Как я могу исправить скорость генератора?

12

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

правин кр
источник
4
С каким-то дросселем на первичном двигателе, отрегулирован так, чтобы мощность равнялась мощности (плюс внутренние потери).
Дэйв Твид
7
Я почти уверен, что большие генераторы, подключенные к сети, вынуждены работать синхронно под влиянием всех других вещей, подключенных к сети; если генератор замедлится, то из-за питания от сети будет крутящий момент двигателя, который тянет его назад к синхронной скорости, и аналогично, если он ускоряется. Это проблема сама по себе, а не решение, хотя, потому что, если ваш генератор начинает работать как двигатель, он может порвать себя или вещи, прикрепленные к его валу; он не предназначен для такой работы.
Очаг
3
Разве губернатор флайбола на паровом двигателе Ватта не делал это по механической обратной связи?
UuDdLrLrSs
Чем быстрее генератор пытается вращаться, тем больше тока вы можете извлечь из него, чтобы замедлить его. Это требует переменной нагрузки, конечно.
user253751
1
Это очень широкий вопрос. В целом, вы можете либо изменить входную мощность, либо изменить нагрузку, либо вообще забыть о регулировании частоты и сделать что-то еще (использовать нагрузку постоянного тока, нагрузку, которая не заботится о частоте, или использовать преобразователь частоты). Я не думаю, что можно разумно выбрать вариант, учитывая, что вы раскрыли нулевую информацию о вашей системе.
Дмитрий Григорьев

Ответы:

18

электрически

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

машинально

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

С обратной связью

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

Сетка Синхронная операция

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

Джек Б
источник
5
Здесь, наверное, стоит упомянуть асинхронные машины с двойной подачей. Они используют индукционную машину одновременно как генератор и вращающийся преобразователь для поддержания постоянной выходной частоты с различными входными частотами.
Очаг
@Felthry, я не включил их, потому что я недостаточно знаком с ними. Не стесняйтесь предлагать редактирование, хотя.
Джек Б
1
Я бы сказал, но ответ Энди уже позаботится об этом.
Очаг
Возможно, стоит отметить, что на практике множественные / многие из них будут происходить одновременно. Сбои в работе сети будут первоначально вызывать странные потоки / факторы мощности, системы обратной связи будут реагировать после некоторой задержки, грубые регуляторы уровня будут применять / снимать тормоза, если это необходимо.
mbrig
10

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

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

введите описание изображения здесь

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

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

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

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

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

Энди ака
источник
3

Вот для чего губернатор .

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

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

чокнутый урод
источник
1
Механическое дросселирование входа с помощью тормоза вырабатывает тепло и
расходует
2
@ rackandboneman, он не говорит об этом, и это не то, как работают губернаторы.
Харпер - Восстановить Монику
1
@ Справедливости ради, некоторые регуляторы работают, используя торможение, однако для генераторов вы будете регулировать генерируемую механическую энергию, а не тратить ее впустую.
фрик с трещоткой
3

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

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

  • Мощность механического ввода

  • Выходное напряжение

  • Выходной ток

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

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

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

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

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

Puffafish
источник
0

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

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

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

WhatRoughBeast
источник
Таким образом, вспомогательный банк может быть использован для перекачки воды обратно в гору? Звучит глупо, но разве это не то же самое, что зарядка батареи?
августа
@amI: Это похоже, но гидроэлектроэнергия накачки - разумный выбор, потому что он стоит намного меньше, чем батареи, которые потребовались бы для хранения того же количества энергии.
Дэвидкари
Хранение хорошее, но вы бы никогда не отключили зарядное устройство от самой батареи (работайте на гидро, используя гидроэнергию). Я предполагаю, что вспомогательная нагрузка должна быть «контролируемым» клиентом (который готов принять <100% пошлину).
утра