Tuuligeneraattorin laskeminen: kaavat + käytännön esimerkki laskemisesta

Tuulivoimaloista saatava vaihtoehtoinen energia kiinnostaa yhteiskunnassa paljon.Tästä on paljon todisteita todellisen arjen käytännön tasolla.

Maatilaomistajat rakentavat tuulimyllyjä omin käsin ja ovat tyytyväisiä tulokseen, vaikka vaikutus voi olla lyhytikäinen. Syynä on se, että tuuligeneraattoria ei ole laskettu oikein asennuksen aikana.

Olen samaa mieltä, en haluaisi käyttää aikaa ja rahaa projektin toteuttamiseen ja päätyä tehottomaan asennukseen. Siksi on tärkeää ymmärtää, kuinka tuuligeneraattori lasketaan ja millä parametreilla valitaan tuuliturbiinin tärkeimmät toimintakomponentit.

Artikkeli on omistettu näiden ongelmien ratkaisemiseen. Materiaalin teoreettista osaa on täydennetty havainnollistavilla esimerkeillä ja käytännön suosituksilla tuuligeneraattorin kokoamiseksi.

Tuuliturbiinin laskenta

Mistä aloittaa tuulienergian sähköntuotantojärjestelmän laskeminen? Ottaen huomioon, että puhumme tuuligeneraattorista, alustava analyysi tuuliruususta tietyllä alueella vaikuttaa loogiselta.

Laskentaparametrit, kuten tuulen nopeus ja sen ominaissuunta tietylle alueelle, ovat tärkeitä suunnitteluparametreja. Jossain määrin ne määrittävät tuuliturbiinin tehon tason, joka todella on saavutettavissa.

On vaikea edes kuvitella tällaisen tehon tuuligeneraattoreita. Mutta tällaisia ​​​​malleja on olemassa ja ne toimivat tehokkaasti.Tällaisten rakenteiden laskelmat osoittavat kuitenkin suhteellisen alhaisen tehon perinteisiin energialähteisiin verrattuna

Huomionarvoista on, että tämä prosessi on luonteeltaan pitkäaikainen (vähintään 1 kuukausi), mikä on melko ilmeistä. Tuulen nopeuden todennäköisimpiä parametreja ja sen yleisintä suuntaa on mahdotonta laskea yhdellä tai kahdella mittauksella.

Mittoja tarvitaan kymmeniä. Tämä toimenpide on kuitenkin todella tarpeellinen, jos halutaan rakentaa tehokas tuottava järjestelmä.

Kuinka laskea tuulimyllyn teho

Kotikäyttöön tarkoitetut tuuligeneraattorit, varsinkin käsin tehdyt, eivät ole koskaan yllättäneet ihmisiä suurella teholla. Tämä on ymmärrettävää. Pitää vain kuvitella massiivinen 8-10 m korkea masto, joka on varustettu generaattorilla, jonka potkurin lavan väli on yli 3 m. Eikä tämä ole tehokkain asennus. Vain noin 2 kW.

Tämän tehoisten tuuliturbiinien huoltoon käytetään helikoptereita ja jopa tusinan hengen asiantuntijaryhmiä. Tällaisen voimalaitoksen laskemiseen tarvitaan vielä suurempi määrä esiintyjiä

Yleisesti ottaen, jos luotat vakiotaulukkoon, joka näyttää tuuligeneraattorin tehon ja potkurin lapojen vaaditun jännevälin välisen suhteen, on jotain yllättävää. Taulukon mukaan 10 W tuulimylly vaatii kahden metrin potkurin.

500 watin malli vaatii potkurin, jonka halkaisija on 14 m. Lisäksi lapojen jänneväli riippuu niiden lukumäärästä. Mitä enemmän teriä, sitä pienempi jänneväli.

Mutta tämä on vain teoria, joka perustuu tuulen nopeudelle, joka ei ylitä 4 m/s.Käytännössä kaikki on hieman erilaista, ja todella pitkään toimivien kotitalousasennusten teho ei ole koskaan ylittänyt 500 W.

Siksi tehon valinta tässä on yleensä rajoitettu alueelle 250-500 W tuulen keskinopeudella 6-8 m/s.

Taulukko tuulivoimajärjestelmän tehon riippuvuudesta roottorin halkaisijasta ja siipien lukumäärästä. Tätä taulukkoa voidaan käyttää laskelmiin, mutta ottaen huomioon sen kooste tuulen nopeusparametreille 4 m/s (+) asti

Teoreettisesti katsottuna tuulivoimalan teho lasketaan kaavalla:

N=p*S*V³/2,

Missä:

• s – ilmamassojen tiheys;
• S – potkurin siipien puhallettu kokonaispinta-ala;
• V — ilman virtausnopeus;
• N – ilmavirtausteho.

Koska N on parametri, joka vaikuttaa radikaalisti tuuligeneraattorin tehoon, laitoksen todellinen teho on lähellä N:n laskettua arvoa.

Tuuliturbiinien potkurien laskeminen

Tuulimyllyä rakennettaessa käytetään yleensä kahdenlaisia ​​potkureita:

• siivekäs — pyöriminen vaakatasossa;
• Savonius-roottori, Darrieus-roottori — pyöriminen pystytasossa.

Ruuvimallit, jotka pyörivät missä tahansa tasossa, voidaan laskea kaavalla:

Z = P*L/60/V

Missä:

• Z – potkurin nopeusaste (matala nopeus);
• L – terien kuvaaman ympyrän pituuden koko;
• W – potkurin pyörimisnopeus (taajuus);
• V – ilman virtausnopeus.

Tämän kaavan perusteella voit helposti laskea kierrosten lukumäärän W - pyörimisnopeus.

Tältä näyttää "Darieu Rotor" -nimisen ruuvin muotoilu. Tätä potkurin versiota pidetään tehokkaana pienen tehon ja koon tuuligeneraattoreiden valmistuksessa.Ruuvin laskennassa on joitain ominaisuuksia

Ja kierrosten ja tuulen nopeuden välinen työsuhde löytyy Internetistä saatavilla olevista taulukoista. Esimerkiksi potkurille, jossa on kaksi lapaa ja Z=5, seuraava suhde pätee:

Myös yksi tuulimyllyn potkurin tärkeimmistä indikaattoreista on nousu.

Tämä parametri voidaan määrittää käyttämällä kaavaa:

H = 2πR* tan a,

Missä:

• 2π – vakio (2*3,14);
• R – terän kuvaama säde;
• tan α – leikkauskulma.

Lisätietoa terien muodon ja lukumäärän valinnasta sekä ohjeet niiden valmistusta varten löytyy Tämä artikkeli.

Generaattorien valinta tuuliturbiiniin

Kun ruuvin kierrosten lukumäärän (W) laskettu arvo on saatu yllä kuvatulla menetelmällä, voit jo valita (valmistaa) sopivan generaattorin.

Esimerkiksi, kun nopeusaste Z=5, terien lukumäärä on 2 ja nopeus 330 rpm. Tuulen nopeudella 8 m/s. Generaattorin tehon tulee olla noin 300 W.

Poikkileikkauskuva tuulivoimalan generaattorista. Havainnollistava esimerkki yhdestä mahdollisesta kodin tuulivoimajärjestelmän generaattorista, joka on koottu itsenäisesti

Näillä parametreilla sopiva valinta kotimaisen tuulivoimalaitoksen generaattoriksi voi olla nykyaikaisten sähköpyörien suunnittelussa käytetty moottori. Osan perinteinen nimi on polkupyörän moottori (valmistettu Kiinassa).

Tältä näyttää sähköpyörän moottori, jonka perusteella ehdotetaan generaattorin tekemistä kodin tuulimyllylle. Polkupyörän moottorin rakenne on ihanteellinen toteutukseen ilman laskelmia tai muutoksia. Niiden teho on kuitenkin pieni

Sähköpyörän moottorin ominaisuudet ovat suunnilleen seuraavat:

Polkupyörän moottoreiden positiivinen piirre on, että niitä ei käytännössä tarvitse muuttaa. Ne on rakenteellisesti suunniteltu hitaiksi sähkömoottoreiksi ja niitä voidaan käyttää menestyksekkäästi tuuligeneraattoreihin.

Voit tehdä tuulimyllyn käyttää auton generaattoria tai kerätä pesukoneyksikkö.

Latausohjaimen laskenta ja valinta

Akun lataussäädin tarvitaan kaikentyyppisille tuulivoimalaitoksille, myös kotimaisille laitoksille.

Tämän laitteen laskenta perustuu laitteen sähköpiirin valitsemiseen, joka vastaisi tuulijärjestelmän suunnitteluparametreja.

Näistä parametreista tärkeimmät ovat:

• generaattorin nimellis- ja maksimijännite;
• generaattorin suurin mahdollinen teho;
• suurin mahdollinen akun latausvirta;
• akun jännite;
• ympäristön lämpötila;
• ympäristön kosteustaso.

Esitettyjen parametrien perusteella latausohjaimen kokoonpano tee se itse tai valitse valmis laite.

Tuulivoimalaitoksen osana käytettävien akkujen latausohjain. Teollisesti valmistettu laite, jota valittaessa sinun tarvitsee vain tutkia huolellisesti tekniset ominaisuudet täsmälleen yhteensovittamiseksi olemassa olevan järjestelmän kanssa

Tietenkin on suositeltavaa valita (tai koota) laite, jonka piiri tarjoaisi helpon käynnistystoiminnon heikkojen ilmavirtojen olosuhteissa. Ohjain, joka on suunniteltu toimimaan eri jännitteiden (12, 24, 48 voltin) paristoilla, on myös tervetullut.

Lopuksi, kun lasketaan (valitset) ohjainpiiriä, on suositeltavaa olla unohtamatta sellaisen toiminnon olemassaoloa kuin invertteriohjaus.

Akun valinta järjestelmään

Käytännössä käytetään erityyppisiä akkuja ja lähes kaikki sopivat hyvin käytettäväksi osana tuulivoimajärjestelmää. Mutta erityinen valinta on tehtävä joka tapauksessa. Tuulimyllyjärjestelmän parametrien mukaan akku valitaan jännitteen, kapasiteetin ja latausolosuhteiden perusteella.

Kodin tuulimyllyjen perinteiset komponentit ovat klassisia lyijyakkuja. He osoittivat hyviä tuloksia käytännön mielessä.Lisäksi tämän tyyppisen akun hinta on kohtuullisempi muihin tyyppeihin verrattuna.

Lyijyakut ovat erityisen vaatimattomia lataus-/purkausolosuhteissa, mutta ei ole hyväksyttävää sisällyttää niitä järjestelmään ilman ohjainta.

Jos tuuliturbiiniasennuksessa on ammattimaisesti suunniteltu lataussäädin, jossa on täysi automaatiojärjestelmä, vaikuttaa järkevältä käyttää AGM- tai helium-akkuja.

Kodin tuuligeneraattorin akkupaketti. Ei paras vaihtoehto käytettäväksi, kun otetaan huomioon johtojen kaaos ja säilytysvaatimukset. Tässä energiavarastolaitteiden tilassa ei voi luottaa niiden pitkäaikaiseen toimintaan.

Molemmille energian varastointilaitteille on ominaista suurempi hyötysuhde ja pitkä käyttöikä, mutta ne asettavat korkeat vaatimukset latausolosuhteille.

Sama koskee niin sanottuja panssaroituja helium-tyyppisiä akkuja. Mutta näiden akkujen valinta kotitalouksien tuulimyllyyn on huomattavasti rajoitettu hinta. Näiden kalliiden akkujen käyttöikä on kuitenkin pisin muihin tyyppeihin verrattuna.

Näillä akuilla on myös pidempi lataus-/purkausjakso, mutta vain jos käytetään korkealaatuista laturia.

Invertterin laskenta kotituulimyllylle

On huomattava heti: jos kodin tuuliturbiinin suunnittelu sisältää yhden 12 voltin akun, ei ole mitään järkeä asentaa invertteriä tällaiseen järjestelmään.

Kotitalouksien sähkönkulutus on keskimäärin vähintään 4 kW huippukuormituksella.Tästä päätelmä: ladattavien akkujen lukumäärän tällaiselle teholle tulisi olla vähintään 10 kappaletta ja mieluiten 24 voltin jännitteellä. Tällaiselle akkumäärälle on järkevää asentaa invertteri.

Kuitenkin, jotta 10 akkua, joiden jännite on 24 W, saadaan täysin energiaa ja niiden lataus pysyy vakaana, tarvitaan tuulimylly, jonka teho on vähintään 2-3 kW. On selvää, että yksinkertaiset kotitalousrakenteet eivät kestä tällaista tehoa.

Pienitehoinen invertteri (600 W), jota voidaan käyttää kodin pieniin sähköasennuksiin. Voit ladata television tai pienen jääkaapin sellaisista laitteista, joiden jännite on 220 volttia. Kattokruunun lampuille ei ole enää tarpeeksi virtaa

Voit kuitenkin laskea invertterin tehon seuraavasti:

1. Yhteenveto kaikkien kuluttajien voimasta.
2. Määritä kulutuksen aika.
3. Määritä huippukuorma.

Tietyssä esimerkissä se näyttää tältä.

Olkoon kodin sähkölaitteet kuormana: valaistuslamput - 3 kpl. 40 W kukin, televisiovastaanotin - 120 W, kompakti jääkaappi 200 W. Summaamme tehot: 3*40+120+200 ja lähdössä saamme 440 W.

Määritetään kuluttajien teho keskimäärin 4 tunnin ajanjaksolle: 440*4=1760 W. Saadun tehoarvon perusteella kulutusajan mukaan vaikuttaa loogiselta valita tällaisten laitteiden joukosta invertteri, jonka lähtöteho on 2 kW tai enemmän.

Tämän arvon perusteella lasketaan tarvittavan laitteen virta-jännite-ominaisuus: 2000*0,6=1200 V/A.

Klassinen järjestelmä kotitalouden tuuligeneraattorista saadun energian toistoon ja jakeluun. Pitkäkestoisen energian tuottamiseksi tällaiselle määrälle laitteille tarvitaan kuitenkin riittävän tehokas asennus (+)

Todellisuudessa kodinkoneilla täysin varustetun kolmihenkisen perheen kotitalouden kuormitus on suurempi kuin esimerkissä on laskettu. Tyypillisesti myös kuorman kytkentäaika ylittää vaaditut 4 tuntia. Näin ollen tuulivoimajärjestelmän invertteri tarvitsee tehokkaamman.

Tuulimyllyn alustava laskelma on hyödyllinen paitsi sen itsekokoonpanossa. On myös tarpeen määrittää optimaaliset parametrit milloin valmiin tuuligeneraattorin valinta.

Päätelmät ja hyödyllinen video aiheesta

Videolla esitellään, miten lähdedataa analysoidaan ja miten kaavoja sovelletaan:

Laskettua dataa on käytettävä joka tapauksessa. Olipa kyseessä teollisuusvoimalaitos tai kotikäyttöön valmistettu voimalaitos, jokaisen yksikön laskennalla varmistetaan aina laitteen maksimaalinen hyötysuhde ja mikä tärkeintä käyttöturvallisuus.

Alustavat laskelmat määrittelevät hankkeen toteuttamiskelpoisuuden ja auttavat määrittämään, kuinka kallis tai taloudellinen hanke on.

Onko sinulla kokemusta vastaavien ongelmien ratkaisemisesta? Tai onko sinulla vielä kysyttävää aiheesta? Ole hyvä ja jaa tuuliturbiinin laskenta- ja suunnittelutaitosi. Voit jättää kommentteja ja esittää kysymyksiä alla olevalla lomakkeella.