f. Ưu và nhược điểm của DFIG
4.2.3 Máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cữu-PMSG
62
Hình 4.23: Máy phát điện PMSG trong Tua-bin gió.
Phụ thuộc vào cách mà nam châm được gắn trên Roto mà máy phát PMSG được phân loại thành nam châm vĩnh cửu gắn xung quanh bề mặt Roto (surface- mounted) và gắn lồng vào trong Roto (inset).
- SURFACE-MOUNTED PMSG: trong kiểu máy phát này, PMSG có nam
châm vĩnh cửu gắn xung quanh bề mặt Roto được thể hiện như trong hình 4.24, có 16 nam châm được gắn đều xung quanh trên bề mặt Roto, giữa hai nam châm được phân cách bằng vật liệu nonferite. Ưu điểm chính trong kiểu máy phát PMSG có nam châm vĩnh cửu gắn xung quanh bề mặt Roto là đơn giản và cấu hình giá thấp so với Inset PMSG. Tuy nhiên nam châm phải chịu một lực ly tâm, mà lực ly tâm là nguyên nhân gây ra sự phân rã hư hại Roto, do đó loại này được ứng dụng chính trong những máy phát điện gió tốc độ thấp. Trong hệ thống chuyển đổi năng lượng gió truyền động trực tiếp thì máy phát đồng bộ nam châm vĩnh cửu với số lượng cực từ lớn được sử dụng.
63
Hình 4.24: Máy phát PMSG với các cực từ được gắn xung quanh bề mặt Roto.
- INSET PMSG: Trong cấu hình này thì nam châm được đặt ẩn vào bên trong
và xung quanh Roto. Cấu hình này giúp giảm bớt gánh nặng liên quan đến lực ly tâm so với SURFACE-MOUNTED PMSG vì vậy cấu hình này có thể hoạt động ở tốc độ quay của Roto cao hơn.
64
Tua-bin điện gió công suất nhỏ ngày nay và được ứng dụng từ năm 1993. Chúng được lắp đặt hầu hết ở các Tua-bin gió nhỏ hơn 10KW. Nguyên tắc của máy phát điện này là sử dụng nam châm vĩnh cửu kết hợp nhiều cực trong một vòng khung và được gắn trực tiếp với hệ thống Roto như trong Tua-bin điện gió Avantis, Enercon, Vensys hoặc đôi khi cũng có ở phía sau Roto như Tua-bin điện gió Scanwind. Tua- bin điện gió sử dụng máy phát điện nam châm vĩnh cửu, cơ năng của hệ thống Roto được truyền trực tiếp đến máy phát điện nên không cần hộp số. Tuy nhiên tùy theo công nghệ, một số nhà sản xuất sử dụng máy phát điện nam châm vĩnh cửu vẫn sử dụng hộp số như Tua-bin điện gió GE 2.5-100 hoặc Power Wind 90. Một yêu cầu để máy phát này hoạt động lâu dài thì nam châm vĩnh cửu phải có sức kháng và khử từ cao và một yêu cầu nữa là khi máy phát hoạt động thì nhiệt độ nam châm không được lên quá cao, vì thế máy phát điện nam châm vĩnh cửu phải có hệ thống làm mát phù hợp. Tốc độ số vòng quay và công suất phụ thuộc vào số cặp cực. Để đạt được công suất thiết kế, máy phát điện nam châm vĩnh cửu vì thế có đường kính tương đối lớn. Với tốc độ số vòng quay thấp, tác động mài mòn những chi tiết cơ giảm, độ bền hệ thống được nâng cao, tiếng ồn thấp hơn so với Tua-bin sử dụng hộp số.
Trong việc điều chỉnh hạn chế thất thoát về công suất truyền dẫn, cũng như công suất chính của Tua-bin gió hiện nay, máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu thường được thiết kế trên nguyên tắc:
Kích thích bởi nam châm vĩnh cửu.
Kích thích từ dòng điện ngoài.
Tự kích thích.
Về cách vận hành, chỉ phức tạp khi dùng chúng như máy phát đồng bộ hòa điện vào lưới, nhưng thực tế người ta không làm việc này, máy phát tạo ra điện xoay chiều với tần số không ổn định. Dòng điện xoay chiều này được chuyển thành dòng một chiều thông qua các bộ biến tần trực tiếp.
65