hotchpotch/wikipedia-multilingual-ir-pairs huggingface dataset:
قلعة كانبه تاريخ
في عام 1875 ، وفقًا للمراسيم الحكومية التي أعقبت ترميم ميجي ، تم هدم معظم هياكل القلعة المتبقية. كل ما تبقى في الموقع هي أجزاء من الجدران الحجرية ، والقاعدة الحجرية للتينشو ، وجزء من خندق السياج الرئيسي. تم تحديد المنطقة كموقع تاريخي لمحافظة مي.  حاليًا ، يحتل Kanbe Park وسط القلعة ، وتم نقل مدرسة Mie Prefecture Kanbe High School إلى موقع Ni-no-maru. تشمل الهياكل الباقية في مواقع أخرى برج Ni-no-maru Drum ، الذي يستخدم الآن كبرج جرس لمعبد رينكا جي في حي هيجاشيتاماغاكي في سوزوكا وبوابة Ōte-mon السابقة للقلعة ، والتي كانت انتقل إلى كنشو-جي في حي نيشينوتشو في يوكايتشي.
بعد تحديد المنطقة كموقع تاريخي في المحافظة، بدأت الجهود للحفاظ على الموقع وإعادة تأهيله. تم تجديد الجدران الحجرية وإعادة بناء القاعدة الحجرية للتينشو، مما أعطى الزائرين فكرة عن شكل وهيبة القلعة في العصور القديمة.
بالإضافة إلى الأعمال الترميمية، تم تنظيم برامج تعليمية وجولات سياحية للطلاب والزوار لاكتشاف المزيد عن تاريخ القلعة وأهميتها. الآن، يُعتبر موقع القلعة من أهم الوجهات السياحية في المنطقة، حيث يستقبل الآلاف من الزوار سنويًا.
تصميم عنفة الرياح
تصميم عنفات الرياح هو كيفية جعلها تبدو وتعمل بطريقة تساعدها على الحصول على الطاقة من الرياح. هذه العملية تشمل تحديد الشكل والتكوين الذي يسمح للعنفات بالتقاط أكبر قدر ممكن من الرياح وتحويلها إلى طاقة قابلة للاستخدام. الهدف من التصميم هو جعل هذه المروحة تلتقط أكبر قدر من الرياح وتستفيد منها، يتم تحقيق ذلك من خلال اختيار شكل وموقع شفرات العنفة وتحديد زواياها بطريقة تسمح لها بالتقاط الرياح بأقصى كفاءة ممكنة.  مثل أجنحة الطائرة التي تتحرك مع الرياح وتستغل القوة الهوائية لتحريك الطائرة. تختلف تصميمات عنفات الرياح باختلاف الشركات المصنعة والمواقع والأهداف .
لتوضيح المعنى المذكور، نقوم بتعريف التركيب المتكون من مجموعة من الأنظمة التي تعمل معًا لالتقاط طاقة الرياح وتحويلها إلى طاقة كهربائية يمكننا استخدامها. التركيب يشمل عدة أجزاء وأنظمة مهمة.
أولاً، لدينا نظام يسمى "العنفة" الذي يعمل على التقاط الرياح وتحويل حركتها إلى حركة دوران للعنفة.
ثم، هناك نظام يعمل على توجيه العنفة إلى الريح الذي يساعد في تحديد اتجاه الريح لضمان أن العنفة يعمل بأفضل طريقة ممكنة.
تصميم عنفة الرياح
بعد ذلك، يوجد نظام يعمل على تحويل الدوران الميكانيكي إلى طاقة كهربائية وهذا يعني أنه يتم تحويل حركة الدوران التي ينتجها العنفة إلى طاقة كهربائية تستخدم لتشغيل الأجهزة الكهربائية.
أيضًا، لدينا أنظمة أخرى مهمة تشمل بدء وإيقاف العنفة والتحكم في سرعته وعمله.
في عام 1919، قام الفيزيائي الألماني ألبرت بيتز بعمل بحث حول آلة خيالية تستخدم لاستخلاص طاقة الرياح. اكتشف أنه وفقًا لقوانين الفيزياء الأساسية، لا يمكن الحصول على أكثر من 16/27 (59.3٪) من طاقة الرياح الحركية.
يمكن أن يكون الأمر مثل الحصول على نصيب من المجموع. لنفترض أن هناك 27 طاقة رياح، فلا يمكن لأي جهاز أن يستعمل أكثر من 16 طاقة. يعني هذا أنه حتى لو كانت هناك المزيد من طاقة الرياح، يجب أن يعمل العنفة على ضمان الحد الأقصى دون أن يستعمل جهدا زائدا دون فائدة.
تصميم عنفة الرياح
وعلى الرغم من أن القانون يحدد هذا الحد الأقصى للاستفادة من طاقة الرياح بنسبة 59 بالمئة، إلا أن التصميمات الحديثة للعنفات الرياح تستطيع الاستفادة من 70 إلى 80٪ من هذا الحد أي بنسبة 41 الى 47 بالمئة من القدرة الإجمالية المفترضة الرياح على انتاج طاقة كهربائية . وهذه هي أفضل تخطيطات اليوم لجمع أكبر عدد ممكن من الطاقة النظرية للحركة الهوائية، حيث يمكن لبعض العنفات أن يجمعوا ما يقرب من 70 إلى 80٪ من الطاقة المتاحة من ما توقعته نظرية بيتز.
بالإضافة إلى الشفرات التي تدور بفعل الرياح، هناك أجزاء أخرى مهمة يجب مراعاتها في تصميم نظام طاقة الرياح. يشمل ذلك المحور الذي يسمح للعنفة بالدوران وأدوات التحكم التي تساعد في ضبط سرعة العنفة. بالإضافة إلى ذلك، يحتاج النظام إلى مولد كهربائي يحول الحركة الميكانيكية للعنفة إلى طاقة كهربائية. كما يجب أن يتم توفير هيكل داعم قوي وأساس متين لتثبيت العنفة. وأخيرًا، يجب أن يتم توصيل العنفات بشبكات الطاقة الكهربائية لتوزيع الطاقة الناتجة على المنازل والمباني والمصانع وغيرها.
تصميم عنفة الرياح علم الديناميكا الهوائية
لتفهم كيفية عمل عنفات الرياح، يجب أن نتحدث عن شيء يسمى "الديناميكا الهوائية". هذا العلم يهتم بدراسة كيف يتفاعل الهواء مع الأجسام المتحركة في الهواء، مثل شفرات العنفات. عندما نصمم شفرة لعنفة الرياح، نريد أن نتأكد من أنها تجمع أكبر قدر ممكن من الطاقة من الرياح بكفاءة. لذلك، نقوم بتحديد شكل وأبعاد الشفرة بناءً على كيفية تفاعلها مع الهواء. يجب أن تكون الشفرة قوية بما فيه الكفاية للتحمل ومقاومة القوى المؤثرة عليها أثناء الدوران. هذا يساعدنا على ضمان أن عنفة الرياح ستعمل بكفاءة وستستخدم الهواء بشكل فعال لإنتاج الطاقة.
إذا كانت الشفرة (أو الجناح) طويلة ورفيعة بشكل مناسب، فإن الهواء سيعبر عليها بسلاسة وسيخلق قوة تساعد على إنسابية حركتها مع الهواء. وإذا كانت الشفرة قوية بما يكفي، فإنها ستتحمل الرياح القوية دون أن تتكسر. إن تحقيق التوازن المثالي بين جمع الطاقة ومقاومة القوى الهوائية المؤثرة و غير الهوائية كذلك يساعدنا في تصميم عنفات الرياح التي تعمل بكفاءة وتستمر في العمل لفترة طويلة.
تصميم عنفة الرياح علم الديناميكا الهوائية
فهم الديناميكا الهوائية لعنفات الرياح صعب بعض الشيء. يتدفق الهواء بشكل مختلف حول الشفرات و بشكل مختلف عن العنفة و تعمل الشفرات على تشتيت موجات الهواء المحيطة بها أيضًا. تلك الظواهر الهوائية الفريدة تعمل على تدوير الشفرات واستخلاص الطاقة من الرياح. تعتبر هذه الظواهر الديناميكية الهوائية التي تحدث على سطح الدوار (الجزء الدوار مع الشفرات) فريدة تمامًا ولا تُرى بشكل شائع في مجالات الديناميكا الهوائية الأخرى. يدرس العلماء والمهندسون هذه الظواهر لفهم كيفية عمل عنفات الرياح بشكل أفضل وتحسين كفاءتها.
تصميم عنفة الرياح التحكم في الطاقة
لكي تنتج عنفات الرياح الطاقة بكفاءة، يجب أن نتحكم في سرعة دورانها ونحافظ على أجزائها ضمن نطاقات سرعة وقوة معينة. عندما تدور الشفرات بسرعة أعلى، يزداد تأثير القوة المركزية التي تؤثر على الشفرات. ولذلك، يجب أن تكون العنفات قوية ومتحملة لتحمل قوة الرياح العالية مثل هبوب الرياح القوية. إذا زادت سرعة الرياح بمقدار واحد، فإن الطاقة التي يمكن استخلاصها تزيد بمقدار ثلاثة.
عند استخدام عنفات الرياح، يجب أن تتولد الطاقة عند سرعة الرياح المناسبة. هناك حد أعلى لسرعة الرياح التي يمكن للعنفات التعامل معها بأمان. على سبيل المثال، لو كان لدينا عنفة تعمل عند سرعة الرياح 4 متر في الثانية، فإذا زادت سرعة الرياح عن هذا الحد، يجب أن تتوقف العنفة عن توليد الطاقة أو تعمل بطاقة محدودة لتجنب التلف أو الأضرار.
في نظام التحكم، يتكون من ثلاثة أجزاء رئيسية. الجزء الأول هو أجهزة الاستشعار التي تقوم بقياس البيانات حول كيفية عمل النظام. مثلاً، يمكن أن يكون لدينا جهاز استشعار لقياس مثل لقياس اتجاه و سرعة حركة الرياح.
تصميم عنفة الرياح التحكم في الطاقة
ثم يأتي الجزء الثاني وهو المشغلات. تقوم المشغلات بمعالجة البيانات التي تم جمعها من الاستشعار، وتتخذ القرارات بناءً على هذه البيانات. مثلاً، إذا تغير إتجاه حركة الرياح ، فإن المشغل قد يقوم بتشغيل نظام التحكم في اتجاه الرياح.
وأخيرًا، يأتي الجزء الثالث وهو خوارزميات التحكم. تستخدم خوارزميات التحكم المعلومات التي تم جمعها من الاستشعار وتم معالجتها بواسطة المشغلات لتنظيم عمل النظام بشكل مناسب. مثلاً، إذا كان هناك ارتفاع في سرعة الرياح، فإن خوارزمية التحكم يمكنها أن تقوم بتعديل مقياس شدة الريح للحفاظ على حركة الشفرات في النطاق المطلوب.
باستخدام هذه العناصر الثلاثة، يتم التحكم في أداء النظام بشكل فعال وتنسيق عمل كل المكونات معًا.
إذا كانت سرعة الرياح أعلى من سرعة البقاء، فإنها يمكن أن تتسبب في تلف العنفة. سرعة البقاء هي السرعة التي يمكن للعنفة أن يتحملها دون أن يتعرض للضرر. في حالة عنفات الرياح التجارية، تتراوح سرعة البقاء عادة بين 40 مترًا في الثانية و72 مترًا في الثانية. بعض العنفات تستطيع العمل بأمان مع سرعة رياح بمقدار 80 متر في الثانية (290 كم/س؛ 180 ميل/س) .
تصميم عنفة الرياح التحكم في الطاقة
عندما نتحدث عن "الإنهيار" في سياق الهندسة والطيران، فإننا نشير إلى ظاهرة معينة تحدث في أجنحة الطائرات والعنفات وغيرها. عندما يحدث إنهيار، يفقد الجناح أو الشفرة القدرة على إنتاج الرفعة اللازمة للطيران أو توليد القوة في حالة العنفات. هذا يحدث عندما يكون زاوية المواجهة للجناح أو الشفرة أكبر من الزاوية المثلى، مما يؤدي إلى فصل التدفق الهوائي وتشتته، وبالتالي فقدان الرفعة أو القوة. يشبه الأمر محاولة إطلاق طائرة ورقية في الهواء بشكل مائل للغاية، مما يؤدي الى فقدان الطائرة القدرة على الطيران ثم تسقط.
يحدث الإنهاير على الجناح الحامل عندما يمر الهواء فوقه بطريقة تقل سرعة توليد الرفع . عادة ما يكون هذا بسبب زاوية مواجهة عالية (AOA) ، ولكن يمكن أن ينتج أيضًا عن تأثيرات ديناميكية . قد تم تصميم شفرات العنفات بطريقة تسمح لها بالتوقف عن الدوران عندما تكون سرعة الرياح مرتفعة جدًا. هذا التوقف في الدوران يحدث لأنه في حالة وجود سرعات رياح عالية، يمكن أن يتعرض العنفة لقوات كبيرة تؤثر على شفراته. ولحماية العنفة وضمان سلامته، يتم تصميم الشفرات بحيث تتوقف عن الدوران عندما تكون الرياح قوية جدًا.
تصميم عنفة الرياح التحكم في الطاقة
هذه آلية بسيطة وآمنة تساعد في منع الضرر. ومع ذلك، على عكس الأنظمة التي يتم التحكم في ميلها بطريقة ديناميكية، لا يمكن لهذه الآلية أن تولد قدرة ثابتة عند مجموعة واسعة من سرعات الرياح، وهذا يجعلها غير مناسبة لتطبيقات شبكة الطاقة على نطاق واسع.
لأن هذه العنفات لا يمكن أن تعمل بكفاءة ثابتة في جميع الأوقات، فهو يعتمد على شدة الرياح. في الأيام أو في الأوقات التي تكون فيها شدة الرياح ضعيفًة، فإن الأداء العام للتوريبنات هذه تتأثر. هذا يعني أنه قد لا يكون مناسبًا للاعتماد عليه في تشغيل شبكة كهربائية كبيرة.
هذه آلية بسيطة وآمنة من الفشل للمساعدة في منع الضرر. لكن لا يمكنها إنتاج خرج طاقة ثابت على نطاق كبير من سرعات الرياح ، مما يجعلها أقل ملاءمة لتطبيقات شبكة الطاقة على نطاق واسع.
تصميم عنفة الرياح التحكم في الطاقة
عندما يكون لدينا مولد رياح هوائي ذو محور أفقي (HAWT)، فإن سرعته الثابتة يعني أن زاوية مواجهة شفراته تزداد عند زيادة سرعة الرياح مع زيادة سرعة دوران الشفرات. لذلك، الاستراتيجية الطبيعية هنا هي السماح للشفرات بالتوقف عندما تزيد سرعة الرياح عن حد معين. تم استخدام هذه التقنية بنجاح في العديد من مولدات الرياح ذات المحور الأفقي في البداية. ومع ذلك، يوجد عيب واحد محتمل، وهو أن زيادة زاوية ميل الشفرات قد تؤدي إلى زيادة مستويات الضوضاء.
لنفترض أن لدينا مروحة تعمل بالكهرباء ولها شفرات تدور. إذا زادت سرعة الهواء الذي يضرب الشفرات، فإن الشفرات ستتحرك بسرعة أكبر وبزاوية ميل أكبر. وعندما يكون الهواء سريعًا جدًا، فإن الشفرات يمكن أن تتوقف عن الدوران تمامًا لتجنب أي أضرار قد تحدث بسبب السرعة العالية. وهذا ما يحدث أيضًا في مولدات الرياح ذات المحور الأفقي، حيث يسمح للشفرات بالتوقف عندما تكون سرعة الرياح مرتفعة جدًا. ولكن، قد يكون لهذا النوع من الشفرات عيب واحد، وهو أنه يمكن أن يكون لديها مستويات عالية من الضوضاء عندما يتغير زاوية ميلها بشكل كبير.
تصميم عنفة الرياح التحكم في الطاقة
يمكن استخدام مولدات الدوامة للتحكم في خصائص رفع الشفرة. إذا أردنا أن نتحكم في مدى قوة رفع الشفرة، يمكننا استخدام شيء يسمى "VGs"، وهي اختصار لـ "مولد الزوابع" باللغة الإنجليزية.
الـ VGs هي عبارة عن قطع صغيرة يمكن وضعها على الشفرة. إذا وضعناها على الجانب السفلي (المسطح) من الشفرة، فإنها تساعد في زيادة قوة الرفع. يمكن تخيلها مثل الصغيرات اللاصقة التي يمكنك وضعها على الأظافر لإضافة زخم وتأثير جميل. وبالتالي، إذا وضعنا الـ VGs بطريقة صحيحة على الجناح، فإنها تساعد في رفع الهواء بشكل أفضل وتزيد من كفاءة المروحة.
على الجانب الآخر، إذا وضعنا الـ VGs على الجانب العلوي (الحدبة العلوية) من الشفرة، فإنها تقلل من القوة الرفعية. يمكن أن نتخيلها مثل القطع اللاصقة على عجلات السيارة التي تستخدم لإبطاء السيارة في السباقات لمنعها من التغيير بسرعة كبيرة. وبالتالي، يمكن استخدام الـ VGs للتحكم في قوة الرفع للمروحة وتنظيم كيفية تأثيرها على الهواء.
لذلك يمكن وضع الـ VGs على الجانب السفلي لزيادة الرفع، أو على الجانب العلوي للحد من الرفع. (الحدبة الأعلى).
تصميم عنفة الرياح التحكم في الطاقة
اللف هو عملية تقوم بها الشفرة في مروحة الرياح للتحكم في قوتها وحمايتها في حالة عاصفة رياح قوية. عندما تكون الرياح قوية جدًا، تكون العاصفة الهوجاء، يمكن أن تكون لها تأثير كبير على شفرات المروحة.
في هذه الحالة، اللف يعمل كحماية للشفرة. يتم تغيير زاوية مواجهة الشفرة، أي زاوية توجه الشفرة إلى الرياح، بحيث يتم تقليل مساحة سطح الشفرة المعرضة للهواء. يمكن تخيل ذلك عندما نمتد يدينا بشكل مسطح عندما نريد أن نمسك بشيء من الرياح القوية، سنجعل أيدينا تتحرك بزاوية صغيرة بدلاً من مدها بشكل كامل.
هدف اللف هو تقليل السحب، أي القوة التي تعمل عكس اتجاه الحركة، وتقليل المقطع العرضي للشفرة، أي المساحة التي تقطعها الشفرة عبر الهواء. بتقليل هذين العاملين، يمكن للشفرة أن تتحمل العواصف الرياح القوية بشكل أفضل دون أن تتعطل أو تتوقف.
واحدة من المشاكل الرئيسية التي تواجهها الشفرات في العواصف الرياحية هي أنها قد تتوقف تمامًا أو تدور بسرعة ضعيفة جدًا. وعندما تتوقف الشفرة تمامًا، فإن الهواء العاصف يضغط بقوة على حافة الشفرة وقد يتسبب في حدوث أضرار على هيكلها.
تصميم عنفة الرياح التحكم في الطاقة
يمكن تقليل الأحمال عن طريق جعل النظام الهيكلي أكثر ليونة أو أكثر مرونة.  يمكن تحقيق ذلك باستخدام شفرات ذات تصميم خاص يسمح لها بالتكيف مع سرعات الرياح العالية. هناك طريقتان شائعتان للتحكم في سرعة الشفرات وتقليل زاوية هجومها في سرعات الرياح العالية.
الأولى هي استخدام شفرات منحنية تلتف بشكل طبيعي. عندما يكون الريح قوية، تلتف  بشكل أقوى، مما يقلل من زاوية هجومها. هذا يجعلها أكثر مرونة وتحملًا للرياح العاصفة.
الطريقة الثانية هي استخدام دوارات في اتجاه الرياح. المراوح العملاقة في مزارع الرياح. عندما تكون الرياح قوية، تبدأ المراوح في الدوران بسرعة لتقليل زاوية هجوم الشفرات والتأثير السلبي الذي يمكن أن يحدثه الهواء العاصف على الشفرات.
هذه الأنظمة ليست بسيطة مثل الأنظمة الخطية الأخرى، وتتطلب أدوات تصميم خاصة لجعل سلوكها غير الخطي و غير المنتظم نموذجيا.
عندما تكون الرياح قوية جدا فقد تكون مشكلة لأن الشفرات تحتاج إلى التحكم ، وهنا يأتي دور شيء يسمى "التحكم في درجة زاوية الميل المرجعية".
تصميم عنفة الرياح التحكم في الطاقة
و التحكم في درجة زاوية الميل المرجعية يعني الضبط الدقيق لزاوية الشفرات للتأكد من أنها تعمل بشكل صحيح. يتم ذلك باستخدام جهاز يسمى "محرك النغمة". يمكن لهذا المحرك أن يغير زاوية الشفرات بدقة شديدة حتى عندما يكون هناك ضغط كبير عليها. تستخدم بعض عنفات الرياح أيضًا أنظمة هيدروليكية. تحتوي هذه الأنظمة على نوابض ، لذلك إذا فشلت الطاقة الهيدروليكية ، فلا يزال بإمكان الشفرات الدوران تلقائيًا.
هناك أيضًا عنفات رياح بها محركات كهربائية احتياطية لكل شفرة. لديهم بطارية في حالة انقطاع التيار الكهربائي من الشبكة. عادة ما تكون هذه العنفات أصغر ، وتولد أقل من 50 كيلوواط من الطاقة. يستخدمون أنظمة تعمل بقوة الطرد المركزي ، إما باستخدام أوزان أو تصميمات هندسية ذكية. بهذه الطريقة ، لا يحتاجون إلى أدوات تحكم كهربائية أو هيدروليكية.
لذلك ، باختصار ، تمتلك عنفات الرياح آليات للتحكم في زاوية ريشها ، إما باستخدام محركات الملعب ، أو الأنظمة الهيدروليكية ، أو المحركات الكهربائية الاحتياطية. تضمن هذه الآليات أن العنفات يمكنها العمل بأمان وكفاءة حتى في ظل الرياح القوية ".
تصميم عنفة الرياح التحكم في الطاقة
توجد بعض الفجوات في طريقة التحكم في زاوية الشفرة في عنفات الرياح، وهذه المشاكل تؤثر على تكلفة إنتاج الطاقة بشكل عام. وفقًا لتقرير يمول من مركز أتكينسون لمستقبل مستدام، يركز العلماء حاليًا على تحسين طريقة التحكم بميل الشفرة بشكل كامل. هذا يعني أنهم يحاولون إيجاد طرق لتعديل زاوية الشفرة بشكل دقيق لتحسين أداء العنفات التجارية.
تمت دراسة تحسين طريقة التحكم في ميل الشفرة بواسطة المحاكاة، حيث يتم إنشاء نماذج افتراضية للشفرات والبرج ونظام الدفع. وقد تبين أن تحسين طريقة التحكم في ميل الشفرة يمكن أن يقلل من تحميل العنفات ويزيد من كفاءتها في جمع الطاقة. ومع ذلك، لا يزال هناك حاجة إلى مزيد من البحث لتحقيق أقصى استفادة من جمع الطاقة وتقليل أحمال التعب على العنفات.
على سبيل المثال، التحكم في زاوية ميل السلم. إذا كانت السلمة مائلة بزاوية مناسبة، يمكننا أن نصعد السلم بسهولة ونتحرك بسرعة. ولكن إذا كانت السلمة غير مائلة بشكل صحيح، فقد يكون من الصعب أو المتعب صعود السلمة.
تصميم عنفة الرياح التحكم في الطاقة
لذا، يعمل العلماء على تحسين طريقة التحكم في زاوية الشفرة للعنفات، بحيث تكون الشفرات في الزاوية المثلى لجمع أكبر كمية من الطاقة بأقل قدر من الجهد والتعب. هذا سيساعد في زيادة كفاءة الدواران و بالتالي انتاج طاقة أكثر.
عند التحدث عن التحكم في زاوية الملعب، يعني ذلك أننا نحاول التحكم في زاوية ميل الشفرات في عنفات الرياح بطريقة معينة. وفي هذا النص، يشرح كيف يتم ذلك باستخدام تقنية معينة.
تستخدم تقنية التحكم المطبقة على زاوية الميل المرجعية مقارنة الطاقة التي يولدها المحرك بالقدرة المقدرة للمحرك عند سرعته المحددة. يتم التحكم في زاوية الملعب باستخدام وحدة تحكم تسمى وحدة التحكم PI. لضبط زاوية الملعب بسرعة كافية، يستخدم المشغل وحدة زمن ثابتة تسمى وحدة تحكم Tservo. هذه الوحدة مدمجة ومحددة مسبقًا.
تظل زاوية الميل المرجعيةفي النص بين 0 درجة و 30 درجة، وتتغير بمعدل 10 درجات في الثانية الواحدة. لنفهم ذلك بشكل أفضل، يمكن مقارنة ذلك بوضعية اليدين عند التحكم في السرعة والقوة عند ركوب الدراجة. إذا كانت اليدين في وضعية صحيحة بزاوية مناسبة، فإننا نتمكن من التحكم في الدراجة بسلاسة وسرعة. ولكن إذا كانت في وضعية غير صحيحة، فقد يكون من الصعب التحكم في الدراجة بشكل جيد.
كما هو موضح في الشكل على اليمين، يتم مقارنة زاوية الميل المرجعية مع الزاوية الفعلية للميل ومن ثم يتم تصحيح الفرق بواسطة جهاز التحكم. زاوية الميل المرجعية التي تأتي من وحدة التحكم PI تمر عبر جهاز تقييد. تعتبر القيود مهمة للحفاظ على زاوية الميل بشكل حقيقي. يعتبر تقييد معدل التغيير مهمًا بشكل خاص أثناء وقوع أعطال في الشبكة. يعود السبب في أهمية ذلك إلى أن جهاز التحكم يقرر مدى سرعته في تقليل الطاقة الديناميكية لتجنب التسارع خلال وجود أخطاء.
تصميم عنفة الرياح ضوابط أخرى
تعمل أجهزة عنفات الرياح الحديثة ذات الحجم الكبير بسرعات متغيرة. عندما ينخفض سرعة الرياح أدنى من السرعة المقدرة للعنفة، يتم استخدام عزم المولد للتحكم في سرعة الدوران لاستيعاب أكبر قدر ممكن من الطاقة. يتم استيعاب أكبر قدر من الطاقة عندما يتم الاحتفاظ بنسبة سرعة الطرف عند قيمتها المثلى (عادة 6 أو 7). وهذا يعني أن سرعة الدوران للمروحة تزيد بنسبة متناسبة مع سرعة الرياح. يتحكم الفرق بين عزم الطاقة الديناميكي المستخلص من الشفرات وعزم المولد المطبق في سرعة الدوران. إذا كان عزم المولد أقل، فإن الدوران يتسارع، وإذا كان عزم المولد أعلى، فإن الدوران يتباطأ. عند سرعة الرياح أدنى من السرعة المقدرة، يكون التحكم في عزم المولد نشطًا في حين يتم الاحتفاظ عادة بزاوية الميل الثابتة التي تستيعب أكبر قدر من الطاقة، وهي مائلة بشكل ملائم تجاه الرياح. وعند سرعة الرياح أعلى من السرعة المقدرة، يتم الاحتفاظ عادة بعزم المولد ثابتًا بينما يتم ضبط زاوية الميل وفقًا لذلك.
تصميم عنفة الرياح ضوابط أخرى
إذا، أحد الأساليب المستخدمة في التحكم في محرك متزامن مغناطيسي دائم هو ما يسمى بالتحكم الموجه نحو المجال. هذه الاستراتيجية تتضمن جهازي تحكم حاليين، وهما جزء من دائرة التحكم المغلقة. يعملون معًا للتحكم في عزم الدوران للمحرك وسرعته.يستخدم التحكم الموجه إلى المجال جهازي تحكم حاليين ، يشبهان أجهزة الكمبيوتر الصغيرة ، لمراقبة وضبط التيار الكهربائي الداخل إلى المحرك. تعمل وحدات التحكم هذه على التأكد من حصول المحرك على القدر المناسب من الطاقة لتوليد عزم الدوران المطلوب. فكر في عزم الدوران على أنه القوة التي تجعل السيارة تتحرك للأمام أو للخلف. من خلال التحكم في عزم الدوران ، يمكننا التحكم في مدى قوة أو السرعة.
من خلال الجمع بين وحدات التحكم الحالية وجهاز التحكم في السرعة ، يتيح لنا التحكم الموجه نحو المجال التحكم في كل من عزم الدوران وسرعة المحرك. هذا يساعد المحرك على العمل بكفاءة وأداء المهام بدقة.
فسيكون لديك جهاز تحكم في الدوران (الحلقة الداخلية) وجهاز تحكم في السرعة (الحلقة الخارجية).
تصميم عنفة الرياح ضوابط أخرى
يقوم جهاز التحكم في الدوران بقياس القوة التي تستخدمها ويقوم بتحويلها إلى عزم دوران مناسب للمحرك. في الوقت نفسه، يعمل جهاز التحكم في السرعة على مراقبة سرعة المولد وضمان أنها تبقى في المدى المطلوب. إذا زادت السرعة عن الحد المحدد، سيقوم جهاز التحكم بتقليل عزم الدوران لتقليل السرعة.
باختصار، تقنية التحكم الموجه نحو المجال تساعد في ضبط سرعة المحرك وعزم الدوران لتحقيق التحكم المثلى في الأداء.
في استراتيجية التحكم هذه، نحتفظ بالتيار على المحور d عند الصفر، و نجعل لاتجاه التيار على المحور q للحفاظ على زاوية عزم الدوران عند 90 درجة. هذه الاستراتيجية الشائعة للتحكم تتطلب التحكم فقط في التيار المار على المحور q و هو التيار (Iqs ). معادلة عزم الدوران للمولد هي معادلة خطية تعتمد فقط على التيار Iqs.
فلنقم بتحليل هذه الاستراتيجية باستخدام مثال مبسط. تخيل أن لديك مروحة سقف في غرفتك، وتريد تشغيلها بسرعة محددة وأن تعمل بكفاءة. لكي تتحكم في ذلك، يحتاج علماؤك الذكاء لاستراتيجية محددة.
تصميم عنفة الرياح ضوابط أخرى
في هذه الاستراتيجية، يكون لديك اثنين من المحاور: المحور d والمحور q. المحور d هو محور الصفر، وهو مثل خط يمر عبر جانب المروحة بشكل افقي. بينما المحور q هو محور عبر المروحة بشكل عمودي. لكي تحافظ على زاوية عزم الدوران في المروحة عند 90 درجة، تحتاج إلى ضبط التيار على المحور q فقط.
إذا قمت بضبط التيار بشكل صحيح على المحور q، ستعمل المروحة بكفاءة عالية وستحقق الأداء المطلوب. ولأن معادلة عزم الدوران للمروحة هي معادلة خطية بسيطة، فإنه يمكننا التحكم فيها بشكل سهل عن طريق ضبط التيار على المحور q.
باختصار، استراتيجية التحكم هذه تساعدنا على ضبط التيار بشكل دقيق على المحور q للحفاظ على زاوية عزم الدوران في المحرك عند 90 درجة، مما يؤدي إلى أداء محسن وكفاءة عالية.
لذلك ، في المعادلة المعطى ، يعرض العزم الكهرومغناطيسي عندما يتم ضبط التيار على المحور d على الصفر باستخدام وحدة تحكم المحور d. و تساوي قيمة التيار المار عبر المحور d تساوي صفرا و بشكل مختصر lds يساوي صفر.
تصميم عنفة الرياح ضوابط أخرى
لذلك ، ذكر النظام الكامل للمحول الجانبي وحلقات التحكم ووحدة تحكم PI في الرسم التخطيطي. مدخلات وحدة التحكم هي قيم m ds و m qs التي تتحكم في كيفية عمل محول PWM(تضمين عرض النبضة) المنظم. يوضح مخطط التحكم كيفية التحكم في سرعة عنفات الرياح على جانب الماكينة وفي نفس الوقت يوضح كيف تصبح قيمة I ds صفرًا (مما يؤدي إلى معادلة عزم الدوران الخطي).
دعنا نستخدم مثالاً يساعدنا في فهم هذا المفهوم. تخيل أن لديك مروحة كهربائية وتريد التحكم في سرعتها. تقوم بتوصيل المروحة بوحدة تحكم خاصة تستخدم تقنية تسمى PWM (تضمين عرض النبضة). تتيح لك وحدة التحكم هذه تحديد النسبة المئوية للوقت الذي يجب أن تعمل فيه المروحة بسرعة عالية والنسبة المئوية للوقت الذي يجب أن تعمل فيه بسرعة منخفضة. بناءً على هذه الإشارة ، تعمل المروحة بالسرعة المطلوبة.
تصميم عنفة الرياح ضوابط أخرى
يتم التحكم في العنفات الكبيرة بشكل فعال لمواجهة اتجاه الرياح المقاس باستخدام دوارة الرياح في الخلف. من خلال تقليل زاوية الانعراج ، يتم زيادة خرج الطاقة وتقليل الأحمال غير المتوازنة. ومع ذلك ، نظرًا لاختلافات اتجاه الرياح ، لا تتبع العنفات الريح بدقة وتعاني من متوسط زاوية انعراج صغيرة. يمكن تقريب خسائر خرج الطاقة بواسطة (cos (زاوية الانعراج)) لأس ثلاثة. عند سرعات الرياح المنخفضة إلى المتوسطة ، يمكن أن يؤدي الانحراف إلى تقليل الإنتاج بشكل كبير ، حيث تصل الانحرافات الشائعة للرياح إلى 30 درجة. عند سرعات الرياح العالية ، يتغير اتجاه الرياح بدرجة أقل ، مما يؤدي إلى تأثير أقل على مخرج الطاقة.
عندما يكون الحمل الحركي على المولد منخفضًا جدًا، يمكن استخدام فرملة العنفات الصغيرة لتخفيف الضغط على العنفة وتحويل الطاقة الحركية إلى حرارة. مثل عندما تحتاج إلى توقف مفاجئ. عندما تستخدم الفرملة، تعمل على خفض سرعة وتحويل الحركة إلى حرارة تنتج من احتكاك الفرامل . فرملة العنفات الصغيرة تقوم بنفس العملية، لكنها تستخدم في المولدات والعنفات للحفاظ على سرعتها ضمن الحد الأمني عند انخفاض الحمل الحركي.
يؤدي الكبح الدوري إلى إبطاء الشفرات ، مما يزيد من تأثير التوقف ويقلل الكفاءة. يمكن الحفاظ على الدوران بسرعة آمنة في سرعة الرياح مع الحفاظ على خرج الطاقة (الاسمي). عادة لا يتم تطبيق هذه الطريقة على عنفات الرياح الكبيرة المتصلة بالشبكة.
فرامل الأسطوانة الميكانيكية أو قرص الفرامل تستخدم لإيقاف دوران العنفة في حالات الطوارئ مثل العواصف الشديدة. يمكن أن تستخدم كوسيلة ثانوية لتثبيت العنفة للصيانة، ولكن الفرامل الكهرومغناطيسية هي الوسيلة الرئيسية. تُستخدم فرامل الأسطوانة الميكانيكية عادةً بعد تخفيض سرعة العنفة باستخدام الشفرة والفرامل الكهرومغناطيسية. إن استخدام الفرامل الميكانيكية بأقصى سرعة يمكن أن يسبب حدوث حريق داخل العنفة. يزداد حمل العنفة عند استخدام الفرامل عند السرعة القصوى المحددة.
تصميم عنفة الرياح حجم العنفة
هناك أنواع مختلفة من العنفات تعتمد على حجمها وقوتها. العنفات الصغيرة تستخدم في المنازل والمزارع، في حين يستخدم العنفات الأكبر في توليد الكهرباء للمجتمعات والمصانع الكبيرة. أكبر عنفة رياح في العالم حالياً هي V236-15.0 ولديها شفرات طويلة ودوار ضخم. في الصين تم الإعلان عن تصميم عنفة أكبر بقوة 16 ميغاواط.
بشكل عام ، يجب أن تستوفي المواد المعايير التالية:
طواحين الهواء القديمة كانت تستخدم أشرعة خشبية وقماشية في صنع الشفرات. كانت هذه المواد متوفرة ورخيصة وسهلة التصنيع. وبإمكاننا صنع شفرات أصغر باستخدام مواد خفيفة مثل الألومنيوم. ومع ذلك، فإن هذه المواد تتطلب صيانة متكررة. الشفرات الخشبية والقماشية تجعل الشكل العام للشفرة مسطحًا، وهذا يجعلها تسحب الهواء بكفاءة منخفضة نسبيًا مقارنة بالشفرات الصلبة. أما الشفرات الصلبة فتحتاج إلى مواد غير مرنة مثل المعادن أو المواد المركبة للبناء. وبعض الشفرات تحتوي على موصلات للبرق.
تصميم عنفة الرياح حجم العنفة
زيادة طول الشفرة في طواحين الهواء يؤدي إلى زيادة إنتاج الطاقة. عندما تكون الشفرة أطول، فإنها تمتد لتغطي مساحة أكبر في الهواء. هذا يسمح بالحصول على سرعة أكبر للهواء على طول الشفرة، وبالتالي زيادة إنتاج الطاقة. يمكن استخدام برامج محسِّنة مثل HyperSizer و التي تستعمل في تصميم مركبات خارج الغلاف الجوي للأرض لتحسين تصميم الشفرة وجعلها أكثر كفاءة في توليد الطاقة. يمكن أن نتخيل ذلك كأننا نضيف قطعة أطول إلى مروحة، حيث تلتقط المروحة كمية أكبر من الهواء وتدفعه لتوليد الطاقة بشكل أفضل.
اعتبارًا من عام 2015 ، بلغ قطر الدوار لريش عنفات الرياح البرية 130 مترًا ،  بينما وصل قطر العنفات البحرية إلى 170 مترًا.  في عام 2001 ، تم استخدام ما يقدر بنحو 50 مليون كيلوغرام من صفائح الألياف الزجاجية في شفرات عنفات الرياح.
السيطرة على وزن الشفرة أمر مهم لأنه يؤثر على كيفية عمل الطاحونة وقدرتها على توليد الطاقة.