Hvordan beregne en vindgenerator: formler + praktisk eksempel på beregning

Alternativ energi hentet fra vindkraftverk er av stor interesse i samfunnet.Det er mye bevis på dette på nivå med ekte hverdagspraksis.

Landeiendomseiere bygger vindmøller med egne hender og er fornøyd med resultatet, selv om effekten kan være kortvarig. Årsaken er at vindgeneratoren ikke ble riktig beregnet under montering.

Enig, jeg vil ikke bruke tid og penger på å implementere prosjektet og ende opp med en ineffektiv installasjon. Derfor er det viktig å forstå hvordan man beregner en vindgenerator, og med hvilke parametere for å velge de viktigste driftskomponentene til en vindturbin.

Artikkelen er viet til å løse disse problemene. Den teoretiske delen av materialet er supplert med illustrerende eksempler og praktiske anbefalinger for montering av vindgenerator.

Vindturbinberegning

Hvor skal man begynne å beregne et system for å generere strøm fra vindenergi? Tatt i betraktning at vi snakker om en vindgenerator, virker en foreløpig analyse av vindrosen i et spesifikt område logisk.

Beregningsparametere som vindhastighet og dens karakteristiske retning for et gitt territorium er viktige designparametere. Til en viss grad bestemmer de nivået på vindturbinkraften som faktisk vil være oppnåelig.

Det er vanskelig å forestille seg vindgeneratorer med slik kraft. Men slike design eksisterer og fungerer effektivt.Imidlertid viser beregninger av slike strukturer relativt lav effekt sammenlignet med tradisjonelle energikilder

Det som er bemerkelsesverdig er at denne prosessen er langsiktig (minst 1 måned), noe som er ganske åpenbart. Det er umulig å beregne de maksimale sannsynlige parametrene for vindhastighet og dens hyppigste retning med en eller to målinger.

Dusinvis av målinger vil være nødvendig. Imidlertid er denne operasjonen virkelig nødvendig hvis det er et ønske om å bygge et effektivt produktivt system.

Hvordan beregne kraften til en vindmølle

Vindgeneratorer for hjemmebruk, spesielt de som er laget for hånd, har aldri overrasket folk med høy effekt. Dette er forståelig. Man trenger bare å forestille seg en massiv mast 8-10 m høy, utstyrt med en generator med et propellbladspenn på mer enn 3 m. Og dette er ikke den kraftigste installasjonen. Omtrent 2 kW.

For å betjene vindturbiner av denne kraften, brukes helikoptre og team av spesialister på opptil et dusin personer. For å beregne et slikt kraftverk er et enda større antall utøvere involvert

Generelt, hvis du stoler på en standardtabell som viser forholdet mellom kraften til en vindgenerator og det nødvendige spennet til propellbladene, er det noe å bli overrasket over. I følge tabellen krever en 10 W vindmølle en to-meters propell.

En 500-watts design vil kreve en propell med en diameter på 14 m. Dessuten avhenger bladspennparameteren av antallet. Jo flere blader, jo mindre spennvidde.

Men dette er bare en teori, betinget av vindhastigheter som ikke overstiger 4 m/sek.I praksis er alt noe annerledes, og effekten til husholdningsinstallasjoner som faktisk fungerer i lang tid har aldri oversteget 500 W.

Derfor er valget av effekt her vanligvis begrenset til området 250-500 W med en gjennomsnittlig vindhastighet på 6-8 m/sek.

Tabell over avhengigheten av kraften til et vindenergisystem av rotorens diameter og antall blader. Denne tabellen kan brukes til beregninger, men tar hensyn til dens kompilering for vindhastighetsparametere opp til 4 m/sek (+)

Fra en teoretisk posisjon beregnes kraften til en vindkraftstasjon ved å bruke formelen:

N=p*S*V³/2,

Hvor:

• s – tetthet av luftmasser;
• S – totalt blåst areal av propellbladene;
• V — luftstrømhastighet;
• N – luftstrømskraft.

Siden N er en parameter som radikalt påvirker kraften til en vindgenerator, vil den faktiske kraften til installasjonen være nær den beregnede verdien av N.

Beregning av vindturbinpropeller

Når du bygger en vindmølle, brukes vanligvis to typer propeller:

• bevinget — rotasjon i horisontalplanet;
• Savonius-rotor, Darrieus-rotor — rotasjon i et vertikalt plan.

Skruedesign med rotasjon i et hvilket som helst plan kan beregnes ved å bruke formelen:

Z=L*B/60/V

Hvor:

• Z – hastighetsgrad (lav hastighet) til propellen;
• L – størrelsen på lengden på sirkelen beskrevet av bladene;
• W – hastighet (frekvens) for rotasjon av propellen;
• V – luftstrømhastighet.

Basert på denne formelen kan du enkelt beregne antall omdreininger W - rotasjonshastighet.

Slik ser utformingen av skruen kalt "Darieu Rotor" ut. Denne versjonen av propellen anses å være effektiv i produksjonen av vindgeneratorer med liten kraft og størrelse.Beregningen av skruen har noen funksjoner

Og arbeidsforholdet mellom omdreininger og vindhastighet finner du i tabeller som er tilgjengelige på Internett. For eksempel, for en propell med to blader og Z=5, er følgende forhold gyldig:

En av de viktige indikatorene på en vindmøllepropell er også stigningen.

Denne parameteren kan bestemmes ved hjelp av formelen:

H=2πR* tan α,

Hvor:

• 2π – konstant (2*3,14);
• R – radius beskrevet av bladet;
• tan α – snittvinkel.

Ytterligere informasjon om valg av form og antall blader, samt instruksjoner for deres produksjon, er gitt i denne artikkelen.

Utvalg av generatorer for vindturbiner

Etter å ha den beregnede verdien av antall skrueomdreininger (W), oppnådd ved hjelp av metoden beskrevet ovenfor, kan du allerede velge (produsere) riktig generator.

For eksempel, med en hastighet Z=5, antall blader lik 2 og en hastighet på 330 rpm. Ved en vindhastighet på 8 m/s. Generatoreffekten skal være omtrent 300 W.

Tverrsnittsbilde av en vindkraftverkgenerator. Demonstrativt eksempel på en av de mulige designene til en hjemmevindkraftsystemgenerator, montert uavhengig

Gitt disse parametrene, kan et passende valg som generator for et innenlandsk vindkraftverk være motoren som brukes i design av moderne elektriske sykler. Det tradisjonelle navnet på delen er sykkelmotor (laget i Kina).

Slik ser en elektrisk sykkelmotor ut, på grunnlag av hvilken det foreslås å lage en generator for en hjemmevindmølle. Utformingen av sykkelmotoren er ideell for implementering uten praktisk talt noen beregninger eller modifikasjoner. Imidlertid er kraften deres lav

Egenskapene til en elektrisk sykkelmotor er omtrent som følger:

En positiv egenskap ved sykkelmotorer er at de praktisk talt ikke trenger å endres. De ble strukturelt designet som lavhastighets elektriske motorer og kan med hell brukes til vindgeneratorer.

For å lage en vindmølle kan du bruk bilgenerator eller samle vaskemaskin enhet.

Beregning og valg av laderegulator

En batteriladekontroller er nødvendig for alle typer vindkraftverk, inkludert innenlandsdesign.

Beregningen av denne enheten kommer ned til å velge den elektriske kretsen til enheten, som vil tilsvare designparametrene til vindsystemet.

Av disse parametrene er de viktigste:

• nominell og maksimal spenning til generatoren;
• maksimal mulig generatorkraft;
• maksimal mulig batteriladestrøm;
• batterispenning;
• omgivelsestemperatur;
• luftfuktighetsnivået.

Basert på de presenterte parameterne, ladekontrollersammenstilling gjør det selv eller velg en ferdig enhet.

Ladekontroller for batterier som brukes som del av et vindkraftverk. En industrielt produsert enhet, når du velger hvilken du bare trenger å studere de tekniske egenskapene nøye for nøyaktig koordinering med det eksisterende systemet

Selvfølgelig er det tilrådelig å velge (eller sette sammen) en enhet hvis krets vil gi en enkel startfunksjon under forhold med svake luftstrømmer. En kontroller designet for drift med batterier med forskjellige spenninger (12, 24, 48 volt) er også velkommen.

Til slutt, når du beregner (velger) kontrollerkretsen, anbefales det ikke å glemme tilstedeværelsen av en slik funksjon som inverterkontroll.

Velge et batteri for systemet

I praksis brukes forskjellige typer batterier og nesten alle egner seg godt for bruk som en del av et vindenergisystem. Men et spesifikt valg må uansett gjøres. Avhengig av parametrene til vindmøllesystemet, velges batteriet basert på spenning, kapasitet og ladeforhold.

Tradisjonelle komponenter for hjemmevindmøller er klassiske blybatterier. De viste gode resultater i praktisk forstand.I tillegg er kostnadene for denne typen batterier mer rimelige sammenlignet med andre typer.

Bly-syrebatterier er spesielt upretensiøse for å lade/utlade forhold, men det er uakseptabelt å inkludere dem i et system uten en kontroller.

Dersom vindturbinanlegget inneholder en profesjonelt utformet laderegulator med et fullverdig automasjonssystem, virker det rasjonelt å bruke AGM- eller heliumbatterier.

Hjemme vindgenerator batteripakke. Ikke det beste alternativet for bruk, gitt kaoset av ledninger og lagringskrav. I denne tilstanden av energilagringsenheter kan man ikke stole på deres langsiktige drift.

Begge typer energilagringsenheter kjennetegnes av større effektivitet og lang levetid, men de stiller høye krav til ladeforhold.

Det samme gjelder de såkalte pansrede heliumbatteriene. Men valget av disse batteriene for en husholdningsvindmølle er betydelig begrenset av prisen. Levetiden til disse dyre batteriene er imidlertid den lengste sammenlignet med alle andre typer.

Disse batteriene har også en lengre lade-/utladingssyklus, men kun hvis det brukes en lader av høy kvalitet.

Beregning av en inverter for en hjemmevindmølle

Det bør bemerkes med en gang: hvis utformingen av en hjemmevindturbin inneholder ett 12-volts batteri, er det ingen vits i å installere en omformer på et slikt system.

I gjennomsnitt er husholdningens strømforbruk minst 4 kW ved toppbelastninger.Derav konklusjonen: antall oppladbare batterier for slik strøm bør være minst 10 stykker og helst med en spenning på 24 volt. For et slikt antall batterier er det fornuftig å installere en omformer.

Men for å fullt ut gi energi til 10 batterier med en spenning på 24 W hver og stabilt opprettholde ladningen, vil det være nødvendig med en vindmølle med en effekt på minst 2-3 kW. Åpenbart kan enkle husholdningsstrukturer ikke håndtere slik makt.

Laveffektomformer (600 W), som kan brukes til små strøminstallasjoner i hjemmet. Du kan drive en TV eller et lite kjøleskap fra slikt utstyr med en spenning på 220 volt. Det er ikke lenger nok strøm til lampene i lysekronen

Du kan imidlertid beregne omformerens effekt på følgende måte:

1. Oppsummer kraften til alle forbrukere.
2. Bestem tidspunktet for forbruket.
3. Bestem topplast.

I et spesifikt eksempel vil det se slik ut.

La det være elektriske husholdningsapparater som last: belysningslamper - 3 stk. 40 W hver, TV-mottaker - 120 W, kompakt kjøleskap 200 W. Vi summerer effekten: 3*40+120+200 og vi får 440 W på utgangen.

La oss bestemme kraften til forbrukere for en gjennomsnittlig periode på 4 timer: 440*4=1760 W. Basert på den oppnådde effektverdien over forbrukstid, virker det logisk å velge en omformer blant slike enheter med en utgangseffekt på 2 kW eller mer.

Basert på denne verdien beregnes strømspenningskarakteristikken til den nødvendige enheten: 2000*0,6=1200 V/A.

En klassisk ordning for reproduksjon og distribusjon av energi hentet fra en husholdningsvindgenerator. Men for å gi langsiktig energi til et slikt antall enheter, er det nødvendig med en tilstrekkelig kraftig installasjon (+)

I realiteten vil husholdningsbelastningen på en familie på tre personer, som er fullt utstyrt med husholdningsapparater, være høyere enn beregnet i eksemplet. Vanligvis overskrider også lasttilkoblingstiden de nødvendige 4 timene. Følgelig vil vindkraftsystemets omformer trenge en kraftigere.

Foreløpig beregning av en vindmølle er nyttig ikke bare for selvmontering. Det er også nødvendig å bestemme de optimale parametrene når velge en ferdig vindgenerator.

Konklusjoner og nyttig video om temaet

Hvordan kildedataene analyseres og hvordan formlene brukes, presenteres i videoen:

Det er uansett nødvendig å bruke beregnede data. Enten det er et industrielt kraftverk eller et produsert for husholdningsbruk, sikrer beregningen av hver enhet alltid maksimal effektivitet av enheten og, viktigst av alt, driftssikkerhet.

Foreløpige beregninger bestemmer muligheten for å implementere prosjektet og hjelper til med å bestemme hvor kostbart eller økonomisk prosjektet er.

Har du erfaring med å løse lignende problemer? Eller har du fortsatt spørsmål om emnet? Vennligst del dine vindmølleberegnings- og designferdigheter. Du kan legge igjen kommentarer og stille spørsmål i skjemaet nedenfor.