발전기의 속도를 어떻게 고정합니까?

지정된 주파수에서 전력을 생산 해야하는 경우 발전기의 로터가 지정된 속도 (rpm)로 회전하는지 확인해야합니다. 그러나 증기 나 물로 회전시킬 때이 속도를 어떻게 제어합니까? 발전기를 회전시키는 기계적 힘이 어떻게 든 균형을 이루어야합니다. 이것이 정확히 어떻게 이루어 집니까?

전기적으로

일부 시스템은이를 전기적으로 수행합니다. 발전기는 DC를 생성하거나 가변 주파수 AC를 정류하여 DC를 만든 다음 인버터가 원하는 AC 주파수를 만듭니다. 보다 현대적인 소형 풍력 터빈에서 일반적입니다.

기계적으로

다른 시스템은 원하는 주파수를 얻도록 기계적으로 제어됩니다. 사용 된 메커니즘을 주지사 라고합니다 . 대부분의 간단한 기계 조정기는 정확하지 않으므로 그리드 연결 장치로는 충분하지 않습니다. 아래 단락과 유사한 방식으로 기계적으로 작동하는보다 정확한 거버너를 만드는 것도 가능합니다. 이들은 일반적으로 내연 기관에 사용됩니다.

피드백

또 다른 접근 방식이며 아마도 가장 일반적인 방법은 일종의 피드백을 얻는 것입니다. 마이크로 컨트롤러는 생성되는 주파수를 모니터링하고 올바른 형태의 주파수를 얻기 위해 어떤 형태의 서보를 통해 기계 시스템을 조정합니다. 예를 들어, 수문을 열고 닫아 터빈을 통한 물 흐름을 조정할 수 있습니다. 보다 복잡한 시스템은 게이트 게이트와 터빈 블레이드를 모두 조정하여 출력 주파수를 바꾸면서 올바른 주파수를 유지할 수 있습니다.

그리드 동기 작동

경우에 따라 전혀 필요하지 않을 수도 있습니다. 석탄 발전소 근처의 주 그리드에 연결된 소형 풍력 터빈이 있다면 그냥 연결하고 잊어 버릴 수 있습니다. 발전소의 거대한 터빈은 계통 주파수를 안정화시키고 풍력 터빈의 회전 속도를 고정시킵니다. 바람이 더 강하게 불면 더 많은 전류가 흐르고 역률이 약간 바뀝니다. 점점 더 많은 풍력 터빈이 추가됨에 따라 발전소를 운영하는 사람들은 이것에 대해 점점 덜 행복해질 것이므로 그리드 운영자는 결국 그것을 금지 할 것입니다.

지정된 주파수에서 전력을 생산 해야하는 경우 발전기의 로터가 지정된 속도 (rpm)로 회전하는지 확인해야합니다.

아닙니다. 반드시 그런 것은 아닙니다. 많은 풍력 발전기는 이중 공급 유도 발전기 (DFIG)를 사용하며 로터 권선을 제어하여 주파수를 조절할 수 있습니다.

그들은 한 주파수에서 다른 주파수로 전력을 변환 할 수 있습니다. 즉, 로터가 너무 느리게 작동하더라도 50/60 Hz를 생성 할 수 있습니다. 이것은 로터 코일에 AC 전류를 주입하여 수행됩니다. 이를 달성하는 제어 시스템은 또한 기계적 회전 속도를 증가 또는 감소시키는 다른 수단으로서 터빈의 피치 각도를 변경할 수있다.

자세한 내용 은이 EE 답변을 참조하십시오 .

그러나 증기 나 물로 회전시킬 때이 속도를 어떻게 제어합니까?

회전 속도가 너무 높은 상황이있을 수 있으며 DFIG가이를 처리 할 수 ​​있지만 위 그림에 표시된 피치 각도 제어와 같은 결합 된 접근 방식을 사용하는 것이 가장 좋습니다.

그러나 불가피한 결론은 그 순간에 많은 양의 기계 에너지 원이 있고 부하 수요가 매우 적 으면 발전기를 그리드에서 분리해야한다는 것입니다. 그리드를 "가지고 있지 않다면"저전력 수요를 공급할 수있는 백업 전원이 있어야합니다. 이는 일반적으로 인버터를 통한 디젤 발전기 또는 태양 광 발전을 의미합니다.

그것이 주지사의 목적입니다.

기계식 버전은 원심력 또는 송풍기를 사용하여 속도가 너무 높아질 때 스로틀 / 흡입구를 작동시켜 엔진 속도를 늦추는 장치입니다.

RPM 센서와 전자 제어식 스로틀 / 흡입 장치를 사용하여 전자식으로 만들 수 있습니다.

발전기 설계에 대한 나의 (제한된) 경험에서는 여러 가지 요소를 살펴 봐야합니다.

• 기계식 입력 속도 (터빈, 휠 등)

• 기계적 입력의 힘

• 출력 전압

• 출력 전류

• 출력 전력 (전압 및 전류에 따라 다르지만 일반적으로 피크 전력 지점에서이를 최대화하려는 경우)

대부분의 경우 유지하려는 것은 일정한 전압 출력이며 전기 부하에 따라 다릅니다. 높은 전류는 출력을 떨어 뜨립니다.

셋업시 샤프트 속도 (어떤 이유로 든)에만 신경을 씁니다. 이를 수행하는 두 가지 방법이 있습니다 : 입력 전원 제어 또는 출력 전원 제어.

기계 출력이 항상 출력보다 더 크다는 것을 알고 있다면 거버너 또는 유사한 장치를 사용하여 속도를 일정하게 유지하기 위해 샤프트 전원을 제한 할 수 있습니다. 간단한 방법으로 입력 전원을 제어합니다.

기계식 입력이 더 높다고 보장 할 수없는 경우 어떤 방식 으로든 출력 전력을 제한해야합니다. 샤프트 피드백을 고정 된 값으로 유지하기 위해 PID 피드백 컨트롤러를 통해 출력 전류를 제어하는 ​​곳에서 작업했습니다. 그러나 그것은 DC 시스템에 있었고, 우리는 높은 공급 시간 동안 전류를 공급하고 더 낮은 공급 시간 동안 끌 수있는 큰 배터리를 가지고있었습니다.

이것은이 방법이 아니다 되어 수행하지만이 방법의 수 일 : 속도를 조절하기 위해 부하를 다릅니다.

입력 전원의 크기가 모든 조건에서 정상 부하에 대해 충분한 전력을 제공 할 수 있도록 크기가 정상인로드 외에 (잠재적으로 매우 큰) 보조로드 뱅크를 상상할 수 있습니다. 헤드가 일반적인 결정 요인이기 때문에 하이드로 셋업에는 완전히 생각할 수 없습니다. 그런 다음, 부하와 입력이 변화함에 따라, 보조 뱅크는 발전기의 총 수요가 원하는 지점에서 출력 주파수를 유지하는 입력에 대한 기계적 부하를 생성하도록 제어됩니다.

그리고 아닙니다. 이것은 심각한 제안은 아니지만 할 수 있습니다.