Yo! Come fornitore di trasformatori del vento, spesso mi viene chiesto delle basi teoriche dietro questi incredibili pezzi di tecnologia. Quindi, ho pensato di abbatterlo per te in questo post sul blog.
Cominciamo con le basi. Un trasformatore di vento è un componente chiave nei sistemi di generazione di energia eolica. Il suo compito principale è intensificare o abbassare la tensione dell'elettricità prodotta dalle turbine eoliche. Ma per capire come lo fa, dobbiamo scavare in alcune teorie elettriche fondamentali.
Induzione elettromagnetica
Al centro di ogni trasformatore, compresi i trasformatori del vento, c'è il principio dell'induzione elettromagnetica. Questo è stato scoperto da Michael Faraday nel XIX secolo. Afferma che quando un conduttore viene inserito in un campo magnetico in evoluzione, nel conduttore viene indotta una forza elettromotrice (EMF).
In un trasformatore di vento, abbiamo due bobine di filo: la bobina primaria e la bobina secondaria. Queste bobine sono avvolte attorno a un nucleo fatto di materiale magnetico, di solito ferro. Quando una corrente alternata (AC) scorre attraverso la bobina primaria, crea un campo magnetico in evoluzione nel nucleo. Questo cambiamento magnetico in evoluzione induce quindi un EMF nella bobina secondaria.
La relazione tra il numero di turni nelle bobine primarie e secondarie e le tensioni indotte è data dall'equazione del trasformatore:
$ V_p / v_s = n_p / n_s $
Laddove $ v_p $ è la tensione nella bobina primaria, $ v_s $ è la tensione nella bobina secondaria, $ n_p $ è il numero di turni nella bobina primaria e $ n_s $ è il numero di turni nella bobina secondaria.
Questa equazione ci dice che se vogliamo intensificare la tensione (aumenta $ v_s $), dobbiamo avere più giri nella bobina secondaria rispetto alla bobina primaria ($ n_s> n_p $). Al contrario, se vogliamo abbassare la tensione, abbiamo bisogno di meno giri nella bobina secondaria ($ n_s <n_p $).
Perché calpestare o dimettersi?
Potresti chiederti perché dobbiamo intensificare o abbassare la tensione in un sistema di alimentazione eolica. Bene, tutto si riduce all'efficienza e alla trasmissione.
Quando una turbina eolica genera elettricità, la tensione è generalmente relativamente bassa. Ma per un'efficace trasmissione a distanza di elettricità, dobbiamo aumentare la tensione. Questo perché la perdita di potenza in una linea di trasmissione è data da $ p_ {perdita} = i^{2} r $, dove $ i $ è l'attuale fluire attraverso la linea e $ r $ è la resistenza della linea. Aumentando la tensione, possiamo ridurre la corrente (poiché $ p = vi $, dove $ p $ è il potere) e quindi ridurre la perdita di potenza durante la trasmissione.
D'altra parte, quando l'elettricità raggiunge la sua destinazione, come un'area residenziale o un impianto industriale, dobbiamo abbassare la tensione a un livello sicuro e utilizzabile. Ecco dove entrano il passo - trasformatori.
Tipi di trasformatori del vento
Esistono diversi tipi di trasformatori di vento, ciascuno progettato per applicazioni specifiche. Alcuni sono simili ad altri tipi di trasformatori che potresti avere familiarità, come ilTrasformatore fotovoltaico,Trasformatore rettificatore, ETrasformatore di distribuzione.
- Generatore - trasformatori laterali: Questi sono collegati direttamente ai generatori della turbina eolica. La loro funzione principale è quella di aumentare l'elettricità a bassa tensione generata dalle turbine a un livello di media tensione adatto alla raccolta e alla distribuzione locali all'interno del parco eolico.
- Trasformatori di sottostazioni: Si tratta di trasformatori più grandi situati nella sottostazione del parco eolico. Aumentano l'elettricità di media tensione dal generatore - trasformatori laterali a un livello di tensione elevato per la trasmissione a distanza lunga alla griglia.
- Grid - Transformers di connessione: Questi trasformatori vengono utilizzati per collegare il parco eolico alla rete elettrica esistente. Assicurano che la tensione e la frequenza dell'elettricità dal parco eolico corrispondano a quelle della rete.
Design e materiali del nucleo
Il nucleo di un trasformatore di vento svolge un ruolo cruciale nelle sue prestazioni. Come accennato in precedenza, di solito è fatto di ferro o altri materiali magnetici. La scelta del materiale centrale e del suo design possono influire sull'efficienza, le dimensioni e il costo del trasformatore.
- Core laminati: La maggior parte dei trasformatori del vento usa core laminati. Le laminazioni sono sottili fogli di materiale magnetico che sono isolati l'uno dall'altro. Questo aiuta a ridurre le perdite di corrente parassita. Le correnti parassite sono correnti circolanti indotte nel nucleo stesso dal cambiamento magnetico in evoluzione. Usando i nuclei laminati, possiamo rompere queste correnti parassite e ridurre al minimo le perdite di potenza associate.
- Nuclei di metallo amorfo: In alcuni trasformatori di vento ad alta efficienza, vengono utilizzati nuclei di metallo amorfo. I metalli amorfi hanno una struttura atomica disordinata, che offre loro perdite di core più basse rispetto ai tradizionali nuclei di ferro laminati. Tuttavia, sono più costosi, quindi vengono generalmente utilizzati in applicazioni in cui l'alta efficienza è una priorità assoluta.
Sistemi di raffreddamento
I trasformatori del vento generano calore durante il funzionamento a causa delle perdite di potenza nelle bobine e nel nucleo. Per garantire il loro funzionamento affidabile ed efficiente, sono richiesti sistemi di raffreddamento adeguati.
- Olio - trasformatori raffreddati: Molti trasformatori di vento sono raffreddati all'olio. Il trasformatore è riempito con uno speciale olio isolante che non solo fornisce isolamento elettrico, ma aiuta anche a trasferire calore lontano dalle bobine e dal nucleo. L'olio viene diffuso attraverso un sistema di raffreddamento, che può includere radiatori o scambiatori di calore, per dissipare il calore nell'ambiente circostante.
- Aria - trasformatori raffreddati: In alcuni casi, in particolare per i trasformatori di vento più piccoli o in aree in cui i sistemi raffreddati a olio non sono adatti, vengono utilizzati sistemi raffreddati. Questi trasformatori hanno pinne o altre strutture di dissipazione del calore sulla loro superficie esterna e i ventilatori vengono utilizzati per soffiare aria su queste superfici per rimuovere il calore.
Conclusione
Quindi, eccolo qui: le basi teoriche dei trasformatori del vento. Dall'induzione elettromagnetica alla trasformazione della tensione, alla progettazione del nucleo e ai sistemi di raffreddamento, ogni aspetto di questi trasformatori si basa su principi elettrici e magnetici ben consolidati.
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Riferimenti
- Grover, FW (1946). Calcoli di induttanza: formule di lavoro e tabelle. Pubblicazioni di Dover.
- Chapman, SJ (2012). Fondamenti di macchinari elettrici. McGraw - Hill Education.
- Fitzgerald, AE, Kingsley, C., Jr. e Umans, SD (2003). Macchinari elettrici. McGraw - Hill Education.
