発電機の速度を修正するにはどうすればよいですか？

特定の周波数で発電する必要がある場合は、発電機のローターが特定の速度（rpm）で回転することを確認する必要があります。しかし、蒸気または水で回転させる場合、この速度をどのように制御すればよいですか？発電機を回転させる機械的な力は、これを達成するために何らかの形でバランスを取る必要があるように思えます。これはどのくらい正確に行われますか？

電気的に

一部のシステムはこれを電気的に行います。発電機はDCを生成するか、可変周波数ACを整流してDCを生成し、その後インバーターが目的のAC周波数を生成します。より近代的な小型風力タービンに共通。

機械的に

他のシステムは、目的の周波数を得るために機械的に制御されます。使用されるメカニズムは知事と呼ばれるでしょう。ほとんどの単純な機械式ガバナはあまり正確ではないため、グリッド接続デバイスには十分ではありません。以下の段落と同様の方法で機械的に動作するより正確なガバナを作成することもできます。これらは一般的に内燃機関で使用されます。

フィードバック付き

別のアプローチ、そしておそらく最も一般的なのは、何らかの形のフィードバックをすることです。マイクロコントローラーは、生成される周波数を監視し、何らかの形式のサーボを介して機械システムを調整して、適切な周波数を取得します。たとえば、水門を開閉して、タービンを通る水の流れを調整できます。より複雑なシステムでは、水門とタービンブレードの両方を調整して、出力電力を変化させながら正しい周波数を維持できます。

グリッド同期操作

場合によっては、まったく必要ないかもしれません。石炭火力発電所の近くの主電源グリッドに接続されている小さな風力タービンを使用している場合は、接続するだけでそれを忘れることができます。発電所の巨大なタービンは、グリッド周波数を安定させ、風力タービンの回転速度を固定します。風が強く吹くと、より多くの電流が流れ、力率がわずかに変化します。ますます多くの風力タービンが追加されると、発電所を運営する人々はこれについてますます不満を感じるようになるため、グリッド運営者は最終的にそれを禁止することに注意してください。

特定の周波数で発電する必要がある場合は、発電機のローターが特定の速度（rpm）で回転することを確認する必要があります。

いいえ、それは必ずしも真実ではありません。多くの風力発電機は、二重給電誘導発電機（DFIG）を使用しており、ローター巻線を制御することで周波数を調整できます。

ある周波数の電力を別の周波数に変換できます。つまり、ローターの動作が遅すぎる場合でも、50/60 Hzを生成できます。これは、AC電流をローターコイルに注入することによって行われます。これを実現する制御システムは、機械的回転速度を増加または減少させる別の手段として、タービンのピッチ角を変更することもできます。

詳細については、このEEの回答をお読みください。

しかし、蒸気または水で回転させる場合、この速度をどのように制御すればよいですか？

回転速度が大きすぎる場合があり、DFIGはこれに対処できますが、上記の写真に示されているピッチ角制御などの組み合わせアプローチを使用するのが最善です。

しかし、避けられないボトムラインは、その時点で十分な機械的エネルギー源と非常に少ない負荷需要がある場合、発電機をグリッドから外す必要があるということです。グリッドを「持たない」場合、低電力需要を供給できるバックアップ電源が必要です。これは通常、ディーゼル発電機またはインバーターを介した太陽光発電を意味します。

それがガバナーの目的です。

メカニカルバージョンは、遠心力またはブロワーを使用してスロットル/吸気口を作動させ、速度が上がりすぎたときにエンジンを減速させるデバイスです。

RPMセンサーと電子制御スロットル/インテークを使用して、電子的にすることができます。

私の（限られた）ジェネレーター設計の経験では、複数の要因を検討する必要があります。

• 機械的入力の速度（タービン、ホイールなど）

• 機械的入力の力

• 出力電圧

• 出力電流

• 出力電力（電圧と電流に依存しますが、通常はピーク電力ポイントでこれを最大化したい）

多くの場合、維持したいのは定電圧出力であり、これは電気負荷によって異なります。電流が大きいと出力が低下します。

セットアップでは、シャフトの速度のみが重要です（何らかの理由で）。これを行うには、入力電力を制御する方法と出力電力を制御する方法の2つがあります。

機械的出力が常に出力よりも大きいことがわかっている場合は、ガバナなどを使用して、シャフトの出力を制限し、速度を一定に保つことができます。これにより、入力電力が簡単に制御されます。

機械的入力が高いことを保証できない場合は、何らかの方法で出力を制限する必要があります。シャフト速度を固定値に保つために、PIDフィードバックコントローラーを介して出力電流を制御しました。しかし、それはDCシステムにあり、そこでは大きなバッテリーがあり、高い供給時間中に電流を流し、低い供給時間中に引き込みます。

これは実行方法ではありませんが、実行可能な方法です。速度を調整するために負荷を変更します。

通常の負荷に加えて（潜在的に非常に大きい）補助ロードバンクを想像できます。入力電源は、すべての条件下で通常の負荷に対して少なくとも十分な電力を提供できるサイズです。頭が通常の決定要因であるため、これは水力セットアップでは完全に考えられないことではありません。次に、負荷と入力が変化すると、補助バンクが制御され、発電機の総需要が入力に機械的負荷を生成し、出力周波数が所望のポイントに維持されます。

いいえ、これは深刻な提案ではありませんが、可能性はあります。