sciencetalk

Eerst en vooral, ik ben nieuw hier op 't forum, maar heb hier al dikwijls nuttige info gevonden.

Even wat informatie geven, alvorens m'n vraag te stellen:

We zijn op school bezig met onze bachelorproef, en hiervoor dienen wij een waterturbine te ontwerpen, die op getijdenkracht werkt. Deze zou moeten geplaatst worden in de Westerschelde ( theoretisch dan ).

We vertrekken van 't principe ( om toch een knoop door te hakken ) van een VAWT, een waterturbine met Verticale as. Het hoe & waarom van die beslissing doet er nu niet toe, maar we hebben - vooral wegens gebrek aan degelijke informatie, en het nog niet krijgen van die lessen ( die volgen later op 't jaar ... ) - nog wat vragen over essentiële delen van de turbine.

Een van internet geplukte principeschets vind je hier : Klik. Nu, zoals je ziet, staat op de as van de turbine een reductiekast en generator. De vraag is als volgt:

Volgens wat ik begrijp, kun je een asynchrone motor als generator gaan gebruiken, door hem oversynchroon te laten werken? Maar wat ik dan niet begrijp, is hoe je een varierend toerental kan gaan opvangen. Als je dit principe gebruikt, zit je optimaal rendementspunt aan een toerental van +- 1520 t/min. Maar we zitten met erg veranderlijke waterstroomsnelheden.

Dit zijn mogelijkheden die we al vonden, maar niet volledig begrijpen :

- ofwel ga je een elektronische sturing om de motor gaan plaatsen, die de "elektrische last" gaat aanpassen, zodat je motor op constant toerental blijft. Je verandert dus met andere woorden het tegenwerkend koppel. Hoe groter het koppel door turbine geleverd, hoe groter 't aantal kW je eruit haalt

- ofwel werken met een inverter, en de motor op verschillende frequenties gaan schakelen. Dan de vuile stroom omzetten naar gelijkstroom, en dan omzetten naar wisselstroom, in fase. Nadeel is wel dat je in trappen moet gaan werken, bv bij 30,40,50,60,... Hz.

Ik zocht al zoveel mogelijk informatie op over de werking van motoren, maar ik ben er nog steeds niet helemaal mee vertrouwd. Toch, alle info is welkom ! Ook, wij dachten, aangezien windturbines ook werken met asynchrone motoren, dit ook 't best is voor ons. Maar als iemand 't tegendeel kan beargumenteren ? Als we gewoon een gelijkstroommotor gaan gebruiken, kunnen we dan bv veel problemen vermijden?

Bedankt,

Joeri

Volgens mij denk je te ingewikkeld. Waarom zou je het toerental constant willen houden? Dat blijft vanzelf ongeveer constant. Rond het basistoerental van 1500 heb je een slip die maximaal zo'n 5% zal bedragen. Als de slip (in dit geval negatieve slip, omdat je overtoeren draait) groter wordt, dan zal vanzelf het afgegeven vermogen groter worden. De doorstroomsnelheid van het water zal ook niet veel groter worden, die is evenredig met het toerental. Maar je zult aan de inlaat meer druk opbouwen.

Probleem is dat we niet met dam kunnen werken, dus volledig afhankelijk zijn van de snelheid van 't water. Deze varieert volgens eb & vloed van 0m/s naar zo'n 3m/s. Dus dit geeft wel een verschil in stroomsnelheid. En omdat we met een reductiefactor van 1/75 werken ( we stellen hierbij van 20->1500 toeren), geeft een kleine verandering van stroomsnelheid water al een invloed op toerental. Of slaan we de bal volledig mis?

Kunnen we elektronisch gestuurd de magnetische bekrachtiging gaan sturen op een inductiemotor, en zo een constant toerental proberen te houden?

Waarom ben je zo gefocust op het constant houden van het toerental? Het toerental van een inductiemotor kan niet meer dan ongeveer 5% afwijken van het nominale toerental. Ga je hoger, dan overschrijdt je het z.g. kip-koppel. Populair gezegd is dat het koppel waarboven de magneetvelden van stator en rotor elkaar niet meer kunnen vasthouden. De machine valt dan uit de pas, in het geval dat de machine als motor draait zal hij dan stilvallen, omdat hij het gevraagde koppel niet kan leveren. In het geval van gebruik als generator zal het toerental over de kop gaan, en valt het elektrisch vermogen nagenoeg weg.

Dus als je afhankelijk bent van de waterstroom, en die wordt zo groot dat de generator zijn kip-koppel dreigt te bereiken, dan zit er maar 1 ding op: het overtollige water omleiden buiten de turbine om.

Ja, akkoord, dat snap ik. Maar dan maken we gebruik van slechts een klein deel van de beschikbare energie in het water? Er moeten manieren bestaan om dit te regelen, zonder de waterstroom te beperken, niet?

Alvast bedankt voor je reacties

Het punt is dat het vermogen in de waterstroom groter kan worden dan je machine aankan. Tenminste, volgens mij verwacht je dat. Dan zijn er 2 oplossingen: of je neemt een grotere machine, of je zet er een tweede naast.

Als er een grote variatie in waterstroming verwacht wordt is de laatste optie de beste. Zo'n machine (vooral het turbinedeel) werkt meestal efficiënter naarmate hij dichter bij zijn maximale capaciteit werkt. Dan moet je dus verdelen. Als de waterstroom afneemt sluit je een of meer turbines af, zodat de overblijvende boven in hun vermogensbereik blijven werken.