Генераторы ветроустановок

Принцип действия любого ветрогенератора 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 нём электрический ток. Генератор состоит из двух основных элементов — статора и ротора. Обмотка одного из них (например, статора) является тем проводником, в котором наводится электрический ток, а другой (ротор) состоит из постоянных магнитов или заменяющей их обмотки, создающей магнитное поле.

Если магнитное поле создаётся постоянными магнитами или протекающим по роторной обмотке постоянным током, то в обмотке статора будет индуцироваться переменный ток частоты f₁, равной частоте вращения вала генератора f_s. Если ротор имеет n магнитов или возбуждающих обмоток, то выполняется равенство nf_s=f₁. Такой генератор называется синхронным генератором переменного тока, частота которого жёстко связана с частотой вращения ротора.

Распространённым 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. При этом разность фаз тока статора и ротора такова, что происходит преобразование механической энергии, вращающей ротор, в электрическую энергию (напряжение) статора.

Если ротор, имеющий n возбуждающих обмоток, вращается с частотой f_s и при этом в обмотках индуцируется ток частотой f₂, то на выходе генератора частота тока равна f₁=f₂-nf_s. Коэффициент скольжения s=(f₁-f_s)/f₁ у генераторов отрицателен, если же генератор работает в режиме электродвигателя, коэффициент скольжения положителен. Значение s у генераторов обычно меньше 10%.

Для создания в момент запуска генератора, когда ещё отсутствует ток в статоре, начального магнитного поля в роторе обычно используют один из следующих методов:

• магнитное поле создают посторонним источником тока, например от электросети, к которой подключен генератор. Достоинствами метода являются его простота, дешевизна и безопасность, т.к. на генераторе отсутствует напряжение, если он отключен от сети;
• генератор самовозбуждается посредством замыкания обмотки статора через конденсатор на землю. В этом случае ротор или статор должен обладать остаточным магнетизмом, создающим начальный ток, т.к. конденсатор лишь обеспечивает необходимый для работы генератора сдвиг фаз. Кроме того, для работы и управления таким генератором можно использовать вспомогательный синхронный ненератор, включённый 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.

Генераторы постоянного тока по принципу действия являются 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 с помощью выпрямителей. В свою очередь и переменный ток с заданными напряжением и частотой можно получить от источника постоянного тока с помощью инверторов.