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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Planta de energía eólica basada en un motor eléctrico asíncrono. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Fuentes alternativas de energía Los problemas de la energía barata excitan las mentes de muchos. A mí tampoco me perdonaron. Pero, como se vio después, el problema es el comienzo. Los problemas en el diseño y la construcción de la estación surgieron casi de inmediato. Estos son solo algunos de ellos: "¿Qué generador usar?", "¿Cómo lograr la estabilidad del voltaje de salida con fuertes cambios en el viento, cuya velocidad varía de 2 a 25, o incluso 30 m / s?" , "¿Qué hacer cuando el viento desaparece por completo?", ¿Cómo descargar un aerogenerador durante fuertes tormentas y huracanes?", "¿Qué hacer en los casos en que hay viento, pero no se utiliza energía o, por el contrario, cuando se necesita energía, pero no hay viento?", "¿Cómo para ahorrar y utilizar el exceso de energía de manera más eficiente?" y, finalmente, "¿Qué diseño del "molino de viento" es mejor?". Tanto los generadores de automóviles como los motores síncronos se utilizaron como generadores. Pero ambas opciones tienen el mismo inconveniente: se necesita una velocidad de rotor de aerogenerador demasiado alta, y esto, a su vez, conduce a un aumento en la relación de transmisión de la caja de engranajes y, por lo tanto, a un aumento en las dimensiones del ala eólica. A esto se suma también una gran inestabilidad de frecuencia y la dificultad de una estabilización fiable de la tensión de salida, y en el caso de utilizar un motor síncrono, también de grandes dimensiones y peso. Durante una larga búsqueda, se dio preferencia a un generador basado en un motor asíncrono con rotor en jaula de ardilla. Las ventajas de este generador son realmente impresionantes: pequeñas dimensiones y peso con una potencia suficientemente grande; sin necesidad de voltaje de excitación; si usa un motor de baja velocidad, entonces se puede reducir la potencia del rotor; la frecuencia de salida es prácticamente independiente de la velocidad de rotación del rotor del generador. Sin embargo, existe un inconveniente importante: este generador no se puede sobrecargar. El circuito para encender un motor asíncrono con un rotor de jaula de ardilla se muestra en la Fig. 1.
Características técnicas del aerogenerador:
Cuando el rotor del motor gira, el campo magnético residual actúa sobre uno de los devanados del estator. En este caso, surge una pequeña corriente eléctrica que carga uno de los condensadores C1-C3. Debido al hecho de que la fase del voltaje en el capacitor se retrasa 90 °, surge un campo magnético de una magnitud ya mayor en el rotor, que actúa sobre el siguiente devanado. En consecuencia, el siguiente condensador se cargará con un voltaje más alto. Este proceso continúa hasta que el rotor del generador entra en saturación (1...1,5 s). Después de eso, puede encender la máquina B2 y usar la energía generada por el generador. Además, para el funcionamiento normal del motor en modo generador, la potencia de carga no debe ser superior al 80% del motor utilizado como generador. El 20% restante se usa para mantener el voltaje en los capacitores, es decir manteniendo el generador en marcha. Si se supera esta condición, desaparecerá la tensión en los condensadores, lo que significa que también desaparecerá el campo magnético en la armadura, lo que provocará la desaparición de la tensión en los terminales de la máquina B2. Y sucede casi al instante. Esto tiene su desventaja y su ventaja. La desventaja es que la reenergización solo es posible cuando se elimina la causa de la sobrecarga y se apaga el interruptor automático B2. El generador entrará de nuevo en el modo de funcionamiento (después de 1...1,5 s). Después de eso, puede encender B2 y usar energía. La ventaja es el hecho de que el generador es casi imposible de quemar, ya que el voltaje en sus terminales desaparece instantáneamente, dentro de 0,1 ... 0,5 s. El voltaje de salida tiene una forma sinusoidal y es totalmente adecuado para su uso posterior. La frecuencia de salida del generador es de 46...60 Hz, que en la mayoría de los casos es suficiente para uso doméstico. Debido a la inestabilidad del voltaje a la salida del generador, fue necesario realizar estabilizador. Algunas palabras sobre condensadores adicionales. La tabla muestra la capacitancia de los condensadores por kilovatio de potencia instalada del motor, y para el trabajo con carga: capacitancia adicional por kilovatio de carga. Por ejemplo, hay un motor de 3 kW. Se supone que debe conectarle una carga reactiva (motor eléctrico, máquina de soldar...) con una potencia total de aproximadamente 2 kW. Al mismo tiempo, queremos 380 V entre las fases, esto significa que la capacitancia del capacitor C1 será (3x5) + (2x6) microfaradios. Como C1 \u2d C3 \u30d C450, necesitamos tres condensadores con una capacidad de 630 microfaradios. Si no hay un capacitor de la capacitancia requerida, entonces se pueden conectar capacitores de una capacitancia menor en paralelo. Los capacitores deben ser de papel o papel metálico para una tensión de mínimo 220 V, y preferiblemente de 127 V. Por mi experiencia puedo decir que lo mejor es encender el generador para tensión entre fases de 45 V, y entre cero y fase XNUMX V. Esto se debe a que para el funcionamiento normal del generador, el desequilibrio de fase no debe exceder los XNUMX °. El cableado en este caso se puede hacer de acuerdo con el diagrama que se muestra en la Fig. 2. Con este esquema, es posible descargar el generador tanto como sea posible.
Además, es mejor alimentar las lámparas de iluminación incandescente y algunos dispositivos de calefacción con corriente continua. El generador debe utilizar un motor de jaula de ardilla de baja velocidad. Un motor de 360-720 rpm es mejor, pero uno de 910 rpm servirá. Esto se debe a la necesidad de girar el rotor a aproximadamente el doble de la velocidad indicada en el pasaporte del motor y a una disminución en la relación de transmisión de la caja de cambios. La turbina eólica en sí se puede hacer de acuerdo con cualquier esquema conveniente para usted. Propongo la siguiente construcción. La turbina eólica es una combinación de rotores Dare y Savonius, ligeramente simplificada y refinada. El principio de funcionamiento se muestra en la Fig. 3 y no necesita explicación.
El aerogenerador (Fig. 4) consta de un ala eólica 1, un soporte 2 y el propio generador 3. El soporte está rígidamente hormigonado y reforzado con tres cables de tensión 4. El soporte puede ser de madera, hormigón o metal.
Puedes utilizar un soporte que sirva para transmitir electricidad, o una pila. Como extensiones, es mejor usar un cable de acero con un diámetro de 6 ... 9 mm o un alambre de acero con un diámetro de 10 ... 12 mm. Las muletas para las que se unen las estrías también deben estar bien hormigonadas. El marco de las alas de una turbina eólica puede estar hecho de tuberías con un diámetro de 1 pulgada, su dibujo se muestra en la Fig. 5.
Los alerones se pueden fabricar a partir de una barra de acero con un diámetro de 6 mm. Se utilizó un tubo de paredes gruesas con un diámetro de 2...2,5 pulgadas como eje impulsor, con un eje de 300...400 mm de largo presionado en su extremo inferior. Se hace una ranura para la polea en el extremo inferior del eje. Se toman rodamientos esféricos con abrazaderas cónicas marca 2000810 con sus correspondientes alojamientos. Después del montaje, el ala debe estar equilibrada. El ala ensamblada se une al soporte de cualquier manera conveniente, pero lo principal es que la fijación sea lo suficientemente rígida y confiable. Se encontró experimentalmente que el mejor material para envolver el ala es una película de polietileno con un espesor de 80 ... 120 micrones. Es lo suficientemente fuerte, liviano y económico, y le permite abandonar el mecanismo de freno, que, por cierto, es inaceptable en este dispositivo, ya que el ala se destruirá con vientos fuertes. Es necesario cubrir con una envoltura de plástico en varias capas, soldando las costuras con un soldador a través de una película de polipropileno. Te recomiendo que practiques soldar primero. La costura soldada debe ser uniforme y fuerte. El ala, por supuesto, se puede cubrir con otros materiales, como lona, madera contrachapada o incluso metal, pero debe pensar en un dispositivo que le permita descargarlo con vientos fuertes. No se recomienda cubrir con metal o madera contrachapada debido al aumento de la masa del ala. El marco en sí puede estar hecho de duraluminio, lo que reducirá su peso, pero este material es más caro. También se probó un ala hecha de listones de pino de 50x50 mm de sección, pero el resultado no fue muy bueno, ya que se voló en pedazos durante el primer viento fuerte. Se utiliza una caja de cambios para impulsar el eje del generador. Puede usar una caja de cambios de cualquier sistema, excepto un engranaje helicoidal. Como ya se mencionó, el eje del generador debe girar aproximadamente al doble de la velocidad, y el eje de la turbina eólica gira a una velocidad de 500 rpm con una velocidad del viento de 5 m/s. De ahí la restricción sobre los motores utilizados como generador. Un motor de 360 rpm podría ser la mejor opción, pero también se puede usar un motor de 720 rpm. Cuando utilice un motor de 910 rpm, debe aumentar la altura del ala en 500 mm. No se recomienda aumentar el ancho del ala, ya que esto reducirá la velocidad de rotación, tampoco debe reducirse, ya que al aumentar la velocidad de rotación, la potencia disminuirá considerablemente y la ley de disminución no es lineal. Al seleccionar una caja de cambios, debe guiarse por la siguiente regla: para la velocidad nominal del ala de la turbina eólica, debe tomar el valor de 500 rpm, que corresponde a una velocidad del viento de 5 m/s, la velocidad del eje del motor aumenta en 2,3, luego por cálculos simples obtenemos el coeficiente de transmisión La opción de fijación del generador al soporte mediante una correa reductora se muestra en la Fig.6. El soporte en sí es fácil de unir al soporte usando seis pernos. Con un reductor de engranajes, el montaje es mucho más fácil.
No recomiendo hacer el eje del aerogenerador demasiado largo, ya que simplemente se puede torcer. La instalación del aerogenerador debe realizarse con tiempo tranquilo utilizando cinturones de seguridad y garras de montaje. Toda la estructura debe estar conectada a tierra. La resistencia de puesta a tierra no debe ser superior a 2 ohmios. Al pie, debe instalar un gabinete en el que es necesario colocar condensadores C1-C3, autómatas B1-B2, diodos V1-V6, un estabilizador de voltaje, una máquina de control, cuatro baterías y un potente convertidor de voltaje para proporcionar electricidad durante tiempos de calma El control automático proporciona la conmutación de los circuitos de alimentación en función de la carga y la velocidad del viento. Un potente convertidor de voltaje proporciona carga de batería mientras el generador está inactivo, así como suministro de energía de las baterías en ausencia de viento o un voltaje muy bajo en el generador. Cuando no hay viento y las baterías están descargadas, el control automático proporciona alimentación desde la red estándar. Desafortunadamente, el control automático y un potente convertidor de voltaje no están incluidos en el alcance de este artículo. El cable utilizado para conectar el generador y el armario de potencia debe ser trifásico con una sección de núcleo no superior a 4 mm2. Los cables utilizados para conectar el gabinete a los consumidores pueden ser los mismos. El bus de tierra debe tener una sección transversal de al menos 12 mm2. ¡Atención! Todos los trabajos de instalación de instalaciones eléctricas deben realizarse con la máquina B1 apagada y los condensadores C1-C3 descargados. Muchos problemas aún no se han podido resolver. Por ejemplo, ¿cómo almacenar la energía no utilizada para poder utilizarla en momentos de calma? Las pilas ordinarias de plomo y alcalinas no dieron los mejores resultados. Espero que los lectores también se interesen en este problema, y aún así se encontrará una solución. Este generador se puede conectar a un motor de combustión interna y usarse como generador de lastre. Sin embargo, todavía es necesario comprar combustible para tales motores, y esto no es muy rentable. Las capacidades de los condensadores incluidos en las fases, en microfaradios por 1 kW de potencia, se dan en la tabla:
Autor: V. V. Chirká
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