Bagaimana Penjana Segerak Magnet Kekal Digunakan dalam Turbin Angin

Teknologi segerak magnet kekal digunakan secara meluas dalam mesin elektrik moden, daripada motor industri kepada penjana kuasa angin.

Walau bagaimanapun, dalam turbin angin, mesin magnet kekal biasanya beroperasi sebagai penjana, bukan sebagai motor. Atas sebab ini, istilah Penjana Segerak Magnet Kekal (PMSG) adalah lebih tepat daripada PMSM apabila membincangkan unit penjanaan kuasa utama di dalam turbin angin.

Prinsip elektromagnet berkait rapat, tetapi arah penukaran tenaga adalah berbeza.

PMSM menukarkan tenaga elektrik kepada putaran mekanikal. PMSG melakukan sebaliknya: pacuan turbin angin berputar membekalkan tenaga mekanikal kepada penjana, yang menukarkannya kepada kuasa elektrik.

Memahami perbezaan ini menjadikannya lebih mudah untuk melihat di mana teknologi magnet kekal sesuai dengan sistem kuasa angin moden.

Di manakah Penjana Magnet Kekal Duduk dalam Turbin Angin?

Angin memutarkan bilah turbin dan pemutar.

Putaran mekanikal itu kemudiannya mesti ditukar kepada elektrik oleh penjana.

Terdapat dua susunan pacuan yang luas.

Turbin Angin Bergear

Dalam pacuan bergear, pemutar turbin berputar agak perlahan.

Kotak gear meningkatkan kelajuan putaran sebelum kuasa mekanikal mencapai penjana.

Ini membolehkan penjana beroperasi pada kelajuan putaran yang lebih tinggi daripada pemutar turbin.

Oleh itu, tujuan kotak gear adalah untuk memadankan keperluan kelajuan mekanikal pemutar dan penjana. Ia tidak sepatutnya hanya digambarkan sebagai "memadankan frekuensi grid," kerana turbin kelajuan berubah-ubah moden biasanya menggunakan elektronik kuasa antara penjana dan grid.

Turbin Angin Pacuan Terus

Sistem pemacu terus mengeluarkan kotak gear utama.

Penjana disambungkan lebih terus kepada pemutar turbin dan oleh itu perlu beroperasi pada kelajuan yang lebih rendah sambil menghasilkan tork yang tinggi.

Ini mengubah reka bentuk penjana dengan ketara.

Penjana magnet kekal pemacu terus biasanya berdiameter lebih besar dan menggunakan berbilang kutub magnet supaya output elektrik yang berguna boleh dihasilkan pada kelajuan putaran rendah.

Mengapa Menggunakan Magnet Kekal?

Penjana segerak magnet kekal mencipta medan magnet rotornya dengan magnet kekal dan bukannya belitan pengujaan rotor.

Ini menawarkan beberapa ciri berguna untuk aplikasi kuasa angin.

Tiada Arus Pengujaan Rotor

Oleh kerana medan magnet dihasilkan oleh magnet kekal, pemutar tidak memerlukan sistem pengujaan elektrik yang berasingan.

Ini boleh mengurangkan kehilangan elektrik rotor dan memudahkan sebahagian daripada struktur penjana.

Sesuai untuk Reka Bentuk Kelajuan Rendah, Tork Tinggi

Mesin magnet kekal boleh direka bentuk dengan banyak tiang dan ketumpatan tork yang tinggi.

Itu amat berkaitan dengan sistem angin pacuan terus, di mana kelajuan penjana rendah dan tork mekanikal adalah tinggi.

Serasi dengan Operasi Kelajuan Boleh Ubah

Kelajuan angin berubah secara berterusan.

Mengendalikan turbin pada kelajuan berubah-ubah boleh membolehkan pemutar kekal lebih dekat dengan keadaan operasi aerodinamik pilihannya dalam julat keadaan angin yang lebih luas.

Penjana magnet kekal biasanya digunakan dengan penukar elektronik berkuasa penuh, membolehkan frekuensi penjana berubah secara bebas daripada frekuensi grid.

Ini membolehkan operasi kelajuan berubah-ubah tanpa memerlukan pemutar mekanikal untuk berjalan pada satu kelajuan segerak tetap yang diikat terus ke grid.

Apakah Peranan Yang Dimainkan oleh Penukar Kuasa?

Penjana hanyalah satu bahagian daripada sistem elektrik turbin angin.

Dalam kebanyakan turbin angin magnet kekal, kuasa elektrik daripada penjana melalui penukar AC/DC/AC skala penuh sebelum mencapai grid.

Penukar ini melaksanakan beberapa fungsi penting.

Ia membolehkan penjana beroperasi pada kelajuan berubah-ubah, menukar output penjana frekuensi berubah-ubah kepada kuasa elektrik serasi grid, dan menyediakan kawalan ke atas kuasa aktif dan reaktif di terminal turbin.

Perbezaan ini penting kerana keupayaan sokongan grid tidak boleh dikaitkan dengan magnet kekal itu sendiri.

Penjana menghasilkan kuasa elektrik, manakala sistem kawalan penukar dan turbin menguruskan cara kuasa itu dihantar ke grid.

Pemanduan Terus Tidak Bermaksud "Sentiasa Lebih Baik"

Mengeluarkan kotak gear boleh mengurangkan bilangan komponen pemacu dan menghapuskan satu subsistem mekanikal utama.

Itu boleh menarik apabila akses penyelenggaraan sukar.

Walau bagaimanapun, penjana pemacu langsung juga membawa cabaran kejuruteraan mereka sendiri.

Penjana berkelajuan rendah secara amnya memerlukan struktur elektromagnet yang lebih besar untuk menghasilkan tork yang diperlukan. Sistem pemacu terus magnet kekal juga boleh menggunakan kuantiti bahan magnet nadir bumi yang ketara.

Inilah sebabnya mengapa seni bina turbin angin bergilir dan pacuan terus terus wujud.

Pilihan yang sesuai bergantung pada penarafan turbin, kelajuan rotor, reka bentuk penjana, berat, strategi penyelenggaraan, kos bahan dan ekonomi sistem keseluruhan.

Di mana Teknologi Magnet Kekal Fluks Axial Sesuai

Kebanyakan orang mengaitkan penjana angin besar dengan mesin fluks jejari, tetapi teknologi magnet kekal fluks paksi juga berkaitan dengan reka bentuk penjana padat dan khusus.

Dalam mesin fluks paksi, fluks magnet bergerak terutamanya sepanjang paksi motor atau penjana dan bukannya jejari melalui struktur silinder konvensional.

Seni bina boleh menawarkan kepadatan tork yang tinggi dan panjang paksi yang agak pendek.

Untuk penjana pemacu terus yang lebih kecil atau aplikasi yang pembungkusan dan ketumpatan tork adalah penting, ini menjadikan teknologi fluks paksi patut dipertimbangkan.

Jiangnan Electric kini membangunkan mesin magnet kekal fluks paksi sebagai tambahan kepada produk PMSM konvensional. Rangkaian fluks paksi yang diterbitkan oleh syarikat meliputi berbilang voltan, kelajuan, konfigurasi penyejukan dan pelekap.

Platform elektromagnet yang sama boleh menjadi relevan untuk kedua-dua pembangunan motor dan penjana, tetapi produk motor tidak boleh dipersembahkan secara automatik sebagai penjana angin tanpa pengesahan elektromagnet, haba dan mekanikal khusus aplikasi.

Aplikasi Jiangnan Elektrik dan Kuasa Angin Magnet Kekal

Hangzhou Jiangnan Electric Motor Co., Ltd. pada masa ini mengeluarkan beberapa keluarga motor segerak magnet kekal, termasuk PMSM konvensional, reka bentuk tork tinggi berkelajuan rendah dan mesin magnet kekal fluks paksi.

Beberapa platform produk sedia ada menunjukkan ciri-ciri yang juga penting dalam pembangunan penjana kuasa angin.

Sebagai contoh, platform JNPM520-45 Jiangnan dinilai pada 45 kW dan 245 rpm dengan tork berkadar 1754 N·m. Walaupun dibangunkan untuk aplikasi pacuan terus industri dan bukannya penjana turbin angin, gabungan kelajuan rendah dan tork tinggi menggambarkan jenis cabaran reka bentuk elektromagnet yang juga terdapat dalam sistem penjanaan pacuan terus.

Portfolio fluks paksi Jiangnan juga termasuk mesin magnet kekal yang direka bentuk di sekitar struktur paksi padat dan operasi kelajuan berubah-ubah.

Laman web semasa syarikat juga menyenaraikan produk magnet kekal untuk aplikasi kuasa angin berkelajuan angin rendah dan kecil hingga sederhana.

Untuk projek kuasa angin sebenar, bagaimanapun, proses pemilihan harus bermula dengan keperluan penjana dan bukannya memilih motor sedia ada hanya dengan kuasa undian.

Apakah Maklumat Yang Diperlukan untuk Projek Penjana Kuasa Angin?

Sebelum menilai penjana magnet kekal, beberapa keadaan operasi perlu ditakrifkan.

Maklumat penting termasuk:

• keluaran elektrik yang diberi nilai;
• kelajuan rotor yang diberi nilai dan maksimum;
• tork berterusan dan puncak;
• voltan keluaran yang diperlukan;
• julat frekuensi penjana;
• kaedah penyejukan;
• susunan pelekap;
• antara muka aci atau pemacu terus;
• keadaan persekitaran yang dijangkakan;
• tahap perlindungan;
• topologi penukar;
• tugas operasi berterusan.

Untuk projek pacuan terus, kelajuan rotor dan tork amat penting kerana penjana mesti mengendalikan beban turbin tanpa bergantung pada kotak gear nisbah tinggi.

Untuk sistem kuasa angin kecil dan sederhana, pembungkusan, berat penjana, kos penukar dan keperluan penyelenggaraan juga boleh menjejaskan reka bentuk akhir dengan kuat.

PMSM atau PMSG: The Terminology Matters

Motor segerak magnet kekal dan penjana segerak magnet kekal adalah berdasarkan prinsip elektromagnet yang berkait rapat.

Tetapi peranan operasi mereka berbeza.

PMSM biasanya menukar tenaga elektrik kepada keluaran mekanikal.

PMSG menukar input mekanikal kepada tenaga elektrik.

Dalam turbin angin, mesin penukaran tenaga utama oleh itu lebih tepat digambarkan sebagai PMSG.

Bagi pelanggan yang membangunkan peralatan kuasa angin, persoalan penting bukan semata-mata sama ada PMSM sedia ada boleh dipasang dalam turbin.

Pendekatan yang betul adalah untuk menentukan kelajuan penjana yang diperlukan, tork, voltan, keadaan terma, antara muka mekanikal dan sistem penukar terlebih dahulu, dan kemudian mereka bentuk atau pilih mesin magnet kekal di sekeliling keperluan tersebut.

Penafian

Maklumat dalam artikel ini disediakan untuk rujukan umum sahaja. Spesifikasi produk, prestasi, pilihan konfigurasi dan kesesuaian mesti dinilai secara terperinci untuk aplikasi yang dimaksudkan dan keadaan operasi sebenar. Sebelum memilih, membeli atau menggunakan produk, sila sahkan butiran yang berkaitan dengan Jiangnan Electric dan rujuk kepada dokumentasi teknikal yang berkenaan dan spesifikasi yang dipersetujui. Artikel ini tidak menggantikan arahan khusus produk atau penilaian kejuruteraan profesional.