Kaip apskaičiuoti vėjo generatorių: formulės + praktinis skaičiavimo pavyzdys

Iš vėjo jėgainių gaunama alternatyvi energija kelia didelį visuomenės susidomėjimą. Realios buitinės praktikos lygmeniu tai patvirtina daug.

Priemiesčio nekilnojamojo turto savininkai stato vėjo malūnus savo rankomis ir yra patenkinti rezultatu, nors poveikis gali būti trumpalaikis. Priežastis - surinkimo metu nebuvo tinkamai apskaičiuotas vėjo generatorius.

Sutikite, nenorėčiau skirti laiko ir pinigų projektui, gauti neefektyvų įrengimą. Todėl svarbu suprasti, kaip apskaičiuoti vėjo generatorių ir kokiais parametrais pasirinkti pagrindinius vėjo jėgainės darbo vienetus.

Straipsnis skirtas šių klausimų sprendimui. Teorinę medžiagos dalį papildo aiškinamieji pavyzdžiai ir praktinės vėjo generatoriaus surinkimo rekomendacijos.

Vėjo generatoriaus skaičiavimas

Kur pradėti skaičiuoti iš vėjo energijos pagamintą elektros energiją? Atsižvelgiant į tai, kad mes kalbame apie vėjo generatorių, preliminari vėjo rožės analizė tam tikroje srityje atrodo logiška.

Svarbūs projektavimo parametrai yra tokie projektiniai parametrai kaip vėjo greitis ir būdinga jo kryptis tam tikroje teritorijoje. Jie tam tikru mastu nustato vėjo malūno galios lygį, kuris bus pasiekiamas.

Sunku įsivaizduoti tokios galios vėjo generatorius. Tačiau panašūs dizainai egzistuoja ir veikia efektyviai. Tačiau tokių konstrukcijų skaičiavimai rodo palyginti mažą galią, palyginti su tradiciniais energijos šaltiniais.

Pažymėtina, kad šis procesas yra ilgalaikio pobūdžio (mažiausiai 1 mėnesį), o tai yra gana akivaizdu. Vienu ar dviem matavimais neįmanoma apskaičiuoti labiausiai tikėtinų vėjo greičio ir dažniausios jo krypties parametrų.

Reikės dešimtys matavimų. Nepaisant to, ši operacija tikrai būtina, jei yra noras sukurti efektyvią produktyvią sistemą.

Kaip apskaičiuoti vėjo malūno galią

Buitiniai vėjo generatoriai, ypač pagaminti savo rankomis, dar neturėjo nustebinti žmonių, turinčių didelę galią. Tai suprantama. Belieka tik įsivaizduoti masyvų 8-10 m aukščio stiebą, kuriame įrengtas generatorius, kurio sraigto mentės yra didesnės nei 3 m. Ir tai nėra pats galingiausias įrenginys. Tik apie 2 kW.

Tokios galios vėjo malūnams aptarnauti naudojami sraigtasparniai ir specialistų komandos, kurių skaičius siekia keliolika žmonių. Norint apskaičiuoti tokią elektrinę, reikia įtraukti dar daugiau atlikėjų

Apskritai, jei pasikliaujate standartine lentele, kurioje nurodomas vėjo generatoriaus galios ir reikiamo rotoriaus mentių ilgio santykis, nėra ko stebėtis. Pagal lentelę 10 W vėjo malūnui reikalingas 10 metrų sraigtas.

Norint 500 vatų dizainą, reikės varžto, kurio skersmuo 14 m. Be to, mentės atstumo parametras priklauso nuo jų skaičiaus. Kuo daugiau peiliukų, tuo mažesnė taikymo sritis.

Bet tai tik teorija, nes vėjo greitis neviršija 4 m / s. Praktiškai viskas yra šiek tiek kitaip, o ilgą laiką galiojusių buitinių instaliacijų galia niekada neviršijo 500 vatų.

Todėl čia galios pasirinkimas paprastai apsiriboja 250–500 W diapazonu, kai vidutinis vėjo greitis yra 6–8 m / s.

Vėjo energijos sistemos galios priklausomybės nuo rotoriaus skersmens ir menčių skaičiaus lentelė. Ši lentelė gali būti naudojama skaičiavimams, tačiau atsižvelgiant į jos sudarymą vėjo greičio parametrui iki 4 m / s (+)

Teoriniu požiūriu vėjo jėgainės galia apskaičiuojama pagal formulę:

N = p * S * V³/2,

kur:

• p - oro masių tankis;
• S - bendras sraigto menčių pūtimo plotas;
• V - oro srautas;
• N - oro srautas.

Kadangi N yra parametras, smarkiai veikiantis vėjo generatoriaus galią, tikroji įrenginio galia bus artima apskaičiuotai N vertei.

Vėjo jėgainių varžtų skaičiavimas

Projektuodami vėjo malūną, dažniausiai naudojami dviejų tipų varžtai:

• sparnuotas - sukimas horizontalioje plokštumoje;
• Savonius rotorius, Daria rotorius - sukimas vertikalioje plokštumoje.

Varžtų su sukimosi bet kurioje plokštumoje projektą galima apskaičiuoti pagal formulę:

Z = L * W / 60 / V

kur:

• Z - varžto greičio laipsnis (mažas greitis);
• L - ilgio dydis, apibūdinamas apskritimo ašmenimis;
• W - varžto sukimosi greitis (dažnis);
• V - oro srautas.

Remiantis šia formule, galima nesunkiai apskaičiuoti apsisukimų skaičių W - sukimosi greitį.

Tai yra varžto, pavadinto „Daria Rotor“, konstrukcija. Ši oro sraigto versija laikoma efektyvia gaminant mažos galios ir dydžio vėjo generatorius. Sraigto skaičiavimas turi keletą savybių

Darbinį apsisukimų ir vėjo greičio santykį galima rasti tinkle esančiose lentelėse. Pvz., Kai varžtas su dviem ašmenimis ir Z = 5, galioja šis santykis:

Taip pat vienas iš svarbių vėjo turbinos atramos rodiklių yra žingsnis.

Šį parametrą galima nustatyti pagal formulę:

H = 2πR * tan α,

kur:

• 2π - konstanta (2 * 3,14);
• R - ašmens apibūdintas spindulys;
• tg α - sekcijos kampas.

Papildoma informacija apie ašmenų formos ir skaičiaus pasirinkimą, taip pat jų pagaminimo instrukcijos šis straipsnis.

Generatorių pasirinkimas vėjo malūnams

Turint apskaičiuotą varžto sukimosi greičio (W) vertę, gautą aukščiau pateiktu metodu, jau galima pasirinkti (pagaminti) atitinkamą generatorių.

Pavyzdžiui, kai greičio laipsnis Z = 5, ašmenų skaičius lygus 2 ir 330 apsisukimų per minutę greičiui. Esant 8 m / s vėjo greičiui. generatoriaus galia turėtų būti maždaug 300 vatų.

Vėjo jėgainės generatorius „skyriuje“.Atstovaujamas vieno iš galimų namų vėjo energijos generatoriaus, surenkamo savarankiškai, projekto pavyzdys

Esant šiems parametrams, variklis, kuris naudojamas statant šiuolaikinius elektrinius dviračius, gali būti tinkamas pasirinkimas kaip buitinio vėjo jėgainės generatorius. Tradicinis dalies pavadinimas yra dviratis variklis (pagamintas Kinijoje).

Tai atrodo kaip elektrinis dviračio variklis, kurio pagrindu siūloma pasigaminti generatorių namų vėjo jėgainei. Dviračio variklio dizainas yra idealus įgyvendinimui praktiškai be jokių skaičiavimų ir patobulinimų. Tačiau jų galia nedidelė

Elektrinio ciklo variklio charakteristikos yra maždaug tokios:

Teigiamas dviračių variklių bruožas yra tas, kad jų praktiškai nereikia perdaryti. Jie buvo konstruktyviai sukurti kaip mažo greičio elektros varikliai ir gali būti sėkmingai naudojami vėjo generatoriams.

Norėdami pagaminti vėjo malūną, galite naudoti automobilio generatorių arba rinkti skalbimo mašinos vienetas.

Įkrovos valdiklio apskaičiavimas ir pasirinkimas

Akumuliatoriaus įkrovos valdiklis reikalingas bet kokio tipo vėjo energijos instaliacijai, įskaitant buitinę.

Šio prietaiso skaičiavimas yra sumažintas iki prietaiso elektros grandinės pasirinkimo, kuris atitiktų apskaičiuotus vėjo sistemos parametrus.

Iš šių parametrų pagrindiniai yra šie:

• vardinė ir didžiausia generatoriaus įtampa;
• maksimali galima generatoriaus galia;
• maksimali galima akumuliatoriaus įkrovimo srovė;
• akumuliatoriaus įtampa;
• aplinkos temperatūra;
• aplinkos drėgmės lygis.

Remiantis pateiktais parametrais, įkrovimo valdiklio surinkimas padarykite tai patys arba pasirinkę paruoštą prietaisą.

Baterijos įkrovos valdiklis, naudojamas kaip vėjo jėgainės dalis. Pramoninės gamybos įrenginys, pasirenkantis kurį jums reikia tik atidžiai išstudijuoti technines specifikacijas, kad būtų galima tiksliai suderinti su esama sistema

Žinoma, pageidautina pasirinkti (arba surinkti) įrenginį, kurio schema užtikrintų lengvą paleidimo funkciją esant silpniems oro srautams. Taip pat laukiamas valdiklis, skirtas naudoti su skirtingos įtampos (12, 24, 48 voltų) baterijomis.

Galiausiai, apskaičiuojant (pasirenkant) valdiklio grandinę, rekomenduojama nepamiršti apie tokios funkcijos kaip keitiklio valdymas buvimą.

Sistemos akumuliatoriaus pasirinkimas

Praktiškai naudojamos įvairių tipų baterijos ir beveik visos yra gana tinkamos naudoti kaip vėjo energijos sistemos dalis. Bet kokiu atveju teks pasirinkti konkretų variantą. Priklausomai nuo vėjo malūno sistemos parametrų, akumuliatorius parenkamas atsižvelgiant į įtampą, talpą, įkrovimo sąlygas.

Namų vėjo malūnų klasikiniai komponentai laikomi klasikinėmis švino rūgšties baterijomis. Jie parodė gerus rezultatus praktine prasme. Be to, šio tipo akumuliatorių kaina yra priimtinesnė, palyginti su kitomis.

Švino-rūgšties akumuliatoriai yra ypač nepretenzingi įkrovimo / iškrovimo sąlygoms, tačiau nepriimtina juos įtraukti į sistemą be valdiklio.

Jei vėjo generatoriaus komplekte yra profesionaliai pagamintas įkrovimo valdiklis, kuriame yra visavertė automatikos sistema, atrodo racionalu naudoti AGM arba helio baterijas.

Baterijos vėjo generatorius namuose. Ne pats geriausias pasirinkimas, atsižvelgiant į laidų chaosą ir saugojimo reikalavimus. Esant tokiai energijos kaupimo būsenai, negalima tikėtis ilgalaikio jų poveikio.

Abiejų tipų energijos kaupimo įtaisams būdingas didesnis efektyvumas ir ilgas tarnavimo laikas, tačiau jiems keliami aukšti įkrovimo sąlygų reikalavimai.

Tas pats pasakytina apie vadinamąsias helio tipo šarvuotas baterijas. Tačiau šių baterijų pasirinkimą buitiniam vėjo malūnui smarkiai riboja kaina. Tačiau šių brangių akumuliatorių eksploatavimo laikas yra ilgiausias visų kitų tipų atžvilgiu.

Šios baterijos taip pat išsiskiria reikšmingesniu įkrovimo / iškrovimo ciklu, tačiau joms reikia naudoti aukštos kokybės įkroviklį.

Namų vėjo turbinos keitiklio skaičiavimas

Reikėtų pažymėti iš karto: jei namo vėjo jėgainės suprojektuotame name yra viena 12 voltų baterija, prasminga tokioje sistemoje įdiegti keitiklį.

Vidutiniškai namų ūkyje sunaudojama bent 4 kW galios, kai didžiausia apkrova. Taigi išvada: tokios galios baterijų turėtų būti ne mažiau kaip 10 vienetų, geriausia - esant 24 voltų įtampai. Tokiam baterijų skaičiui jau yra prasmė įdiegti keitiklį.

Tačiau norint pilnai aprūpinti energiją 10 akumuliatorių, kurių kiekvienos įtampa yra 24 W, ir stabiliai išlaikyti jų įkrovą, reikės vėjo jėgainės, kurios galia ne mažesnė kaip 2–3 kW. Akivaizdu, kad paprastiems buities projektams tokios galios negalima ištraukti.

Mažas galios keitiklis (600 W), kurį galima naudoti mažam namų elektros instaliacijai. Iš tokios įrangos, kurios įtampa yra 220 voltų, galite maitinti televizorių ar nedidelį šaldytuvą. Žibintuvėlyje nepakanka srovės

Tačiau keitiklio galią galima apskaičiuoti taip:

1. Apibendrinkite visų vartotojų galią.
2. Nustatykite vartojimo laiką.
3. Nustatykite didžiausią apkrovą.

Konkretus pavyzdys atrodys taip.

Tegul kaip buitiniai prietaisai yra apšvietimo lempos - 3 vnt. 40 W kiekvienas, televizoriaus imtuvas - 120 W, kompaktiškas šaldytuvas 200 W. Mes apibendriname galią: 3 * 40 + 120 + 200 ir gauname 440 vatų galią.

Mes nustatome vidutinę 4 valandų trukmės vartotojų galią: 440 * 4 = 1760 vatų. Remiantis gauta galios verte pagal suvartojimo laiką, atrodo logiška iš tokių įrenginių, kurių išėjimo galia yra 2 kW, pasirinkti keitiklį.

Remiantis šia verte, apskaičiuojama reikiamo prietaiso srovės-įtampos charakteristika: 2000 * 0,6 = 1200 V / A.

Klasikinė energijos, gautos iš buitinio vėjo generatoriaus, atgaminimo ir paskirstymo schema. Tačiau norint tiekti ilgalaikę energiją iš tokio skaičiaus prietaisų, reikia pakankamai galingo įrengimo (+)

Tiesą sakant, trijų žmonių šeimai, kur yra visa buitinių prietaisų įranga, namų ūkio apkrova bus didesnė nei apskaičiuota pavyzdyje. Paprastai, atsižvelgiant į apkrovos sujungimo laiką, parametras viršija 4 valandas. Atitinkamai vėjo energijos sistemos keitikliui reikės galingesnio.

Preliminarus vėjo malūno skaičiavimas yra naudingas ne tik jo nepriklausomam montavimui. Būtina nustatyti optimalius parametrus, kada pasirenkant gatavą vėjo generatorių.

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Kaip šaltinio duomenų analizė ir kaip yra pritaikytos formulės, pateikiami vaizdo įraše:

Bet kokiu atveju būtina naudoti apskaičiuotus duomenis. Nesvarbu, ar tai pramoninė jėgainė, ar gaminama gyvenimo sąlygoms, kiekvieno mazgo skaičiavimas visada reiškia maksimalų prietaiso efektyvumą ir, svarbiausia, eksploatavimo saugumą.

Iš anksto atlikti skaičiavimai nustato projekto įgyvendinamumą, padeda nustatyti, koks yra projekto brangumas ar ekonomiškumas.

Ar turite patirties sprendžiant tokias problemas? Ar turite klausimų šia tema? Prašome pasidalyti savo įgūdžiais apskaičiuojant ir projektuojant vėjo generatorių. Žemiau esančioje formoje galite palikti komentarus ir užduoti klausimus.