Файл: Разработка ветровой электростанции для промышленного.docx
Добавлен: 11.01.2024
Просмотров: 284
Скачиваний: 4
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
СОДЕРЖАНИЕ
Анализ конструкций ветрогенераторов
Выбор объекта для альтернативного электроснабжения
Дополнительно оборудование ветроэнергетической установки
Общие правила безопасности при монтаже ветроэнергетической установки
Определение технических характеристик ВЭУ
Аэродинамические параметры ВЭУ
Анализ результатов расчета характеристик ВЭУ
Применение редукторов в ветроустановках
Оценка технико-экономических показателей ВЭУ
для передачи и преобразования крутящего момента. Для преобразования вращения вала ветрогенератора используется механическая передача.
Редукторы бывают с различным типом используемой передачи:
а) Цилиндрические – самый распространенный тип редуктора за счет простоты и высокого КПД. Имеют длительный ресурс эксплуатации. Такие редукторы применяются при сложных режимах работы, для преобразования и передачи больших мощностей, эффективны при не прерывных промышленных процессах. КПД такого редуктора может достигать 98%, это зависит от его передаточного числа.
б) Червячные – редуктор называется червячным по виду червячной передачи, находящейся внутри редуктора, передающей и преобразующей крутящий момент. У таких редукторов высокое передаточное отношение, большое тепловыделение и относительно низкий КПД. При серьезных нагрузках такой тип редукторов не используется.
в) Планетарные – они имеют большую нагрузочную способность, небольшой вес, люфт и сравнительно малые габариты, а также позволяют получить большие передаточные числа.
г) Конические – этот тип редукторов применяют в том случае, если есть необходимость в изменении направления кинетической передачи. Конический редуктор имеет следующие параметры: невысокая окружная скорость, средний уровень надежности, точности и металлоемкости, сравнительно
низкая себестоимость и трудоемкость. Могут непрерывно работать при высоких оборотах.
д) Комбинированные – представляют собой сочетание зубчатых (цилиндрических и конических) и червячных передач, например, коническо- цилиндрический или червячно-цилиндрический редукторы. Они имеют выгодное соотношение технических характеристик, габаритов и стоимости.
«Безредукторные ВЭУ предусматривают установку электромагнитного подвеса ротора. Это решает ряд проблем: износ рабочих поверхностей, вибрации, шумность, затраты энергии на трение, затраты на смазочные материалы
После сравнения редукторных и безредукторных ветроэнергетических установок можно сделать вывод, что, несмотря на все свои недостатки, редукторные установки еще не скоро будут вытеснены безредукторными, но и в силу своих особенностей могут остаться конкурентоспособными еще долгое время» [5, 35, 48]
Номинальная мощность ветроэнергетической установки для автономного энергоснабжения цеха с учетом средней скорости ветра в регионе равна 15 кВт.
Площадь, занимаемая одной ветровой установкой с растяжками равна 74,7 . Для размещения ветровой электростанции в целом понадобиться
.
Параметры ветроколеса должны быть следующими:
Идеальная аэродинамическая мощность должна составлять = 8432 Вт.
Ометаемая площадь лопастей ветроколеса равна S=18,6 . Диаметр ветроколеса равен D= 5 м.
Параметры синхронного генератора для ротора и статора: Внутренний диаметр ротора ;
Расчетная длина ротора равна длине статора т. е ; Наружный диаметр ротора м;
Расчетный коэффициент полюсного перекрытия ; Ширина полюса .
Перечисленным параметрам вполне соответствует ветрогенератор типа WH6.4-5000W, который при среднегодовой скорости ветра, характерного для нашей области, должен вырабатывать 10000 Вт.
Для нагрузки столярного цеха, равной 15кВт, предполагается установка двух ветрогенераторов.
В состав ветроэнергетической установки необходимо включить дополнительные элементы, основные из которых изображены на структурной схеме системы альтернативного электроснабжения столярного цеха (рис. 3.7).
ВК — ветроколесо; Г — генератор;
В —выпрямитель;
АБ – Аккумуляторные батареи; И — инвертор; К – Контроллер; С – Сеть; Ш – общие шины; ЭП – Электрический потребитель
Рисунок 3.7 – Структурная схема альтернативного электроснабжения объекта на основе ВЭУ
Основными структурными элементами, обеспечивающими преобразование энергии ветра в электрическую, являются ветроколесо и синхронный генератор на постоянных магнитах. Для получения качественного напряжения на шинах электропотребителя ставим инвертор на полностью управляемых элементах. В настоящее время – это IGBT- транзисторы. Между инвертором и синхронным генератором предусматриваем звено постоянного тока, реализуемое за счет использования неуправляемого выпрямителя. К нему подключаем аккумуляторную батарею, управляемую микропроцессорным контроллером и обеспечивающую электроснабжение нагрузки при отсутствии ветра.
Помимо перечисленных элементов в состав ветроэнергетической установки, обеспечивающей питанием столярный цех, включаем высокоскоростной редуктор. На схеме (рис.3.7) он не показан, так как данный элемент не всегда всходит в состав ВЭУ.
Оценку работоспособности ВЭУ проведем, используя один из наиболее актуальных и универсальных исследовательских методов – математическое моделирование. Для реализации данного вида исследования необходимо сначала разработать модель ветроэнергетической установки, которая должна учитывать каталожные данные выбранного в главе 3 горизонтального ветрогенератора WH6.4-5000W.
Дифференциальное уравнение движение ветрогенератора имеет вид
, (4.1)
где – суммарный приведенный к валу генератора момент инерции, ; – механический момент ветроколеса, ;
– электромагнитный момент электрогенератора, ;
– частота вращения вала генератора, .
Выполнив подстановку , запишем уравнение (4.1) в операторной форме
. (4.2)
Структурная схема, характеризующая рабочий процесс в электроустановке, представлена на рисунке 4.1.
Рисунок 4.1 – Структурная схема ветроэнергетической установки
Найдем передаточную функцию для механической части ветрогенератора:
, (4.3)
где – результирующий момент на валу электрогенератора, создаваемый от вращения ветроколеса и действием электромагнитного момента синхронного генератора.
Умножим числитель и знаменатель выражения (4.3) на , получим следующее
Редукторы бывают с различным типом используемой передачи:
а) Цилиндрические – самый распространенный тип редуктора за счет простоты и высокого КПД. Имеют длительный ресурс эксплуатации. Такие редукторы применяются при сложных режимах работы, для преобразования и передачи больших мощностей, эффективны при не прерывных промышленных процессах. КПД такого редуктора может достигать 98%, это зависит от его передаточного числа.
б) Червячные – редуктор называется червячным по виду червячной передачи, находящейся внутри редуктора, передающей и преобразующей крутящий момент. У таких редукторов высокое передаточное отношение, большое тепловыделение и относительно низкий КПД. При серьезных нагрузках такой тип редукторов не используется.
в) Планетарные – они имеют большую нагрузочную способность, небольшой вес, люфт и сравнительно малые габариты, а также позволяют получить большие передаточные числа.
г) Конические – этот тип редукторов применяют в том случае, если есть необходимость в изменении направления кинетической передачи. Конический редуктор имеет следующие параметры: невысокая окружная скорость, средний уровень надежности, точности и металлоемкости, сравнительно
низкая себестоимость и трудоемкость. Могут непрерывно работать при высоких оборотах.
д) Комбинированные – представляют собой сочетание зубчатых (цилиндрических и конических) и червячных передач, например, коническо- цилиндрический или червячно-цилиндрический редукторы. Они имеют выгодное соотношение технических характеристик, габаритов и стоимости.
«Безредукторные ВЭУ предусматривают установку электромагнитного подвеса ротора. Это решает ряд проблем: износ рабочих поверхностей, вибрации, шумность, затраты энергии на трение, затраты на смазочные материалы
После сравнения редукторных и безредукторных ветроэнергетических установок можно сделать вывод, что, несмотря на все свои недостатки, редукторные установки еще не скоро будут вытеснены безредукторными, но и в силу своих особенностей могут остаться конкурентоспособными еще долгое время» [5, 35, 48]
- 1 ... 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Выводы к третьему разделу
Номинальная мощность ветроэнергетической установки для автономного энергоснабжения цеха с учетом средней скорости ветра в регионе равна 15 кВт.
Площадь, занимаемая одной ветровой установкой с растяжками равна 74,7 . Для размещения ветровой электростанции в целом понадобиться
.
Параметры ветроколеса должны быть следующими:
Идеальная аэродинамическая мощность должна составлять = 8432 Вт.
Ометаемая площадь лопастей ветроколеса равна S=18,6 . Диаметр ветроколеса равен D= 5 м.
Параметры синхронного генератора для ротора и статора: Внутренний диаметр ротора ;
Расчетная длина ротора равна длине статора т. е ; Наружный диаметр ротора м;
Расчетный коэффициент полюсного перекрытия ; Ширина полюса .
Перечисленным параметрам вполне соответствует ветрогенератор типа WH6.4-5000W, который при среднегодовой скорости ветра, характерного для нашей области, должен вырабатывать 10000 Вт.
Для нагрузки столярного цеха, равной 15кВт, предполагается установка двух ветрогенераторов.
В состав ветроэнергетической установки необходимо включить дополнительные элементы, основные из которых изображены на структурной схеме системы альтернативного электроснабжения столярного цеха (рис. 3.7).
ВК — ветроколесо; Г — генератор;
В —выпрямитель;
АБ – Аккумуляторные батареи; И — инвертор; К – Контроллер; С – Сеть; Ш – общие шины; ЭП – Электрический потребитель
Рисунок 3.7 – Структурная схема альтернативного электроснабжения объекта на основе ВЭУ
Основными структурными элементами, обеспечивающими преобразование энергии ветра в электрическую, являются ветроколесо и синхронный генератор на постоянных магнитах. Для получения качественного напряжения на шинах электропотребителя ставим инвертор на полностью управляемых элементах. В настоящее время – это IGBT- транзисторы. Между инвертором и синхронным генератором предусматриваем звено постоянного тока, реализуемое за счет использования неуправляемого выпрямителя. К нему подключаем аккумуляторную батарею, управляемую микропроцессорным контроллером и обеспечивающую электроснабжение нагрузки при отсутствии ветра.
Помимо перечисленных элементов в состав ветроэнергетической установки, обеспечивающей питанием столярный цех, включаем высокоскоростной редуктор. На схеме (рис.3.7) он не показан, так как данный элемент не всегда всходит в состав ВЭУ.
- 1 ... 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Оценка технико-экономических показателей ВЭУ
-
Математическое моделирование ВЭУ
Оценку работоспособности ВЭУ проведем, используя один из наиболее актуальных и универсальных исследовательских методов – математическое моделирование. Для реализации данного вида исследования необходимо сначала разработать модель ветроэнергетической установки, которая должна учитывать каталожные данные выбранного в главе 3 горизонтального ветрогенератора WH6.4-5000W.
Дифференциальное уравнение движение ветрогенератора имеет вид
, (4.1)
где – суммарный приведенный к валу генератора момент инерции, ; – механический момент ветроколеса, ;
– электромагнитный момент электрогенератора, ;
– частота вращения вала генератора, .
Выполнив подстановку , запишем уравнение (4.1) в операторной форме
. (4.2)
Структурная схема, характеризующая рабочий процесс в электроустановке, представлена на рисунке 4.1.
Рисунок 4.1 – Структурная схема ветроэнергетической установки
Найдем передаточную функцию для механической части ветрогенератора:
, (4.3)
где – результирующий момент на валу электрогенератора, создаваемый от вращения ветроколеса и действием электромагнитного момента синхронного генератора.
Умножим числитель и знаменатель выражения (4.3) на , получим следующее