காற்றாலை மின்னாக்கிகள் மற்றும் மின் உற்பத்தியில் அவை செயல்படும் விதம்

காற்றாலை மின்னாக்கிகள் மற்றும் மின் உற்பத்தியில் அவை செயல்படும் விதம்

காற்றாலை ஆற்றல் என்பது பல்வேறு நாடுகளில் மிகவும் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் மூலங்களில் ஒன்றாகும். ஏனெனில், இது ஏராளமாகவும், ஒப்பீட்டளவில் தூய்மையாகவும் இருப்பதுடன், சிறிய மற்றும் பெரிய அளவுகளில் பயன்படுத்தப்படக்கூடியதாகவும் உள்ளது. ஒரு காற்றாலையின் எளிமையாகத் தோன்றும் சுழலும் இறக்கைகளுக்குப் பின்னால் ஒரு சிக்கலான மின்னியந்திர அமைப்பு உள்ளது. அதன் மிக முக்கியமான கூறுகளில் ஒன்று மின்னாக்கி ஆகும். ஒரு காற்றாலை மின்னாக்கி, சுழலியின் சுழற்சியிலிருந்து கிடைக்கும் இயந்திர ஆற்றலை மின் ஆற்றலாக மாற்றுகிறது. இந்த ஆற்றலை வீடுகள், தொழிற்சாலைகள் பயன்படுத்தவும், மின் கட்டமைப்புக்கு விநியோகிக்கவும் முடியும். இந்தக் கட்டுரை, காற்றாலை மின்னாக்கி என்றால் என்ன, அதன் வகைகள் மற்றும் மின் உற்பத்தியில் அது எவ்வாறு செயல்படுகிறது என்பதைப் பற்றி விவாதிக்கிறது.

1. காற்றாலைகளில் மின்னாக்கிகளின் பங்கு

காற்றாலைகள் அடிப்படையில் படிப்படியான ஆற்றல் மாற்றத்தின் தத்துவத்தில் இயங்குகின்றன:

1. காற்றின் இயக்க ஆற்றல் இறக்கைகளைத் தள்ளுவதால் சுழலி சுழல்கிறது.
2. ரோட்டரின் சுழற்சியானது, ஷாஃப்ட் மற்றும் டிரான்ஸ்மிஷன் அமைப்புக்கு (கியர்பாக்ஸுடன் அல்லது கியர் பாக்ஸ் இல்லாமல் இருக்கலாம்) அனுப்பப்படுகிறது.
3. மின்னாக்கியானது, மின்காந்தத் தூண்டல் கொள்கையின் மூலம் தண்டு சுழற்சியின் இயந்திர ஆற்றலை மின் ஆற்றலாக மாற்றுகிறது.
4. பின்னர், உற்பத்தி செய்யப்படும் மின்சாரம், மின்கட்டமைப்பிற்குப் பயன்படுத்தப்படுவதற்கு அல்லது விநியோகிக்கப்படுவதற்கு முன்னர், மின்னழுத்தம் மற்றும் அதிர்வெண் தரநிலைகளுக்கு இணங்குவதற்காக ஆற்றல் மின்னணுவியல் அமைப்பால் சீரமைக்கப்படுகிறது.

மின்னாக்கி இல்லாமல், ஒரு காற்றாலை என்பது வெறுமனே சுழலும் ஒரு இயந்திர சாதனமாக மட்டுமே இருக்கும். காற்றாற்றலைப் பயன்படுத்தக்கூடிய மின்சாரமாக மாற்றும் முதன்மைப் பாலம் மின்னாக்கி ஆகும்.

2. மின்னாக்கி செயல்பாட்டின் அடிப்படைக் கொள்கை: மின்காந்தத் தூண்டல்

காற்றாலை மின்னாக்கிகள் ஃபாரடேயின் மின்காந்தத் தூண்டல் விதியின் அடிப்படையில் செயல்படுகின்றன. சாராம்சத்தில், சுருளில் உள்ள காந்தப் பாயம் மாறும் போது ஒரு மின்னழுத்தம் உருவாகிறது. பொதுவாக, ஒரு மின்னாக்கியில் இரண்டு முக்கிய பாகங்கள் உள்ளன:

ரோட்டார்: சுழலும் பாகம், பொதுவாக ஒரு நிரந்தர காந்தம் அல்லது புலச் சுருளைக் கொண்டிருக்கும்.
ஸ்டேட்டர்: தூண்டப்பட்ட மின்னழுத்தம் உருவாக்கப்படும் சுருள்களைக் கொண்ட நிலையான பகுதி.

ரோட்டர் சுழலும்போது, ​​அதன் காந்தப்புலம் ஸ்டேட்டர் சுருள்களைத் துண்டித்து, மாறுதிசை மின்னோட்டத்தை (AC) உருவாக்குகிறது. இந்த மாறுதிசை மின்னோட்டம் பின்னர் பயன்பாட்டிற்கு முன் ஒழுங்குபடுத்தப்பட்டு சரிசெய்யப்படுகிறது.

3. காற்றாலை மின்னாக்கிகளை ஆதரிக்கும் அமைப்பு கூறுகள்

ஒரு காற்றாலையில் மின்னாக்கி உகந்த முறையில் செயல்படுவதற்கு, பல முக்கிய துணைக்கூறுகள் உள்ளன:

1. சுழலி இறக்கை மற்றும் மையம்: காற்றாற்றலைப் பிடிக்கின்றன.
2. பிரதான தண்டு (main shaft): ரோட்டரின் சுழற்சியைக் கடத்துகிறது.
3. கியர்பாக்ஸ் (சில வகைகளில்): ஜெனரேட்டரின் தேவைகளுக்கு ஏற்ப, ரோட்டரின் சுழற்சியை ஒப்பீட்டளவில் மெதுவானதிலிருந்து வேகமானதாக அதிகரிக்கிறது.
4. மின்னாக்கி: சுழற்சியை மின்சாரமாக மாற்றுகிறது.
5. கன்வெர்ட்டர்/இன்வெர்ட்டர்: மின் பண்புகளை (மின்னழுத்தம்/அதிர்வெண்) மாற்றி, அவை நிலையானதாகவும் மின்கட்டமைப்புக்கு இணக்கமானதாகவும் இருக்குமாறு செய்கிறது.
6. மின்மாற்றி: மின்னழுத்தத்தை அதிகரித்து, அதைத் திறமையாகக் கடத்த உதவுகிறது.
7. கட்டுப்பாட்டு அமைப்பு: விசையாழியின் திசை (யாவ்), பிளேடு பிட்ச் கோணம், சுழற்சி வேகம் மற்றும் பாதுகாப்பு ஆகியவற்றை ஒழுங்குபடுத்துகிறது.

காற்றின் வேகம் மாறுவதால் காற்றாலை மின் உற்பத்தி ஏற்ற இறக்கத்துடன் காணப்படும் என்பதைக் கவனத்தில் கொள்ள வேண்டும். எனவே, நிலையான மின் உற்பத்திக்கு ஆற்றல் மின்னணுவியல் மற்றும் கட்டுப்பாட்டு அமைப்புகள் இன்றியமையாதவை.

4. காற்றாலைகளில் உள்ள மின்னாக்கிகளின் வகைகள்

காற்றாலைகளில் பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படும் பல வகையான மின்னாக்கிகள் உள்ளன. மின்னாக்கியின் வகையைத் தேர்ந்தெடுப்பதில், விசையாழியின் அளவு, செயல்திறன் தேவைகள், செலவு மற்றும் பராமரிப்பின் சிக்கலான தன்மை ஆகியவை செல்வாக்கு செலுத்துகின்றன.

அ) தூண்டல் மின்னாக்கி (ஒத்திசைவற்ற மின்னாக்கி)
தூண்டல் மின்னாக்கிகள், தொடக்ககாலக் காற்றாலை நிறுவல்களிலும், எளிமைக்கு முக்கியத்துவம் அளிக்கும் சில கருத்தாக்கங்களிலும் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

மிகை:
– எளிய மற்றும் உறுதியான கட்டுமானம்
– ஒப்பீட்டளவில் எளிதான பராமரிப்பு
– குறைந்த செலவுகள்

பற்றாக்குறை:
– எதிர்வினை ஆற்றல் தேவைப்படுகிறது (பொதுவாக மின் கட்டமைப்பு அல்லது மின்தேக்கியிலிருந்து).
கூடுதல் அமைப்புகள் இல்லாமல் வேகக் கட்டுப்பாடு நெகிழ்வுத்தன்மை குறைவாக இருக்கும்.
மாறுபடும் வேக நிலைகளில் செயல்திறன் குறைவாக இருக்கலாம்

நவீன தொழில்நுட்பம் பெருகிவரும் வகையில் மாறுபடும் வேகத் தீர்வுகளை நோக்கி நகர்ந்து வந்தாலும், தூண்டல் மின்னாக்கிகள், குறைந்த சிக்கலான கட்டுப்பாடுகளைக் கொண்ட மின்கட்டமைப்புடன் இணைக்கப்பட்ட அமைப்புகளுக்குப் பொருத்தமானவை.

b) இரட்டை ஊட்டம் பெற்ற தூண்டல் மின்னாக்கி (DFIG)
DFIG என்பது பயன்பாட்டு அளவிலான (பெரிய) காற்றாலைகளில் உள்ள தூண்டல் மின்னாக்கியின் மிகவும் பிரபலமான ஒரு வகையாகும், ஏனெனில் இது மாற்றி 100% சக்தியைக் கையாளத் தேவையில்லாமல், மாறுபடும் வேகத்தில் செயல்பட அனுமதிக்கிறது.

ஒரு DFIG-இல், ஸ்டேட்டர் நேரடியாக மின்கட்டமைப்புடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளது, அதே சமயம் ரோட்டார் (ஸ்லிப் ரிங்குகள் வழியாக) கன்வெர்ட்டருடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளது. வெளியீட்டு மின்னழுத்தம் மற்றும் அதிர்வெண்ணைக் கட்டுப்படுத்த, கன்வெர்ட்டர் ரோட்டார் மின்னோட்டத்தை ஒழுங்குபடுத்துகிறது.

மிகை:
– மாறுபடும் வேகச் செயல்பாடு (காற்றாலை ஆற்றலை மிகவும் திறமையாகப் பெறுதல்)
– இந்த மாற்றியின் அளவு, முழுமையான மாற்றி அமைப்பைக் காட்டிலும் சிறியது.
– மேம்பட்ட செயல் மற்றும் எதிர்வினை ஆற்றல் கட்டுப்பாடு

பற்றாக்குறை:
– ஸ்லிப் ரிங்குகளைப் பயன்படுத்துதல் (அதிக பராமரிப்பு தேவைப்படும்)
– அமைப்பு ரீதியாக மிகவும் சிக்கலானது

விலை மற்றும் செயல்திறனுக்கு இடையே ஒரு நல்ல சமநிலையை வழங்குவதால், DFIG ஒரு பிரபலமான தேர்வாக மாறி வருகிறது.

c) ஒத்திசைவு ஜெனரேட்டர் (Synchronous Generator)
ஒத்திசைவு மின்னாக்கிகள் நிரந்தர காந்த மின்னாக்கிகளை (PMSGகள்) அல்லது புலச் சுருள்களைப் பயன்படுத்தலாம். PMSGகள் நவீன வடிவமைப்புகளில், குறிப்பாக கியர்பாக்ஸ் இல்லாத (நேரடி இயக்க) விசையாழிகளில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

மிகை:
– உயர் செயல்திறன், குறிப்பாக PMSG
குறைந்த வேகத்திலும் சிறப்பாகச் செயல்பட முடியும்
– நேரடி இயக்கத்திற்கு ஏற்றது, எனவே இயந்திர பாகங்கள் குறைக்கப்படுகின்றன.

பற்றாக்குறை:
– ஒரு பவர் கன்வெர்ட்டர் (பொதுவாக ஒரு முழுமையான கன்வெர்ட்டர்) தேவைப்படுகிறது.
நிரந்தர காந்தங்கள் செலவை அதிகரிக்கின்றன மற்றும் அவை பயன்படுத்தப்படும் பொருளைச் சார்ந்துள்ளன.
– மேலும் சிக்கலான கட்டுப்பாட்டு அமைப்புகள் மற்றும் ஆற்றல் மின்னணுவியல்

PMSG-களைக் கொண்ட நேரடி இயக்க டர்பைன்கள் பொதுவாக அமைதியானவையாகவும், குறைவான கியர்பாக்ஸ் பராமரிப்பைக் கோருபவையாகவும் இருக்கும், ஆனால் அவற்றின் ஆரம்பச் செலவுகள் அதிகமாக இருக்கலாம்.

5. மின் உற்பத்தியில் காற்றாலை மின்னாக்கி செயல்படும் விதம் (படி படியாக)

இதை இன்னும் தெளிவுபடுத்த, ஒரு காற்றாலை விசையாழியின் காற்றிலிருந்து மின்சாரம் தயாரிக்கும் செயல்முறை இதோ:

1. காற்று பிளேடைச் சுழற்றுகிறது.
பிளேடுகளின் காற்றியக்க வடிவம் தூக்குவிசையை உருவாக்குகிறது, இது ரோட்டரைச் சுழலச் செய்கிறது. பிட்ச் அமைப்பு உகந்த பாதுகாப்பிற்காக பிளேடு கோணத்தைச் சரிசெய்கிறது.

2. சுழற்சியானது தண்டுக்குக் கடத்தப்படுகிறது.
ரோட்டார் பிரதான தண்டை இயக்குகிறது. ரோட்டாரின் சுழற்சி வேகம் பொதுவாகக் குறைவாக இருக்கும் (எ.கா., பெரிய டர்பைன்களில் 10–20 ஆர்பிஎம்).

3. கியர்பாக்ஸ் ஆர்பிஎம்-ஐ அதிகரிக்கிறது (ஏதேனும் இருந்தால்)
பல டர்பைன்கள், குறிப்பிட்ட ஜெனரேட்டருக்கு ஏற்றவாறு வேகத்தை நூற்றுக்கணக்கான அல்லது ஆயிரக்கணக்கான ஆர்பிஎம் வரை அதிகரிக்க ஒரு கியர்பாக்ஸைப் பயன்படுத்துகின்றன. நேரடி இயக்க டர்பைன்களில், இந்த படிநிலை தவிர்க்கப்படுகிறது.

4. மின்னாக்கி இயந்திர ஆற்றலை மாறுதிசை மின்சாரமாக மாற்றுகிறது.
ஜெனரேட்டர் ரோட்டார் சுழல்வதால் ஸ்டேட்டரில் காந்தப் பாயத்தில் மாற்றம் ஏற்பட்டு, அதன் விளைவாக ஏசி மின்னழுத்தம் உருவாகிறது.

5. பவர் எலக்ட்ரானிக்ஸ் மின்சாரத்தை நிலைப்படுத்துகிறது
டர்பைனின் வேகம் மாறும்போது, ​​ஜெனரேட்டரின் வெளியீட்டு அதிர்வெண்ணும் மின்னழுத்தமும் மாறுகின்றன. கன்வெர்ட்டர்/இன்வெர்ட்டர் இதை, பொருத்தமான பண்புகளுடன் (எ.கா., 50 ஹெர்ட்ஸ் அல்லது 60 ஹெர்ட்ஸ் மற்றும் ஒரு குறிப்பிட்ட மின்னழுத்தம்) மின்சாரமாக மாற்றுகிறது.

6. மின்மாற்றி மின்னழுத்தத்தை அதிகரிக்கிறது
மின் பரிமாற்றத்தின் போது ஏற்படும் மின் இழப்புகளைக் குறைப்பதற்காக மின்னழுத்தம் அதிகரிக்கப்படுகிறது. பின்னர் அந்த மின்சாரம் மின்கட்டமைப்பிற்கு விநியோகிக்கப்படுகிறது அல்லது உள்ளூரில் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

7. கட்டுப்பாடும் பாதுகாப்பும் செயல்பாடுகளைப் பத்திரமாக வைத்திருக்க உதவுகின்றன.
காற்றின் வேகம் மிகவும் அதிகரிக்கும்போது, ​​பாதுகாப்பு காரணங்களுக்காக இந்த அமைப்பு மின் உற்பத்தியைக் குறைக்கும் (பிட்சிங்) அல்லது டர்பைனை நிறுத்திவிடும் (கட்-அவுட்). மேலும், இந்த அமைப்பு மின்னழுத்த ஏற்றங்கள், சமநிலையின்மைகள் மற்றும் மின்கட்டமைப்பு இடையூறுகள் ஆகியவற்றிலிருந்தும் பாதுகாக்கிறது.

6. மின்னாக்கியின் செயல்திறன் மற்றும் அதன் செயல்பாட்டைப் பாதிக்கும் காரணிகள்

ஒரு காற்றாலை மின்னாக்கியின் செயல்திறன், பின்வரும் பல காரணிகளால் பாதிக்கப்படுகிறது:

– காற்றின் வேகம்: காற்றாலை ஆற்றலானது, காற்றின் வேகத்தின் கன அளவுக்கு விகிதாசாரத்தில் அதிகரிக்கிறது, எனவே சிறிய மாற்றங்கள் கூட பெரிய தாக்கத்தை ஏற்படுத்துகின்றன.
– விசையாழி வடிவமைப்பு (பிட்ச், ரோட்டார் விட்டம்): எவ்வளவு காற்றாற்றலைப் பெற முடியும் என்பதைத் தீர்மானிக்கிறது.
– ஜெனரேட்டர் வகை மற்றும் கட்டுப்பாடு: நவீன கன்வெர்ட்டர்களுடன் கூடிய மாறுபடும் வேக அமைப்புகள், பல்வேறு காற்று நிலைகளில் பொதுவாக அதிக செயல்திறன் மிக்கவையாக இருக்கின்றன.
– இயந்திர ரீதியான இழப்புகள்: உதாரணமாக, கியர்பாக்ஸ், தாங்கு உருளைகள் மற்றும் கிளட்ச் ஆகியவற்றில் ஏற்படும் இழப்புகள்.
– மின் இழப்புகள்: சுருளில் ஏற்படும் தாமிர இழப்புகள், உள்ளகம் மற்றும் மாற்றியில் ஏற்படும் காந்த இழப்புகள்.
– வெப்பநிலை மற்றும் பராமரிப்பின் தரம்: அதிகப்படியான வெப்பம் செயல்திறனைக் குறைப்பதோடு, பாகங்களின் சிதைவையும் துரிதப்படுத்துகிறது.

நடைமுறையில், எல்லா காற்றாலை ஆற்றலையும் மின்சாரமாக மாற்ற முடியாது. பெட்ஸ் வரம்பு (Betz Limit) எனப்படும் ஒரு கோட்பாட்டு வரம்பு உள்ளது. அதன்படி, காற்றின் ஆற்றலில் அதிகபட்சமாக சுமார் 59,3% மட்டுமே சுழலியால் (rotor) கைப்பற்றப்பட முடியும். மீதமுள்ள ஆற்றல், கொந்தளிப்பு மற்றும் காற்றோட்டமாக இழக்கப்படுகிறது; இந்தக் காற்றோட்டம் விசையாழியைக் கடந்து தொடர்ந்து நகர்ந்துகொண்டே இருக்க வேண்டும்.

7. முடிவுரை

காற்றாலை மின்னாக்கி என்பது, மின்காந்தத் தூண்டல் மூலம் இயந்திரச் சுழற்சியை மின் ஆற்றலாக மாற்றும் ஒரு முக்கிய அங்கமாகும். தூண்டல் மின்னாக்கி முதல் நேரடி மின்னாக்கி (DFIG), நிரந்தர காந்த ஒத்திசைவு மின்னாக்கி வரை பல்வேறு வகையான மின்னாக்கிகள், செயல்திறன், செலவு, பராமரிப்பின் எளிமை மற்றும் கட்டுப்பாட்டுத் தேவைகள் ஆகியவற்றுக்கு இடையேயான ஒரு சமரசத்தின் அடிப்படையில் தேர்ந்தெடுக்கப்படுகின்றன. நவீன காற்றாலைப் பண்ணைகளில், மாறிவரும் காற்றின் நிலைகளுக்கு மத்தியிலும் நிலையான மின்சாரத்தை உற்பத்தி செய்வதற்காக, இந்த மின்னாக்கியானது ஒரு கியர்பாக்ஸ் (அல்லது நேரடி இயக்கி), கட்டுப்பாட்டு அமைப்பு மற்றும் ஆற்றல் மின்னணுவியல் ஆகியவற்றுடன் இணைந்து செயல்படுகிறது. மூலப்பொருட்கள் தொழில்நுட்பம், ஆற்றல் மின்னணுவியல் மற்றும் கட்டுப்பாட்டு அமைப்புகளில் ஏற்பட்டுள்ள முன்னேற்றங்களால், காற்றாலை மின்னாக்கிகள் தொடர்ந்து அதிக செயல்திறன் மிக்கதாகவும் நம்பகமானதாகவும் மாறி வருகின்றன. இது, தூய்மையான மற்றும் நீடித்த ஆற்றல் எதிர்காலத்திற்கான ஒரு முக்கிய தீர்வாகக் காற்றாலை ஆற்றலின் பங்கை வலுப்படுத்துகிறது.

நீங்கள் விரும்பினால், இந்தக் கட்டுரையை பள்ளி/கல்லூரி கட்டுரை பாணிக்கு ஏற்ப மாற்றி அமைக்கலாம், ஒரு செயல்முறை வரைபடத்தைச் சேர்க்கலாம், அல்லது சிறிய அளவிலான (மின்சார இணைப்பு இல்லாத) காற்றாலைகள் குறித்த ஒரு சிறப்புப் பகுதியைச் சேர்க்கலாம்.