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电流传感器在风力涡轮机的应用

风是空气团交换的结果,主要由太阳辐射效应形成的局部甚或大面积温差而引起。诸如森林、高山和建筑等障碍物会产生影响风速持久变化的湍流。风力涡轮机的转子将风中所含的能量转换为转动(动)能,从而驱动发电机产生电流。

风能以及由此可以使用的量与风速的立方成正比。在由转子直径而计算出的转子面积和从流经该面积的风而产生的能量之间还存在着一个简单的相关关系。当风速超出一个固定限值时,为了避免机械和/或电气过载,风能涡轮机必须配有功率控制器。一般来说,发电机的额定功率是一个必须给予关注的阈值电平。

还有一个同样重要的功率控制原因。为了给电网提供持续的电能,尽管风速每秒都在变化,使发电机以最佳状态运行还是必要的。

涡轮机使用各种功率控制。控制程度可以通过转子叶片被动或主动实现。被动限制可以通过一种特殊形状的单转子叶片而实现。在一定的风速下,使转子转动的气流突然消失(所谓的失速),转子也停止转动(失速控制)。

现在的大型风力涡轮机通常采用主动功率控制系统来调节转子叶片处于其纵向轴内(节距控制)。通过调节与转子平面有关的叶片角度,可能控制的不仅仅是发电机功率。在较高风速下,转子叶片可以转子快速停止的方式扭转。小功率电气驱动器通常用于这种用途。在某些逆变器内,小型和PCB安装电流传感器应用非常广泛。这些传感器是转换器闭环控制的一部分,因此可以快速反应。当与发电机的智能功率控制同时使用时,可以确保在风能涡轮机(WET)启动之后在一个很宽的风速范围内为电网提供持续功率,直到涡轮机在上限风速时停机为止。

偏航控制

转子一直与风向垂直很重要。有两个原因,一是可以确保风流经过最大转子面积,因而从风中获得最多能量;第二个原因是通过确保转子叶片在每次旋转中不会来回伸缩,从而避免转子叶片的非均匀负载。

商用大型风力涡轮机通常称为迎风机,即转子面对塔前面的风,但这是一个不稳定的状态。因此,整流罩和转子必须通过电动机的作用积极地转到风的方向。此外,制动器还可用于确保整流罩不会由于风向小的短时间改变而发生扭转。为了对驱动器进行最佳定位,各个转换器内的传感器对电流进行连续测量。电路控制器的质量和反应时间最终由电流传感器的设计和性能而确定。这就是具有小电流额定值的闭环电流传感器应用在这种场合的原因。

除了具有极好的线性度以及因此的极好精确度之外,闭环电流传感器本身还具有高带宽以及快速的反应时间等优点。闭环电流传感器的原理在[3]中予以描述。

从风中获得电能并将其送进主网。风力涡轮机制造商已经开发了用于该种用途的具有竞争力的系统。实际上,每台风力涡轮机都配有一台异步发电机或一台同步发电机。

通过应用闭环原理,可实现一种快速反应传感器,从而为逆变器内的功率半导体器件提供短路保护-对于维护困难而费用又昂贵的近海区风能涡轮机来说,这一优点不可估量。

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