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풍력 터빈 발전기 원리
풍력 터빈은 두 가지 주요 구성 요소로 이루어져 있습니다. 하나는 풍력 터빈 날개 구조이고, 다른 하나는 오늘 소개할 전기를 생산하는 풍력 터빈 발전기입니다.
rpm 발전기는 풍력 에너지에 의해 생성된 기계적 회전력을 통해 공급할 수 있는 전기로 변환하는 데 사용되며 모든 풍력 시스템의 핵심입니다.
원동기에서 생성된 회전 기계 동력을 가정용 전력 및 조명 응용 제품에 사용하거나 배터리를 충전하는 데 유용한 전력으로 변환하는 것은 다음과 같은 주요 유형의 회전 전기 기계중 하나를 사용하여 수행할 수 있습니다.
풍력 발전 시스템에서 일반적으로 Dynamo이라고도 하는 직류 (DC) 기계, 교류 발전기라고도 알려진 교류 (AC) 동기 기계, 교류 (AC) 유도 기계, 일컬어 Alternator를 사용합니다.
이 모든 전기 기계는 패러데이의 전자기 유도 법칙에 따라 작동하는 전기 기계 장치입니다. 즉, 자속과 전류 또는 전하 흐름의 상호 작용을 통해 작동합니다.
이 프로세스는 가역적이므로 같은 기계를 기존의 전기 모터로 사용하여 전력을 기계 전력으로 변환하거나, 기계 전력을 다시 전력으로 변환하는 발전기로 사용할 수 있습니다.
풍력 터빈 응용 분야에 가장 일반적으로 사용되는 전기 기계는 발전기 역할을 하는 기계로, 대형 풍력 터빈 발전기 시스템에서 일반적으로 사용되는 동기식 발전기 및 유도 발전기입니다.
일반적으로 소형 또는 집에서 만든 풍력 터빈은 작고 저렴하며 연결하기가 훨씬 쉬우므로 저속 DC 발전기 또는 Dynamo를 사용하는 경향이 있습니다.
따라서 풍력 발전에 사용할 수 있는 발전기의 유형이 달라집니다. 간단한 대답은 모두 예와 아니오입니다. 모두 원하는 시스템 및 응용 프로그램 유형에 따라 다릅니다.
발전기 또는 구형 발전기의 저전압 DC 출력은 배터리를 충전하는 데 사용할 수 있으며 교류 발전기의 높은 AC 정현파 출력은 로컬 그리드에 직접 연결할 수 있습니다.
또한, 출력 전압 및 전력 수요는 전적으로 보유하고 있는 어플라이언스와 사용 방법에 따라 다릅니다.
풍력 터빈 발전기의 위치는 풍력 자원이 장기간 지속해서 회전하도록 유지하거나 발전기 속도 및 따라서 사용 가능한 바람의 변화에 따라 출력이 위아래로 변합니다.
풍력 터빈 발전기는 전기 에너지로 기계적 에너지로 변환하여 전기를 만드는 것입니다.
여기서 명확히 하자면, 로터 블레이드를 회전시키는 데 사용되는 기계적 에너지의 양보다 에너지를 생성하거나 더 많은 전기 에너지를 생성하지 않습니다.
발전기에 가해지는 "부하" 또는 전기 수요가 클수록 로터를 돌리는 데 더 많은 기계적 힘이 필요합니다. 이것이 발전기가 다른 크기로 제공되고 다른 양의 전기를 생산하는 이유입니다.
"풍력 터빈 발전기"의 경우, 바람이 터빈의 블레이드에 직접 밀려 바람의 선형 운동으로 발전기 로터를 회전시키는 데 필요한 회전 운동으로 변환하고 바람이 세게 밀수록 더 전기에너지를 생성할 수 있습니다.
바람에서 가능한 한 많은 에너지를 추출하기 위해 좋은 풍력 터빈 블레이드 설계를 갖는 것이 중요합니다. 모든 전기 터빈 발전기는 전기 코일을 지나 자기장을 이동시키는 효과로 작동합니다.
전자가 전기 코일을 통해 흐르면 그 주위에 자기장이 생성됩니다. 마찬가지로 자기장이 와이어 코일을 지나갈 때 패러데이의 자기 유도 법칙에 정의된 대로 코일에 전압이 유도되어 전자가 흐르게 됩니다.
그런 다음 자석을 와이어의 단일 루프를 지나 이동함으로써 자석의 자기장으로 인해 와이어 루프 내에서 기전력으로 알려진 전압이 유도되는 것을 볼 수 있습니다.
전압이 와이어 루프를 통해 유도되면 전자 흐름 형태의 전류가 전기를 생성하는 루프 주위로 흐르기 시작합니다.
그러나 단일 개별 와이어 루프 대신 같은 전자에 여러 루프를 감아 와이어 코일을 형성하면 훨씬 더 많은 전압과 전류가 같은 양의 자속에 대해 생성될 수 있습니다.
이는 자속이 더 많은 와이어를 가로질러 더 큰 기전력를 생성하고 이것이 패러데이의 전자기 유도 법칙의 기본 원리이며 AC 발전기는 이 원리를 사용하여 풍력 터빈 또는 수력 터빈의 회전과 같은 기계적 에너지를 변환하기 때문입니다.
정현파를 생성하는 전기 에너지로. 따라서 발전에 대한 세 가지 주요 요구 사항이 있으며, 해당 세 가지 요구 사항은 코일 또는 도체 세트, 자기장 시스템, 도체와 필드의 상대 운동입니다.
그러면 와이어 코일이 더 빨리 회전할수록 코일에 의해 자속이 차단되는 변화율이 커지고 코일 내에서 유도된 기전력가 커집니다.
마찬가지로 자기장이 강해지면 유도된 기전력과 같은 회전 속도로 증가합니다. 또한, 생성된 전압의 극성은 자속 자선의 방향과 도체의 이동 방향에 따라 달라집니다.
이 문제에 대한 두 가지 기본 유형의 발전기 및 교류 발전기가 있습니다. 영구 자석 발전기와 두 가지 주요 부품인 고정자 및 회 전자로 구성된 상처 장 발전기입니다.
고정자는 기계의 "고정" 부분이며 전자석을 생성하는 전기 권선 세트 또는 설계 내 영구 자석 세트를 가질 수 있습니다. 로터는 "회전"하는 기계 일부입니다.
다시 말하지만, 회전자는 회전하는 출력 코일 또는 영구 자석을 가질 수 있습니다. 일반적으로 풍력 터빈 발전기에 사용되는 발전기 및 교류 발전기는 전자석 또는 영구 자석 중 자기를 생성하는 방법에 따라 정의됩니다.
두 유형의 실제 장단점은 없습니다. 시장에 나와 있는 대부분의 주거용 풍력 터빈 발전기는 터빈 발전기 설계에 영구 자석을 사용하며, 일부는 전자기 코일을 사용하지만, 기계의 회전에 따라 필요한 자기장을 생성합니다.
이러한 고강도 자석은 일반적으로 네오디뮴 철 또는 사마륨 코발트와 같은 희토류 재료로 만들어지므로 계자 권선이 일정한 자기장을 제공할 필요가 없으므로 더 간단하고 견고한 구조로 이어집니다.
권 선형 권선은 자기력을 다양한 풍속과 일치시키는 장점이 있지만 필요한 자기장을 생성하려면 외부 에너지원이 필요합니다.
이제 발전기가 원동기라고 하는 로터 블레이드에 의해 생성된 기계적 토크와 일부 전기 부하 간에 에너지 변환 수단을 제공한다는 사실을 알고 있습니다.
풍력 터빈 발전기와 로터 블레이드의 기계적 연결은 간단한 직접 구동이 가능한 메인 샤프트를 통해 이루어지거나, 기어 박스를 사용하여 블레이드의 회전 속도에 비례하여 발전기 속도를 높이거나 낮춤으로써 이루어집니다.
기어 박스를 사용하면 발전기 속도를 터빈 속도와 더 잘 일치시킬 수 있지만 기어 박스를 사용하는 단점은 기계 부품으로서 마모가 발생하여 시스템의 효율성이 감소한다는 것입니다.
그러나 직접 구동은 더 간단하고 효율적일 수 있지만, 발전기 로터 샤프트와 베어링은 로터 블레이드의 전체 중량과 회전력을 받습니다.
정확한 원리를 알아보니 글이 어려워졌지만, 물리 법칙으로 간단히 설명하면 운동에너지를 전기에너지를 바꾸는 방식을 활용한 것이 풍력 터빈 발전기입니다.
우리가 자전거로도 전기를 생성 가능한 것을 뉴스나 만화에서 많이 접해 봤을 텐데, 그 부분이랑 비슷하다고 생각하면 될 거 같습니다.
하지만 발전기의 구조 원리를 심오하게 찾아보며 공부해보면서, 이러한 풍력 발전의 성과는 많은 과학자와 연구진들이 일궈낸 성과라는 것을 깨달았습니다.