Principiul de calcul al puterii active (P), reactive (Q) şi aparentă (S)

Am să vă prezint în cele ce urmează un articol despre: puterea activă (P), reactivă (Q) şi aparentă (S). De fapt în acest articol voi încerca să explic principiul de baza pentru calculul acestor puteri. După cum ştiţi curentul electric alternativ şi tensiunea alternativă, în cazul ideal trec prin valoarea “0″ simultan, dar practic nu e aşa. Bobinele şi condensatorii din circuit influenţează acest lucru aducând o întârziere între curent şi tensiune.
Dacă avem o sursa de tensiune V, un curent i si o sarcina pur rezistiva R, deci avem un circuit pur rezistiv.

Forma de undă a tensiunii si curentului in timp :

După cum se poate vedea forma de undă a curentului şi a tensiunii trece prin valoarea zero simultan, deci pentru un circuit pur rezistiv “φ” reprezintă defazajul dintre curent şi tensiune, în acest caz φ este 0° , deci cos φ = 1 şi sin φ = 0 . Deci factorul de putere este egal cu cosinusul unghiului de defazaj dintre tensiune si curent, putând varia în intervalul (0 , 1).

Forma de undă a puterii pentru un circuit pur rezistiva va fi:

Inlocuind sarcina rezistiva cu o sarcina inductiva vom avea un circuit pur inductiv:

Forma de undă a tensiunii şi curentului in timp va fi :

Forma de unda a curentului si a tensiunii trece prin valoarea zero defazat cu un unghi φ de 90° , deci cos φ = 0 şi sin φ = 1 .

Forma de unda a puterii pentru un circuit pur inductiv va fi:

Înlocuind sarcina inductivă cu o sarcină capacitivă vom avea un circuit pur capacitiv:

Forma de undă a tensiunii şi curentului în timp va fi :

Forma de undă a curentului şi a tensiunii trec prin valoarea zero defazat cu un unghi φ de 90° , deci cos φ = 0 şi sin φ = 1 .

Forma de undă a puterii pentru un circuit pur inductiv va fi:

În cazul în care avem o sarcina R-L

φ devine o variabila si atunci puterea creste invers proporţional cu sarcina rezistiva.

P – puterea activa sau putere reala [W- wati]
Q – puterea reactiva [VAR- volt amper reactiv]
S – puterea aparenta [VA- volt amper]
u – tensiunea [V-volti]
i- curentul [A-amperi]
φ- unghiul de defazaj dintre curent si tensiune.
Teorie:

Se consideră că tensiunea şi curentul sunt mărimi sinusoidale, descrise de expresiile:

Se defineşte ca fiind puterea instantanee, p(t), produsul valorilor instantanee ale tensiunii şi curentului:

Unitatea de măsură a puterii instantanee este watt [W].
Presupunând că mărimile sunt alternative sinusoidale, între valorile maxime şi efective există relaţiile:

Puterea instantanee se poate scrie sub forma:

în care se observă importanţa valorilor efective ale mărimilor alternative, pentru exprimarea puterii transmise în regim sinusoidal. Pe baza relaţiei de mai sus, se poate afirma că puterea instantanee este reprezentată de o componentă sinusoidală, de amplitudine

care oscilează cu o pulsaţie dublă faţă de pulsaţiile tensiunii şi curentului,

, în jurul unei valori medii egale cu

Se defineşte puterea activă sau puterea reală, P, ca fiind valoarea medie a puterii instantanee, pe o perioadă, sau pe un număr întreg de perioade:

Unitatea de măsură a puterii active este watt [W].

-defazajul dintre curent si tensiune.

Spectrul electromagnetic

Electromagnetism

Scris de Scientia.Ro

Miercuri, 30 Aprilie 2008 16:18

Trăim într-un univers îmbibat cu radiaţii electromagnetice. În presă apar adesea articole alarmiste despre efectul radiaţiilor din diferite game. Ce sunt aceste radiaţii şi cât sunt ele de periculoase? Ne putem feri de ele? Sunt ele dăunătoare prin simpla prezenţă? Spectrul electromagnetic reprezintă totalitatea radiaţiilor electromagnetice existente în univers. Aceste radiaţii au frecvenţe cuprinse între aproximativ 1023 herți şi 0 herți. Nu există totuşi o delimitare teoretică exactă a acestui spectru, întrucât practic lungimea de undă poate avea orice valoare, valoarea maximă fiind dimensiunea universului. În funcţie de utilitatea radiaţiei electromagnetice, spectrul electromagnetic este împărțit în mai multe regiuni, dintre care de importanţă deosebită pentru noi este regiunea spectrului vizibil (între 400 şi 700 nanometri), adică acele frecvenţe ale spectrului care pot fi interpretate de către ochi. Nu există graniţe precise între aceste regiuni, prin urmare delimitările prezente mai jos numai aproximative şi sunt stabilite în scop didactic, dar şi operaţional, pentru a crea o idee clară despre dimensiunile acestor zone alespectrului electromagnetic. Reprezentare grafică a modului de transmitere în spaţiu a undelor electromagnetice Undele electromagnetice călătoresc în spaţiu în modul descris grafic mai sus. Cei doi vectori reprezentaţi cu roşu şi albastru reprezintă vectorul electric, respectiv vectorul magnetic, care sunt perpendiculari unul pe celălalt, iar ambii sunt perpendiculari pe direcţia de deplasare a undelor. Este de reţinut că nimeni nu a văzut vreodată unde electromagnetice în forma de mai sus; reprezentarea lor grafică se bazează pe imaginaţia omului care încearcă să-şi facă inteligibilă natura, chiar şi atunci când simţurile îi sunt insuficiente. REGIUNILE SPECTRULUI ELECTROMAGNETIC Undele radio: lungime de undă între 10 cm şi 10 km. Sunt folosite în transmisiile radio ori de către radarele civile şi militare. Microundele: lungime de undă între 1 mm şi 1 m. Sunt folosite, de pildă, de cuptoarele cu microunde. Infraroşii: lungime de undă între 0.7 şi 300 µm. În această gamă intră radiaţia corpului uman. Prin captarea acestei radiaţii de către dispozitive speciale este posibilă detectarea prezenţei organismelor vii chiar şi în condiţii de vizibilitate zero. Spectrul vizibil: lungime de undă între 400 nm (violet) şi 700 nm (roşu). (Cât de mare este un nanometru? 1 mm = 1.000.000 nm; ori, altfel spus, dacă împărțim un milimetru într-un milion de segmente egale, un nanometru este dimensiunea unuia dintre cele un milion de părţi.) Modul în care lumina albă este transformată, la trecerea printr-o prismă, în culorile fundamentale. Culorile fundamentale se găsesc între următoarele valori de frecvenţă: Roşu: 610 - 700 nm Portocaliu: 590 - 610 nm Galben: 570 - 590 nm Verde: 500 - 570 nm Albastru: 450 - 500 nm Indigo: 430 - 450 nm Violet: 400 - 430 nm Ultraviolet: lungime de undă între 3 şi 400 nm. Folosite ca germicid (substanţe folosite pentru distrugerea germenilor) ori pentru bronzarea artificială Raze X: folosite pentru radiografii medicale şi industriale Raze gama: folosite în tratarea cancerului OCHIUL UMAN ŞI SPECTRUL VIZIBIL Se întâmplă, rezultat al evoluţiei, ca ochiul omenesc să fie calibrat pentru captarea undelor electromagnetice din spectrul vizibil. Celule specializate din globul ocular sunt sensibile la diferitele frecvenţe ale spectrului vizibil, creierului transformând apoi radiaţia electromagnetică în senzaţii vizuale, în culori. Faptul că vedem lucrurile din jurul nostru se datorează interacţiunii dintre fotoni (purtătorii luminii) şi mediu, precum şi faptului că lucrurile au capacitatea de a absorbi şi reflecta diferite frecvenţe din spectrul vizibil. Un măr roşu reflectă radiaţia cu frecvenţe între 610 şi 700 nm, absorbind celelalte frecvenţe. Cum lesne se poate înţelege, lucrurile nu au culoare în sine, ci doar felul de construcţie al ochiului uman şi specificitatea interacţiunii dintre materie şi lumină face ca noi să spunem că un obiect are o culoare sau alta. INVIZIBILITATEA În principiu, un lucru devine invizibil în două situaţii, când nu reflectă lumina ori când lumina reflectată nu ajunge la ochi. Un geam complet transparent are un indice extrem de mic de reflexie a luminii; astfel, cu greu determinăm prezenţa acestuia. În laborator s-a reuşit în mare măsură "invizibilitatea" unui obiect prin curbarea radiaţiilor reflectate. Aceleaşi principii sunt folosite şi de celebrele avioane de luptă americane tip "Stealth". Acestea devin greu detectabile ori nedetectabile de către radarele militare, întrucât vopseaua folosită are un indice ridicat de absorbţie a undelor electromagnetice; pe de altă parte, construcţia specială a avionului oferă suprafeţe de reflexie foarte mici, în aşa fel încât undele reflectate către radar sunt neconcludente. ENERGIA UNDELOR ELECTROMAGNETICE ŞI FOTONII Conform fizicii cuantice, undele electromagnetice sunt transmise discretizat, în particule de energie numite fotoni (împotriva opiniei comune, fotonii nu sunt doar vehicule ale luminii, ci, în general, ale radiaţiei electromagnetice). Există o legătură directă între cantitatea de energie pe care o deţine un foton şi frecvenţa undei electromagnetice; cu cât este mai mare frecvenţa, cu atât este mai mare cantitatea de energie. Formula de calcul pentru energia undelor este foarte simplă: E = h f , adică energia unui foton este rezultatul înmulţirii dintre frecvenţa undei şi constanta lui Planck, h. H are valoarea 6.626 x 10-34 J s. SCUTUL ANTI-ELECTROMAGNETIC AL PĂMÂNTULUI Cea mai mare parte a undelor electromagnetice nu pot atinge pământul. Atmosfera terestră reprezintă un adevărat scut împotriva radiaţiilor cosmice. Desigur, după cum se ştie, o parte a acestora ca, de pildă, frecvenţele radio, radiaţiile din spectrul vizibil ori parte din undele ultraviolete traversează atmosfera. Astronomii, pentru a putea capta unde din altă gamă trebuie să-şi posteze instrumentele la altitudini care să le permită acest lucru; prin urmare, folosesc baloane urcate la peste 35 km, avioane ori sateliţi. SUNT UNDELE ELECTROMAGNETICE PERICULOASE PENTRU OM? Depinde. Deşi de multe ori ştirile de pe canalele mass-media sunt alarmiste şi invocă fără nuanţe radiaţiile ca fiind nocive, nici vorbă de aşa ceva. Vieţuim într-o "supă" de unde electromagnetice de toate frecvenţele, atât radiaţie creată de om, cât şi radiaţie cosmică. Nu uitaţi că şi lumina soarelui este, în fapt, radiaţie electromagnetică. Undele electromagnetice sunt inofensive, dăunătoare - în anumite condiţii - ori benefice (fiind folosite în medicină). Contează cantitatea de energie a undelor electromagnetice, timpul de expunere etc. Pentru uz practic, valori limită ale energiei undelor electromagnetice sunt inutile, căci nu avem organ pentru detecţia acestora. Expunerea necontrolată la radiaţii, cum sunt de pildă cele produse de radare, pot fi dăunătoare. Efectele expunerii la radiaţiile telefoanelor mobile sunt, deocamdată, neclare. Sursa : scientia.ro

Lampa Luminescentă (fluorescentă) structura și funcționarea

În 1909, chimistul şi inventatorul francez Georges Claude crea primul tub fluorescent. Astăzi aceste dispozitive sunt omniprezente şi totuşi principiul lor de funcţionare este o enigmă pentru cei mai mulţi dintre noi. Aflaţi în continuare ce se întâmplă în interiorul unei lămpi fluorescente.

Cum emit atomii lumină?
Pentru a înţelege pe deplin modul de funcţionare a lămpilor fluorescente e nevoie de o scurtă introducere în natura luminii. În articolul despre spectrul electromagnetic se menţionează că lumina este o formă de radiaţie electromagnetică. Adică fotoni, cuante de energie care în anumite condiţii sunt eliberate de atomii constituenţi ai diferitelor substanţe întâlnite în natură.

Când se întâmplă acest lucru?
Unul din modelele atomice moderne, puţin simplificat pentru uşurinţa înţelegerii, dar în acord cu realitatea, ne prezintă atomul ca fiind format dintr-un nucleu (încărcat pozitiv şi alcătuit din protoni (sarcina pozitivă) şi neutroni) în jurul căruia orbitează sarcinile negative, electronii. Creşterea sau scăderea nivelului energetic al unui atom corespunde saltului electronilor între orbitele permise de elementul chimic în cauză (diferite de la o substanţă la alta). Când transferăm energie unei material, de exemplu încălzindu-l, electronii atomilor constituenţi înmagazinează energie "sărind" pe nivele orbitale superioare, schimbându-şi astfel zona de mişcare în jurul nucleului. Cum atomii tind să revină la o stare naturală de echilibru, acei electroni excitaţi îşi menţin noile poziţii pentru foarte puţin timp, iar în momentul revenirii la starea iniţială eliberează o anumită cantitate de energie sub forma unui foton cu o anumită lungime de undă. Această lungime de undă, care dă culoarea luminii emise, depinde de cantitatea de energie eliberată, deci de însăşi anatomia materialului excitat (încălzit sau bombardat cu altă formă de radiaţie electromagnetică).

Fluorescenţa
Dicţionarele limbii române definesc fluorescenţa ca fiind proprietatea unor substanţe de a emite lumină vizibilă atâta vreme cât sunt bombardate cu radiaţii ultraviolete. Este vorba deci de următorul fenomen care are loc în anumite materiale: absorbţia de fotoni caracteristici radiaţiei ultraviolete, urmată, în consecinţă, de eliberarea altor fotoni, cu o lungime de undă mai mare, din spectrul vizibil, diferenţa de energie transformându-se în vibraţii moleculare sau căldură. Fenomenul a fost denumit după fluorura de calciu - un mineral, compus chimic al fluorului, întâlnit în natură şi care manifestă proprietăţile descrise anterior.

Cum funcţionează lămpile fluorescente?
La alimentarea lămpii cu energie electrică, calea cu cea mai mică rezistenţă este prin circuitul care are în componenţă starterul (în timpul funcţionării normale curentul electric trece prin amestecul de gaze din interiorul tubului, după cum se va vedea ulterior). Curentul electric străbate cei doi electrozi ai lămpii, încălzindu-i, ceea ce duce la eliberarea de electroni în interiorul tubului, deci, în consecinţă, la ionizarea argonului. Starterul este la rându-i un mic tub care funcţionează tot pe principiul descărcării electrice într-un amestec de gaz ionizat, neon de cele mai multe ori. Când curentul electric alimentează iniţial circuitul de bypass (să convenim să numim astfel circuitul cu starter), se generează un arc electric între cei doi electrozi ai starterului, realizându-se conexiunea, iar starterul se aprinde. Unul din cei doi electrozi ai starterului este un bimetal care se îndoaie la căldură. Starterul aprins generează pe lângă lumină şi căldură, astfel că electrodul bimetalic se îndoaie şi realizează contactul cu celălalt electrod al starterului. Dispare astfel arcul electric, gazul din interior nu mai este ionizat, şi starterul se stinge, iar bimetalul nu mai primeşte cantitatea de căldură necesară şi revine la forma iniţială, deschizând circuitul.

În tot acest timp filamentele lămpii au ionizat gazul din interiorul tubului, dând naştere unui mediu conductiv din punct de vedere electric. Tubul mai are nevoie de o tensiune iniţială pentru a se stabili un arc electric, iar aceasta este generată de balast. Când curentul electric străbate circuitul de bypass, balastul, în principiu o bobină, generează un câmp magnetic care este menţinut de alimentarea cu energie electrică. La deschiderea starterului, pentru o scurtă perioadă de timp balastul nu mai este alimentat, se schimbă brusc intensitatea câmpului magnetic al bobinei, ceea ce duce la apariţia unui vârf de tensiune de 1000-2000 de volţi, suficient pentru a stabili descărcarea în amestecul de argon şi vapori de mercur la presiune joasă.

Ce se întâmplă în interiorul lămpii?
Materialul emisiv depus la momentul fabricaţiei pe cei doi electrozi emite electroni, care migrează în interiorul gazului din tub. O parte din mercurul aflat în tub trece în formă gazoasă, iar amestecul gazos de argon şi vapori de mercur este puternic ionizat. Pe măsură ce electronii şi atomii încărcaţi pozitiv se mişcă în interiorul tubului, o parte dintre ei se ciocnesc cu atomii de mercur ai căror electroni sunt trimişi pe nivele superioare de energie. Când aceştia revin la nivelurile normale de energie, este eliberată radiaţie ultravioletă (vaporii de argon şi mercur au o asemenea structură chimică că în marea lor majoritate eliberează fotoni din zona luminii ultraviolete). Intră apoi în rol şi pulberea fluorescentă cu care a fost tratat interiorul lămpii. Radiaţia ultravioletă interacţionează cu materialul respectiv în aşa fel încât energia respectivă este convertită în cea mai mare parte în lumină vizibilă, o mică parte fiind cedată de amestecul luminofor şi sub formă de căldură.
Strămoşii lămpii fluorescente. Iluminarea cu ajutorul descărcării în neon ionizat
Lumina fluorescentă a urmat mai multor sisteme de iluminare care aveau la bază fenomenul de generare a unui arc electric într-un gaz ionizat. Se foloseşte acest sistem, generic cunoscut sub denumirea de neon, în special pentru lămpile decorative. În timp ce în cazul unora dintre aceste lămpi tubulare se foloseşte neonul, altele conţin alte gaze pentru a genera lumină de alte culori decât roşul-portocaliu emis de neon când este parcurs de curent electric.
Alături de neon, un alt gaz nobil , argonul, este cel mai des folosit. Argonul este o sursă de radiaţie ultravioletă, dar produce şi lumină vizibilă de culoare albastră. În combinaţie cu mercurul, aşa cum am descris anterior, argonul generează cantităţi însemnate de radiaţie ultravioletă, folosită pentru a excita pulberile fluorescente depuse în interiorul lămpilor fluorescente care, în schimb, radiază lumină vizibilă. Variate nuanţe de lumină vizibilă pot fi obţinute prin folosirea perşilor luminofori, dar şi prin colorarea sticlei din care sunt făcute tuburile. Deşi sticla lămpilor blochează doar o parte a luminii ultraviolete, cea mai mare parte a radiaţiei nu trece de stratul fluorescent din interiorul tubului, nereprezentând astfel un pericol.
În mod frecvent, o cantitate mică de argon este folosită şi în interiorul lămpilor cu neon, deoarece această combinaţie de neon şi argon generează arc electric la un voltaj mai mic decât neonul pur (are o rezistivitate electrică inferioară). Prin adăugarea acestei cantităţi mici de argon, în jur de 0,01% din total, culoarea luminii produse de lampă nu se modifică în mod semnificativ.

Iată în continuare un tabel cu radiaţia emisă de perşi compuşi gazoşi ionizaţi. 

Amestec chimic	Neon	Sodiu Halogen	Sodiu (Presiune scăzută)	Argon	Vapori de argon şi mercur	Vapori de argon şi mercur + fosfor
Lungime de undă a luminii dominante (în nanometri)	~640 nm	~620 nm	~550 nm	~460 nm	~420 nm	Variabil, funcţie de fosforii aleşi

Radiaţia electromagnetică emisă în tuburile cu descărcare (arc electric) în gaz. Comparaţie

Avantaje faţă de becul cu incandescenţă. Concluzii
În concluzie, este de reţinut că principiul de funcţionare a lămpii fluorescente constă în generarea de radiaţie electromagnetică în spectrul vizibil prin excitarea cu radiaţie ultravioletă a unei pulberi fluorescente. Lumina ultravioletă este produsă de o descărcare electrică întreţinută într-un amestec de argon şi vapori de mercur la presiuni scăzute.
O lampă fluorescentă consumă doar un sfert din energia electrică necesară unui bec cu incandescenţă pentru a genera aceeaşi luminozitate şi aceasta în special deoarece în cazul becurilor clasice o mare parte a energiei electrice se pierde sub formă de căldură. Durata medie de funcţionare a unui tub fluorescent este de până la 10 ori mai mare decât cea a unui bec clasic, dar acesta din urmă este în continuare preferate în special în interiorul locuinţelor pentru că emite o lumină mai "caldă", cu nuanţe de galben şi portocaliu. Lămpile fluorescente au devenit însă preponderente în special în mediile industriale şi în clădirile de birouri, acolo unde consumul de energie electrică inferior şi durata medie de funcţionare superioară reprezintă argumente puternice în favoarea folosirii acestora.

Sursa : scientia.ro

Condensator electric

Un condensator este un dispozitiv electric pasiv ce înmagazinează energie sub forma unui câmp electric între două armături încărcate cu osarcină electrică egală, dar de semn opus. Acesta mai este cunoscut si sub denumirea de capacitor. Unitatea de măsură, în sistemul internațional, pentru capacitatea electrică este faradul (notat F).

Turbine eoliene - variante constructive şi particularităţi

Destinate fie instalărilor restrânse (ori chiar individuale), fie fermelor mari (ocupând zone largi de teren, ori în largul apropiat al mărilor/oceanelor), turbinele eoliene cunosc astăzi – după doar câteva decenii de evoluţie – o gamă largă de tipuri şi dimensiuni. Referindu-ne doar la agregatele de putere mare, vom observa firul evolutiv: dacă în 1996 turbina eoliană depăşea, cu eforturi, limita de un megawatt, astăzi s-a ajuns la o putere instalată 6 MW (şi la un diametru al elicelor de 150 de metri).

Două abordări distincte

În principiu, captarea energiei vântului la nivelul unei turbine se întâmplă astfel: suflul aerului roteşte elicea, aceasta, la rândul ei, antrenează un generator electric rotativ, iar curentul electric alternativ produs este, eventual, convertit în curent continuu şi retransformat în curent alternativ de 50/60Hz compatibil cu reţeaua electrică (la care turbina este cuplată). Deci o serie de transformări de energii, cărora proiectanţii/producătorii sunt chemaţi să le asigure un cât mai bun randament (în limitele fezabilităţii industriale, de obicei).

O turbină de vânt tipică pentru putere mare:

• putere instalată: 2,5MW
• viteza vântului: 3 – 25 m/s
• înălţimea turnului/butucului: 90 – 140m
• turaţia elicei: 6 – 15 rotaţii/minut
• diametrul elicei: 100 – 110 m
• masa totală: 20 – 200 tone

Schema clasică a turbinei eoliene prevede existenţa unui reductor cu roţi dinţate între rotorul elicelor şi rotorul generatorului electric, de fapt un amplificator de turaţie care transformă rotirea lentă a elicei în turaţie înaltă, potrivită generatorului tipic. (Pentru a acţiona un generator cu 1000-3000 rotaţii pe minut ar fi nevoie de un raport de transmitere mecanică de 1:50. Dar astăzi se construiesc şi turbine cu rapoarte de peste 1:100). Abordarea are avantajul unui know-how evoluat pe partea de conversie electrică (generatoare de volum relativ mic şi de eficienţă mare), dar şi dezavantajul transmisiei mecanice cu oarecare pretenţii de mentenanţă (figura 1).

FIGURA 1. Secţiuni schematice prin turbinele eoliene cu şi fără reductor mecanic

În ultimii ani se experimentează tot mai mult abordarea unei turbine eoliene fără reductor, numită şi gear-less ori direct-driven (figura 2). Aceasta evită problemele mecanice ale ansamblului mecanic intermediar (pierderile şi întreţinerea), dar ridică provocări deosebite pentru gene­ratorul electric, care trebuie să fie de o concepţie deosebită spre a putea lucra la turaţii atât de mici. Astfel, generatorul – pentru a atinge o eficienţă bună – necesită soluţii speciale de proiectare (pornind implicit de la cerinţa unui diametru mare, necesar pentru a găzdui mai mulţi poli magnetici), materiale deosebite (precum Nd₂Fe₁₄B – aliaj supermagnetic de neodim, fier şi bor), subsisteme pretenţioase de monitorizare, ajungând, deci, la greutăţi şi costuri semnificative.

 FIGURA 2. Schemă generator electric tipic „gear-less”

Proiectanţii sunt nevoiţi să recurgă la diverse artificii de concepţie: pentru a creşte eficienţa electromagnetică, pentru a reduce masa generatorului, pentru optimizarea fluxurilor magnetice active, pentru a minimiza pierderile de flux, pentru a reduce reacţiunile/forţele dintre rotor şi stator, pentru a creşte inducţia prin întrefier, pentru a optimiza răcirea maşinii electrice, pentru diminuarea zgomotului  ş.a.m.d.. De exemplu, se folosesc poli cu magneţi permanenţi şi respectiv profil în „C” pentru rotor (figura 3).

FIGURA 3. Schema generatorului electric de turaţie mică

Controlul unghiului de atac al palelor de elice

Multe dintre turbinele eoliene moderne de putere mare (mai ales cele „gear-less”, unde frecvenţa curentului indus depinde drastic de turaţia elicei) sunt prevăzute cu sisteme de controlare a unghiului de înclinare a palelor. Astfel, când viteza vântului variază semnificativ, aceste acţionări electro-mecanice modifică unghiul de atac al elicei pentru a menţine turaţia rotorului în limitele nominale de operare. Unghiul de răsucire a palelor poate varia între 0 şi 90°, iar o valoare extremă este aplicată inclusiv pentru oprirea (blocarea) elicei pe durata reviziilor tehnice sau a furtunilor.

Cum mai toate turbinele mari au elice cu trei pale, în butucul elicei se află trei sisteme de acţionare independente, câte unul pentru fiecare pală. Majoritatea acestor acţionări se bazează pe transmisii mecanice cu roţi dinţate, dar pot exista şi varainte mai originale (precum cea cu curea dinţată, de la Vensys).

Decizia de modificare a unghiului de atac se ia atât pe baza datelor de la anemometru (privind viteza determinată a vântului), cât şi monitorizând turaţia rotorului (sau puterea electrică generată). Când viteza mişcării de rotaţie devine prea mare, se emite automat o comandă către acea acţionare electrică spre a determina o uşoară rotire a palelor elicei, în sensul de a fi mai puţin sensibile la suflul vântului. Această funcţie de reglare automată nu doar că menţine procesul de conversie energetică într-un domeniu nominal, dar asigură şi o eficienţă aerodinamică şi respectiv o reducere a solicitărilor mecanice (în structura turnului, în structura elicei, în lagăre şi în transmisii), prelungind viaţa turbinei şi scăzând costurile de mentenanţă. În plus, recunoscând importanţa funcţiei de reglare a unghiului de atac al elicei, cele trei sisteme de acţionare nu doar că sunt independente, dar sunt şi prevăzute cu alimentare electrică redundantă (şi din surse alternative).

Componente cheie:

pale de elice; subsisteme de ajustare a înclinări elicelor; transmisii mecanice (cu roţi dinţate); generatoare electrice; rulmenţi/lagăre; convertoare de electricitate (invertoare/redresoare); transformatoare electrice; turnuri; sisteme de echilibrare (offshore); subsisteme de monitorizare.

Producători majori de turbine eoliene: Alstom, Enercon, Gamesa, General Electric, Goldwind, Hitachi, Mitsubishi, Siemens, Sinovel, Suzlon, Vensys, Vestas, WinWinD, etc

Schema de funcționare a centralei termoelectrice

1. Turn de răcire	10. Ventile de reglare ale turbinei	19. Supraîncălzitor
2. Pompa circuitului de răcire al condensatorului	11. Turbină cu abur de înaltă presiune	20. Ventilator de aer
3. Linie electrică de înaltă tensiune	12. Degazor	21. Supraîncălzitor intermediar
4. Transformator ridicător de tensiune	13. Preîncălzitor de joasă presiune (PJP)	22. Priza de aer necesar arderii
5. Generator electric de curent alternativ	14. Bandă de alimentare cu cărbune	23. Economizor
6. Turbină cu abur de joasă presiune	15. Buncăr de cărbune, eventual cu turn de uscare	24. Preîncălzitor de aer
7. Pompă de joasă presiune	16. Moară de cărbune	25. Electrofiltru pentru cenușă
8. Condensator	17. Tamburul cazanului	26. Exhaustor (ventilator de gaze arse)
9. Turbină cu abur de medie presiune	18. Evacuarea cenușii	27. Coș de fum