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无线电电子与电气工程百科全书 基于异步电动机的风力发电厂。 无线电电子电气工程百科全书
廉价能源的问题引起了许多人的关注。 他们也没放过我。 但事实证明，麻烦才是开始。 车站的设计和施工问题几乎立即出现。 这里只是其中的一些：“使用哪种发电机？”、“在风速从2到25，甚至30 m/s的风速剧烈变化时，如何实现输出电压的稳定？” , "风完全消失后怎么办？", 在强风暴和飓风期间如何卸载风力涡轮机？", "当有风但没有使用能源时，或者相反，当需要能源但没有风时该怎么办？", "如何更有效地节省和利用多余的能源？”，最后，““风车”的哪种设计更好？”。 发电机使用汽车发电机和同步电动机。 但这两种选择都有相同的缺点：需要太高的风力涡轮机转子速度，这反过来又导致齿轮箱的齿轮比增加，从而增加风翼的尺寸。 这还增加了较大的频率不稳定性和可靠稳定输出电压的难度，并且在使用同步电机的情况下，还增加了较大的尺寸和重量。 在长期的搜索过程中，优先考虑的是基于带有鼠笼式转子的异步电机的发电机。 该发电机的优点确实令人印象深刻：体积小、重量轻、功率足够大； 无需励磁电压； 如果使用低速电机，则可以减小转子的功率； 输出频率实际上与发电机转子的转速无关。 然而，有一个显着的缺点：该发电机不能过载。 鼠笼式转子异步电动机的接通电路如图1所示。
风力发电机技术特点：
当电机转子旋转时，剩磁磁场作用在定子绕组之一上。 在这种情况下，会产生小电流，对电容器C1-C3之一进行充电。 由于电容器上的电压相位滞后90°，转子上会产生强度更大的磁场，该磁场作用于下一个绕组。 因此，下一个电容器将被充电到更高的电压。 此过程一直持续到发电机转子进入饱和状态（1...1,5 秒）。 之后，您可以打开机器B2并使用发电机产生的能量。 而且，为了使发动机在发电机模式下正常工作，负载功率应不超过发动机用作发电机时的80%。 剩余的 20% 用于维持电容器上的电压，即保持发电机运行。 如果超过这个条件，电容器上的电压将消失，这意味着电枢处的磁场也将消失，这将导致电机B2端子处的电压消失。 这几乎是立即发生的。 这有其缺点和优点。 缺点是只有消除过载原因并断开B2断路器后才能重新通电。 发生器将再次进入操作模式（1...1,5 秒后）。 之后，您可以打开B2并使用能量。 优点是发电机几乎不可能燃烧，因为其端子上的电压会在 0,1 ... 0,5 秒内立即消失。 输出电压具有正弦形状，完全适合进一步使用。 发电机的输出频率为 46...60 Hz，在大多数情况下足以满足家庭使用。 由于发电机输出电压的不稳定，需要使 稳定剂. 关于附加电容器的几句话。 该表显示了每千瓦安装电机功率的电容器电容，以及针对负载的工作 - 每千瓦负载的附加电容。 例如，有一个3千瓦的电机。 它应该连接一个总功率约为 2 kW 的无功负载（电动机、焊机...）。 同时，我们希望相间电压为 380 V，这意味着电容器 C1 的电容将为 (3x5) + (2x6) 微法。 由于C1→C2→C3，那么我们需要三个容量为30微法的电容器。 如果没有所需容量的电容器，则可以并联较小容量的电容器。 电容器应为纸质或金属纸质，电压至少为 450 V，最好为 630 V。根据我的经验，我可以说，最好打开发电机，使相间电压为 220 V，以及零相和相间电压127V。这是因为发电机正常运行时，相位不平衡不应超过45°。 此时接线可按图2所示接线。 通过该方案，可以尽可能地卸载发电机。
另外，白炽照明灯和一些加热装置最好用直流电供电。 发电机必须采用低速鼠笼式电动机。 360-720 rpm 的电机最好，但 910 rpm 的电机也可以。 这是因为转子需要以发动机护照上所示速度的两倍左右的速度旋转，并且变速箱的传动比降低。 风力涡轮机本身可以根据您方便的任何方案进行制造。 我提出以下建设。 风力发电机是Dare和Savonius转子的组合，稍作简化和细化。 工作原理如图3所示，无需解释。
风力涡轮机（图4）由风翼1、支架2和发电机本身3组成。支架是刚性混凝土并用三根拉索4加固。支架可以由木材、混凝土、金属制成。
您可以使用用于传输电力的支架或桩。 作为延长件，最好使用直径为 6 ... 9 mm 的钢缆或直径为 10 ... 12 mm 的钢丝。 贴有妊娠纹的拐杖也需要浇筑良好的混凝土。 风力发电机机翼的框架可用直径为1英寸的管材制成，其图纸如图5所示。
副翼可由直径为 6 毫米的钢筋制成。 使用直径为 2...2,5 英寸的厚壁管作为驱动轴，其下端压入长度为 300...400 mm 的轴。 轴的下端开有用于滑轮的凹槽。 轴承采用球形轴承，带有品牌 2000810 的锥形夹具和相应的轴承座。 组装后，机翼必须保持平衡。 组装好的机翼可以以任何方便的方式连接到支架上，但最主要的是紧固足够刚性和可靠。 实验发现，包裹机翼的最佳材料是厚度为80…120微米的聚乙烯薄膜。 它足够坚固，重量轻且便宜，并且允许您放弃制动机构，顺便说一句，这在该设备中是不可接受的，因为机翼会在强风中被摧毁。 需要用几层保鲜膜覆盖，用烙铁穿过一块聚丙烯薄膜在接缝处焊接。 我建议你先练习焊接。 焊缝必须均匀且牢固。 当然，机翼可以用其他材料覆盖，例如帆布、胶合板甚至金属，但您需要考虑一种可以在强风中卸载它的装置。 由于机翼质量增加，不建议用金属或胶合板覆盖。 框架本身可以由硬铝制成，这会减轻其重量，但这种材料更昂贵。 还测试了截面为50x50毫米的松木板条制成的机翼，但结果不太好，因为它在第一场强风中就被吹成了碎片。 变速箱用于驱动发电机轴。 您可以使用任何系统的变速箱，但蜗轮除外。 正如已经提到的，发电机轴必须以大约两倍的速度旋转，而风力发电机轴在风速为500 m/s的情况下以5 rpm的速度旋转。 因此，用作发电机的发动机受到限制。 360 rpm 电机可能是最佳选择，但也可以使用 720 rpm 电机。 当使用910转发动机时，需要将机翼的高度增加500毫米。 不建议增加机翼的宽度，因为这会降低转速，也不应该减小，因为随着转速的增加，功率会大大下降，而且下降规律是非-线性。 选择齿轮箱时，应遵循以下规则：对于风力发电机机翼的标称转速，需要取500 rpm的值，该值对应于5 m/s的风速，电机轴转速增加2,3，则通过简单的计算就可以得到透射系数 使用皮带减速机将发电机固定到支架上的选项如图 6 所示。 支架本身很容易使用六个螺柱连接到支架上。 有了齿轮减速机，安装就容易多了。
我不建议将风力涡轮机轴做得太长，因为它很容易扭曲。 风力涡轮机的安装必须在无风天气下使用安全带和安装爪进行。 整个结构必须接地。 接地电阻应不大于2欧姆。 在脚下需要安装一个柜子，其中需要放置电容器C1-C3、自动机B1-B2、二极管V1-V6、稳压器、控制机、四节电池和强大的电压转换器，以在工作期间提供电力。平静的时光。 自动控制根据负载和风速提供电源电路的切换。 强大的电压转换器在发电机空闲时为电池充电，并在无风或发电机电压非常低时由电池供电。 当无风且电池放电时，自动控制从标准网络提供电源。 不幸的是，自动控制和强大的电压转换器不包括在本文的范围内。 连接发电机和动力柜的电缆必须是三相的，芯线截面不大于4mm2。 用于将机柜连接到消费者的电缆可以是相同的。 接地总线的横截面必须至少为 12 mm2。 注意力！ 所有电气装置的安装工作必须在 B1 机器关闭且电容器 C1-C3 放电的情况下进行。 许多问题仍然没有得到解决。 例如，如何储存未使用的能量，以便在平静的时候使用？ 普通铅电池和碱性电池没有表现出最佳效果。 希望读者也对这个问题感兴趣，还是会找到解决办法的。 该发电机可以连接到内燃机并用作镇流器发电机。 然而，这种发动机的燃料仍然需要购买，而且这并不是很有利可图。 各相中电容器的电容（以每 1 kW 功率微法为单位）如下表所示：
作者：V.V. 奇尔卡
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