En dobbeltfodet induktionsgenerator, som navnet antyder, er en 3-faset induktionsgenerator, hvor både rotor- og statorviklingerne tilføres med 3-faset AC-signal. Den består af flerfasede viklinger placeret på både rotor- og statorlegemerne. Den består også af en flerfaset glideringsenhed for at overføre strøm til rotoren. Det bruges typisk til at generere elektricitet i vindmøllegeneratorer.
Før vi går i detaljer om en Double Fed Induction Generator, der bruges i vindmøllegeneratorer, skal vi have en kort idé om elproduktion ved hjælp af vindenergi.
Som vi allerede er bekendt med, er vindenergi for nylig en af de mest anvendte vedvarende energikilder. Store vindmøller bringes til at rotere i henhold til vindens blæser, og der genereres derfor elektricitet. Generelt arbejder vindmøllegeneratorerne i en række vindhastigheder mellem hastigheden (minimumsvindhastighed, der kræves for at generatoren skal oprette forbindelse til elnettet) og afskærehastigheden (maksimal vindhastighed, der kræves for at generatoren kan afbryde strømnettet ).
4 typer vindmøllegeneratorer:
- Type 1: Den består af en egerninduktionsgenerator, der er forbundet direkte til elnettet. Det bruges til et lille interval af vindhastighed.
- Type 2: Den består af en AC-DC-AC-konverter ud over induktionsgeneratoren, før den tilsluttes elnettet.
- Type 3: Den består af en induktionsgenerator med indviklet rotor, der er forbundet direkte til nettet, hvor rotorens hastighed justeres ved hjælp af en reostat.
- Type 4: Den består af en dobbelt Fed induktionsgenerator forbundet direkte til nettet, hvor rotorhastigheden justeres ved hjælp af back to back-konvertere.
Grundlæggende introduktion til elproduktion fra vindenergi ved hjælp af Double Fed Induction Generator.
DFIG består af en 3-faset sårrotor og en 3-faset sårstator. Rotoren tilføres et 3-faset vekselstrømssignal, som inducerer en vekselstrøm i rotorviklingerne. Når vindmøllerne roterer, udøver de mekanisk kraft på rotoren, hvilket får den til at rotere. Når rotoren roterer, roterer det magnetiske felt, der produceres på grund af vekselstrømmen, også med en hastighed, der er proportional med frekvensen af vekselstrømssignalet, der påføres rotorviklingerne. Som et resultat passerer en konstant roterende magnetisk flux gennem statorviklingerne, som forårsager induktion af vekselstrøm i statorviklingen. Rotationshastigheden for statormagnetfeltet afhænger således af rotorhastigheden såvel som frekvensen af vekselstrømmen, der tilføres rotorviklingerne.
Det grundlæggende krav til elproduktion ved hjælp af vindenergi er at producere vekselstrømssignal med konstant frekvens uanset vindhastighed. Med andre ord bør frekvensen af vekselstrømsignalet genereret over statoren være konstant uanset rotorhastighedsvariationerne. For at opnå dette skal frekvensen af vekselstrømsignalet, der påføres rotorviklingerne, justeres.
Et vindkraftanlæg, der bruger dobbeltfødt induktionsgenerator
Frekvensen af rotorens vekselstrømssignal øges, når rotorhastigheden falder og har positiv polaritet og omvendt. Således bør rotorsignalets frekvens justeres, således at statorsignalfrekvensen er lig med netværkslinjefrekvensen. Dette gøres ved at justere fasesekvensen for rotorviklingerne således, at rotormagnetfeltet er i samme retning som generatorrotoren (i tilfælde af faldende rotorhastighed) eller i modsat retning som generatorrotoren (i tilfælde af stigende rotorhastighed ).
Hele systemet består af to back-to-back-omformere - en maskinsidekonverter og en gittersidekonverter, der er forbundet i systemets feedback-loop. Maskinsidekonverteren bruges til at styre de aktive og reaktive kræfter ved at kontrollere d-q-komponenterne i rotoren og også maskinens drejningsmoment og hastighed. Netsidekonverteren bruges til at opretholde en konstant jævnstrømsforbindelse og sikrer enhedens effektfaktordrift ved at gøre den reaktive effekt trukket fra forsyningsnettet til nul. En kondensator er forbundet mellem de to omformere, således at den fungerer som en energilagringsenhed. Dette back to back arrangement tilvejebringer en fast spænding med fast frekvens output uanset generatorens variable frekvens, variabel spænding. Andre anvendelser af induktionsgeneratorerne er fly-hjul-energilagringssystemer, pumpekraftværker, kraftomformere, der fodrer et jernbanenet fra det offentlige net, hvor frekvensen er fast.
Lidt lidt viden om hele vindkraftanlægget
Hele systemet består af følgende komponenter:
Arbejdsprincippet for en dobbeltfødt induktionsgenerator
- En vindmølle: Vindmøllen er typisk en ventilator bestående af 3 knive, der roterer, når vinden rammer den. Rotationsaksen skal være justeret med vindretningen.
- Gearkasse: Det er et mekanisk system med høj præcision, der bruger en mekanisk metode til at konvertere energi fra en enhed til en anden.
- Dobbelt Fed induktionsgenerator: Det er en elektrisk generator, der bruges til at konvertere mekanisk energi til elektrisk energi, som er i form af variabel frekvens.
- Grid Side Converter: Det er et AC-DC-omformerkredsløb, der bruges til at levere en reguleret DC-spænding til inverteren. Det bruges til at opretholde en konstant DC-forbindelsesspænding.
- Rotor Side Converter: Det er en DC-AC inverter, der bruges til at levere kontrolleret vekselspænding til rotoren.
5 grunde til, at vindkraftproduktion foretrækkes med dobbelt induktionsmotor
- Konstant frekvensudgangssignal til nettet uanset den variable rotorhastighed.
- Lav effektklassificering krævet til de elektriske elektroniske enheder og dermed lave omkostninger ved kontrolsystem.
- Effektfaktor styres, dvs. opretholdes på enhed.
- Elproduktion ved lav vindhastighed.
- Elektronisk el-konverter skal håndtere brøkdelen af den samlede belastning, dvs. 20-30%, og prisen på denne konverter er også lav end i tilfælde af andre typer generatorer.
Noget at tænke på!
Alt hvad jeg har givet er en grundlæggende introduktion om vindkraftproduktion ved hjælp af en dobbeltfodet induktionsgenerator. Giv derefter dine synspunkter om de forskellige styreteknikker til styring af vekselstrømsignalet, der føres til rotoren.
Billedkreditter: Et vindkraftanlæg, der bruger dobbeltfodet induktionsgenerator af Labvolt
