirketin mevcut web sitesi ayrıca düşük rüzgar hızlı ve küçük ila orta ölçekli rüzgar enerjisi uygulamalarına yönelik kalıcı mıknatıslı ürünleri de listeliyor.

Ancak gerçek bir rüzgar enerjisi projesi için seçim süreci, mevcut bir motoru yalnızca nominal güce göre seçmek yerine jeneratör gereksinimleriyle başlamalıdır.

Rüzgar Enerjisi Jeneratörü Projesi İçin Hangi Bilgilere İhtiyaç Var?

Kalıcı mıknatıslı bir jeneratörü değerlendirmeden önce çeşitli çalışma koşullarının tanımlanması gerekir.

Önemli bilgiler şunları içerir:

• nominal elektrik çıkışı;
• nominal ve maksimum rotor hızı;
• sürekli ve tepe torku;
• gerekli çıkış voltajı;
• jeneratör frekans aralığı;
• soğutma yöntemi;
• montaj düzeni;
• şaft veya doğrudan tahrik arayüzü;
• beklenen ortam koşulları;
• koruma seviyesi;
• dönüştürücü topolojisi;
• sürekli çalışma görevi.

Doğrudan tahrikli bir proje için rotor hızı ve tork özellikle önemlidir çünkü jeneratörün yüksek oranlı bir dişli kutusuna bağlı kalmadan türbin yükünü karşılaması gerekir.

Küçük ve orta ölçekli rüzgar enerjisi sistemleri için paketleme, jeneratör ağırlığı, dönüştürücü maliyeti ve bakım gereksinimleri de nihai tasarımı güçlü bir şekilde etkileyebilir.

PMSM veya PMSG: Terminoloji Önemlidir

Kalıcı mıknatıslı senkron motorlar ve kalıcı mıknatıslı senkron jeneratörler, yakından ilişkili elektromanyetik prensiplere dayanmaktadır.

Ancak çalışma rolleri farklıdır.

Bir PMSM normalde elektrik enerjisini mekanik çıkışa dönüştürür.

PMSG, mekanik girdiyi elektrik enerjisine dönüştürür.

Rüzgar türbinlerinde ana enerji dönüşüm makinesi bu nedenle daha doğru bir şekilde PMSG olarak tanımlanır.

Rüzgar enerjisi ekipmanı geliştiren müşteriler için önemli soru, mevcut bir PMSM'nin bir türbine monte edilip edilemeyeceği değildir.

Doğru yaklaşım, öncelikle gerekli jeneratör hızını, torku, voltajı, termal koşulları, mekanik arayüzü ve dönüştürücü sistemini tanımlamak ve ardından kalıcı mıknatıslı makineyi bu gereksinimler etrafında tasarlamak veya seçmektir.

Sorumluluk reddi beyanı

Bu makaledeki bilgiler yalnızca genel referans amacıyla verilmiştir. Ürün özellikleri, performansı, konfigürasyon seçenekleri ve uygunluğu, amaçlanan uygulama ve fiili çalışma koşulları için ayrıntılı olarak değerlendirilmelidir. Bir ürünü seçmeden, satın almadan veya kullanmadan önce lütfen ilgili ayrıntıları Jiangnan Electric ile teyit edin ve geçerli teknik belgelere ve kabul edilen spesifikasyonlara bakın. Bu makale, ürüne özel talimatların veya profesyonel mühendislik değerlendirmesinin yerini almaz.