Используемые для ВЭУ.

Генераторы для ВЭУ

Требования к качеству вы­рабатываемой электроэнергии (частоте, величине напряжения, колеба­ниям и изменению мощности) определяются характером потребления.

При создании ВЭУ необходимо целесообразно учитывать требования, предъявляемые к исполнению электрооборудования, а также то, что расположение элек­трических генераторов в гондоле ВЭУ должно быть минимизировано выбором массогабаритных показателей. Длительная работа электриче­ских генераторов при нагрузках ниже номинальных предполагает при­менение электрических генераторов с высокими значениями КПД при частичных нагрузках, а иногда и группы генераторов вместо одного.

Можно получить необходимое качество вырабатываемой электроэнергии, используя либо механическое управление лопастями ветроколеса (для поддержания частоты вращения ветроколеса), либо электри­ческое управление, при котором постоянство частоты вращения ветро­колеса и генератора обеспечивается изменением электрической нагрузки на выходе генератора (применением балластной нагрузки). Использование современного электронного оборудования делает электрическое управление более надежным и дешевым, чем механическое.

Система генерирования электроэнергии ВЭУ любого класса представляет собой электромеханический комплекс для преобразования механической энергии вала ветроколеса в электрическую энергию и передачи ее в нагрузку или энергосистему. Основным элементом СГЭ, определяющим ее свойства, является либо собственно электрическая машина, либо сочетание электрической машины с устройствами сило­вой электроники и электронными устройствами управления - машиновентильная система.

В качестве основного классификационного признака СГЭ целесообразно принять тип электрической машины. Общеизвестно их деление на машины постоянного и переменного тока. Машины постоянного тока обладают хорошими регулировочными способностями, высокими динамическими показателями, особенно при использовании их в сочетании с современными преобразовате­лями частоты и системами регулирования. Генератор постоянного тока по принципу действия является синхронной машиной, имеющей коммутирующее устройство в виде кольца с прорезями, называемое коллектором, которое гарантирует однонаправленность выходного тока. При этом ток, являясь однонаправленным, не обязательно по­стоянен. Постоянный ток можно получать также и из переменного тока с помощью выпрямителей. В свою очередь, переменный ток с заданными напряжением и частотой можно получить от источника постоянного тока с помощью преобразователя частоты. Однако в си­лу их относительно высокой стоимости, низких массогабаритных и эксплуатационных показателей эти машины не нашли какого-либо значительного применения в системах генерирования электрической энергии ВЭУ, а используются либо в ВЭУ малой мощности, либо в лабораторных образцах для экспериментальных исследований их ха­рактеристик.

Системы генерирования электроэнергии на основе машин перемен­ного тока можно подразделить на системы на базе синхронных и асин­хронных генераторов. Синхронные генераторы являются наиболее распространенным типом электрических машин, применяемым в традиционных электроэнергетических установках (агрегатах ТЭС ГЭС, ДЭС).

Принцип действия любого генератора достаточно прост, все разли­чия в их устройстве и связанные с этим трудности обусловлены стрем­лением повысить эффективность их работы. Действие любого про­мышленного электрогенератора, используемого в ветроустановках, основано на эффекте Фарадея, состоящем в том, что магнитное поле, пересекающее с некоторой скоростью проводник, индуцирует в нем электрический ток.

Традиционно синхронные генераторы выполняются с электромагнитным возбуждением, но в настоящее время все большее распростра­нение получают машины с магнитоэлектрическим возбуждением на постоянных магнитах и реактивные (релуктансные) синхронные генераторы, у которых ротор с выступающими полюсами не имеет обмоток и совершает движение синхронно с магнитным полем, создаваемым обмотками статора. Обычно синхронные генераторы работают с по­стоянной частотой вращения ветроколеса, но в связи с развитием машиновентильных систем на основе синхронных генераторов и преоб­разователей частоты значительные перспективы применения в СГЭ ветроэнергетической установки получают асинхронные генераторы с переменной частотой вращения. Использование преобразователей час­тоты с соответствующими системами регулирования позволяет не только обеспечить новые качества СГЭ. Возникает перспектива создания новых конструкций синхронных генераторов с нестандартными частотами выходных напряжений, отличными от 50 или 60 Гц (больше или меньше), что открывает возможности для оптимизации массогабаритных показателей механических частей ВЭУ, заключающейся в от­казе от мультипликаторов или значительном улучшении массогабаритных показателей синхронных генераторов.

Распространенным типом электрогенераторов является генератор переменного тока с короткозамкнутым ротором, роторная обмотка ко­торого, создающая магнитное поле, состоит из короткозамкнутых вит­ков. Ток в этих витках, в свою очередь, наводится электромагнитным полем тока статорной обмотки. Для создания в момент запуска генера­тора, когда еще ток в статоре отсутствует, начального магнитного по­ля в роторе обычно используют два способа: I) с помощью посторон­него источника тока, например, от электросети, к которой подключен генератор; 2) генератор само возбуждается посредством замыкания об­мотки статора через конденсатор на землю. В этом случае ротор или статор должен обладать остаточным магнетизмом, создающим началь­ный ток, так как конденсатор лишь обеспечивает необходимый для работы генератора сдвиг фаз. Кроме того, для работы и управления таким генератором можно использовать вспомогательный синхронный генератор, включенный по схеме синхронного автотрансформатора. Такая схема удобна в небольших автономных энергоустановках, в ко­торых вспомогательный генератор может подключаться к дизельному двигателю при слабом ветре, частично обеспечивая электроснабжение потребителей. Достоинствами первого способа являются его простота, невысокая стоимость и безопасность, так как на генераторе отсутству­ет напряжение, если он отключен от сети.

По конструктивным признакам асинхронные генераторы подразделяются на машины с короткозамкнутым ротором и фазным ротором. По принципу возбуждения их можно классифицировать как генерато­ры с возбуждением от сети, конденсаторным возбуждением, вентиль­ным возбуждением, с амплитудной модуляцией поля, возбуждением со стороны ротора (машины двойного питания).

Асинхронные генераторы с переменной частотой вращения могут быть подразделены на полюсопереключаемые, с амплитудной модуля­цией поля, частотно-регулируемые асинхронные генераторы, гене­раторы двойного питания. Частотно-регулируемые асинхронные гене­раторы, генераторы двойного питания, с амплитудной модуляцией поля, с вентильным возбуждением представляют собой многовентильную систему, выполненную на основе асинхронного генератора и пре­образователя частоты.

Особым классом являются многовентильные системы, выполняемые на основе асинхронного генератора с фазным ротором и преобразовате­ля частоты в цепях ротора - генераторы двойного питания. В зави­симости от принципов управления, свойств и типа применяемых преоб­разователей частоты они подразделяются на асинхронизированные синхронные генераторы (АСГ) и асинхронные вентильные каскадные генераторы (АВКГ).