En dubbelmatad induktionsgenerator som namnet antyder är en 3-fas induktionsgenerator där både rotor- och statorlindningarna matas med 3-fas växelströmssignal. Den består av flerfaslindningar placerade på både rotor- och statorkropparna. Den består också av en flerfasig glidring för att överföra kraft till rotorn. Den används vanligtvis för att generera el i vindkraftgeneratorer.
Innan vi går vidare till ytterligare detaljer om en dubbelmatad induktionsgenerator som används i vindkraftgeneratorer, låt oss få en kort uppfattning om kraftproduktion med vindkraft.
Som vi redan känner till är vindkraft nyligen en av de mest använda förnybara energikällorna. Stora turbiner får rotera enligt vindens blåsning och därmed genereras el. Generellt arbetar vindkraftgeneratorerna inom ett vindhastighetsintervall mellan hastighetsminskningen (lägsta vindhastighet som krävs för att generatorn ska kunna ansluta till elnätet) och avstängningshastigheten (maximal vindhastighet som krävs för att generatorn ska kopplas bort från elnätet ).
4 typer av vindkraftgeneratorer:
- Typ 1: Den består av en induktionsgenerator för ekorrbur ansluten direkt till elnätet. Den används för ett litet vindhastighetsområde.
- Typ 2: Den består av en AC-DC-AC-omvandlare förutom induktionsgeneratorn innan den ansluts till elnätet.
- Typ 3: Den består av en lindad rotorinduktionsgenerator ansluten direkt till nätet, där rotorns hastighet justeras med en reostat.
- Typ 4: Den består av en dubbelmatad induktionsgenerator ansluten direkt till nätet, där rotorhastigheten justeras med hjälp av back-to-back-omvandlare.
Grundläggande introduktion till elproduktionen från vindenergi med Double Fed Induction Generator.
DFIG består av en 3-fas lindad rotor och en 3-fas sårstator. Rotorn matas med en 3-fas växelströmssignal som inducerar en växelström i rotorlindningarna. När vindkraftverken roterar utövar de mekanisk kraft på rotorn och får den att rotera. När rotorn roterar roterar också magnetfältet som produceras på grund av växelströmmen med en hastighet som är proportionell mot frekvensen hos växelströmssignalen som appliceras på rotorlindningarna. Som ett resultat passerar ett konstant roterande magnetiskt flöde genom statorlindningarna som orsakar induktion av växelström i statorlindningen. Således beror rotationshastigheten för statormagnetfältet på rotorhastigheten såväl som frekvensen hos växelströmmen som matas till rotorlindningarna.
Det grundläggande kravet för elproduktion med hjälp av vindenergi är att producera växelströmssignal med konstant frekvens oavsett vindhastighet. Med andra ord bör frekvensen för växelströmsignalen som genereras över statorn vara konstant oavsett rotorhastighetsvariationerna. För att uppnå detta måste frekvensen av växelströmssignalen som appliceras på rotorlindningarna justeras.
Ett vindkraftsgenereringssystem med dubbelmatad induktionsgenerator
Frekvensen för rotorns växelsignal ökar när rotorhastigheten minskar och har positiv polaritet och vice versa. Således bör rotorsignalens frekvens justeras så att statorsignalfrekvensen är lika med nätverkslinjefrekvensen. Detta görs genom att justera fassekvensen för rotorlindningarna så att rotormagnetfältet är i samma riktning som generatorrotorn (vid minskande rotorhastighet) eller i motsatt riktning som generatorrotorn (vid ökad rotorhastighet ).
Hela systemet består av två rygg-till-bak-omvandlare - en maskinomvandlare och en nätomvandlare, ansluten i systemets återkopplingsslinga. Maskinsidans omvandlare används för att styra de aktiva och reaktiva krafterna genom att styra rotorns d-q-komponenter samt även maskinens vridmoment och hastighet. Nätverksomvandlaren används för att upprätthålla en konstant likströmsspänning och säkerställer enhetens effektfaktordrift genom att göra den reaktiva effekten från elnätet till noll. En kondensator är ansluten mellan de två omvandlarna så att den fungerar som en energilagringsenhet. Detta back-to-back-arrangemang ger en fast spänning med fast frekvensutgång oberoende av generatorns variabla frekvens, variabel spänning. Andra tillämpningar av induktionsgeneratorerna är system för lagring av svänghjul, pumpkraftverk, kraftomvandlare som matar ett järnvägsnät från det allmänna nätet där frekvensen är fast.
Lite kunskap om hela vindkraftsgenereringssystemet
Hela systemet består av följande komponenter:
Arbetsprincipen för en dubbelmatad induktionsgenerator
- En vindturbin: Vindturbinen är vanligtvis en fläkt som består av 3 blad som roterar när vinden slår mot den. Rotationsaxeln bör vara i linje med vindriktningen.
- Växellåda: Det är ett mekaniskt system med hög precision som använder en mekanisk metod för att omvandla energi från en enhet till en annan.
- Dubbelmatad induktionsgenerator: Det är en elektrisk generator som används för att omvandla mekanisk energi till elektrisk energi som är i form av variabel frekvens.
- Grid Side Converter: Det är en AC-DC-omvandlarkrets som används för att tillhandahålla en reglerad likspänning till växelriktaren. Den används för att upprätthålla en konstant likströmsspänning.
- Rotorsidan omvandlare: Det är en DC-AC-omformare som används för att ge kontrollerad växelspänning till rotorn.
5 skäl till varför vindkraftproduktion med dubbelmatad induktionsmotor är att föredra
- Konstant frekvensutsignal till nätet oavsett variabel rotorhastighet.
- Låg effektklassificering krävs för kraftelektroniska enheter och därmed låga kostnader för styrsystem.
- Effektfaktorn styrs, dvs upprätthålls vid enhet.
- Elproduktion vid låg vindhastighet.
- Elektronisk kraftomvandlare måste hantera bråkdelen av den totala belastningen, dvs. 20-30%, och dessutom är kostnaden för denna omvandlare låg än för andra typer av generatorer.
Något att tänka på!
Allt jag har gett är en grundläggande introduktion om vindkraftproduktion med en dubbelmatad induktionsgenerator. Ge sedan dina synpunkter på de olika styrteknikerna för att styra växelströmsignalen som matas till rotorn.
Bildkrediter: Ett vindkraftsgenereringssystem med dubbelmatad induktionsgenerator av Labvolt
