Hvordan beregne en vindgenerator: formler + praktisk eksempel på beregning

Alternativ energi mottatt fra vindmøller er av stor interesse for samfunnet. Det er mange bekreftelser på dette på nivå med reell husholdningspraksis.

Eiere av forstads eiendommer bygger vindmøller med egne hender og er fornøyd med resultatet, selv om effekten kan være kortvarig. Årsaken - under monteringen ble vindgeneratoren ikke beregnet riktig.

Enig, jeg vil ikke bruke tid og penger på prosjektet, for å få en ineffektiv installasjon. Derfor er det viktig å forstå hvordan man beregner vindgeneratoren, og etter hvilke parametere man skal velge de viktigste arbeidsenhetene til vindmøllen.

Artikkelen er viet til løsningen på disse spørsmålene. Den teoretiske delen av materialet er supplert med illustrative eksempler og praktiske anbefalinger for montering av en vindgenerator.

Beregning av en vindgenerator

Hvor skal jeg begynne å beregne systemet for reproduksjon av elektrisitet fra vindenergi? Tatt i betraktning at vi snakker om en vindgenerator, virker en foreløpig analyse av vindrosen i et bestemt område logisk.

Designparametere som vindhastighet og dens karakteristiske retning for et gitt territorium er viktige designparametere. De bestemmer til en viss grad kraftenivået til vindmøllen, som vil være oppnåelig.

Det er vanskelig å forestille seg vindgeneratorer av slik kraft. Men lignende design finnes og fungerer effektivt. Beregninger av slike strukturer viser imidlertid en relativt liten effekt sammenlignet med tradisjonelle energikilder.

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

Flere titalls målinger vil være nødvendige. Likevel er denne operasjonen virkelig nødvendig hvis det er et ønske om å bygge et effektivt produktivt system.

Hvordan beregne kraften til en vindmølle

Husgeneratorer, spesielt de som er laget med egne hender, har ennå ikke vært nødt til å overraske folk med høy kraft. Det er forståelig. Man må bare forestille seg en massiv 8-10 m høy mast, utstyrt med en generator med et spenn propellblad på mer enn 3 m. Og dette er ikke den kraftigste installasjonen. Bare ca 2 kW.

For å betjene vindmøller med slik kraft, brukes helikoptre og team av spesialister som nummererer opptil et dusin mennesker. For å beregne et slikt kraftverk er et enda større antall utøvere involvert

Generelt, hvis du stoler på et standardbord som viser forholdet mellom kraften til vindgeneratoren og det nødvendige spennet til rotorbladene, er det ingenting å overraske. I følge tabellen kreves det en 10-meters propell for en 10 W-vindmølle.

En skrue med en diameter på 14 m vil være nødvendig for en konstruksjon på 500 watt. Dessuten avhenger knivsparameteren av antall. Jo flere kniver, jo mindre er omfanget.

Men dette er bare en teori, på grunn av at vindstyrken ikke overstiger 4 m / s. I praksis er alt noe annerledes, og kraften fra innenlandske installasjoner som har vært i kraft lenge har aldri oversteg 500 watt.

Derfor er valg av kraft her vanligvis begrenset til området 250-500 W med en gjennomsnittlig vindhastighet på 6-8 m / s.

Tabell over avhengigheten av kraften til vindenergisystemet på diameteren til rotoren og antall kniver. Denne tabellen kan brukes til beregninger, men tar hensyn til kompilering av den for en vindhastighetsparameter på opptil 4 m / s (+)

Fra et teoretisk synspunkt beregnes kraften til en vindkraftstasjon med formelen:

N = p * S * V³/2,

der:

• p - tetthet av luftmasser;
• S - totalt blåst område av propellbladene;
• V - luftstrømningshastighet;
• N - luftmengde.

Siden N er en parameter som dramatisk påvirker kraften fra vindgeneratoren, vil den virkelige kraften til installasjonen være nær den beregnede verdien til N.

Beregning av vindmølleskruer

Når du designer en vindmølle, brukes vanligvis to typer skruer:

• Vane - rotasjon i horisontalplanet;
• Savonius rotor, Daria rotor - rotasjon i et vertikalt plan.

Utformingen av skruene med rotasjon i hvilke som helst av planetene kan beregnes ved å bruke formelen:

Z = L * B / 60 / V

der:

• Z - skruens hastighet (lav hastighet);
• L - størrelsen på lengden beskrevet av bladene i sirkelen;
• W - hastighet (frekvens) av rotasjonen av skruen;
• V - luftmengde.

Basert på denne formelen kan man enkelt beregne antall omdreininger W - rotasjonshastigheten.

Dette er designet til skruen som heter "Daria Rotor". Denne versjonen av propellen anses som effektiv i fremstillingen av vindkraftgeneratorer med liten kraft og størrelse. Beregningen av skruen har noen funksjoner

Et arbeidsforhold mellom omdreininger og vindhastighet kan finnes i tabellene som er tilgjengelige på nettverket. For eksempel, for en skrue med to kniver og Z = 5, er følgende forhold sant:

En av de viktige indikatorene på en vindmølleutstyr er et skritt.

Denne parameteren kan bestemmes ved å bruke formelen:

H = 2πR * tan α,

der:

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

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

Valg av generatorer for vindmøller

Med den beregnede verdien av rotasjonshastigheten til skruen (W) oppnådd ved metoden ovenfor, er det allerede mulig å velge (lage) den tilsvarende generatoren.

For eksempel når hastigheten Z = 5, antall blader tilsvarer 2 og en hastighet på 330 o / min. Med en vindstyrke på 8 m / s. generatoreffekten skal være omtrent 300 watt.

Generator for et vindkraftanlegg "i seksjon".Et representativt eksempel på en av de mulige designene til en generator i et hjemmevindkraftsystem, montert uavhengig

Med disse parametrene kan motoren som brukes i konstruksjon av moderne elektriske sykler være et passende valg som generator for et husholdningsvindpark. Det tradisjonelle navnet for delen er en syklusmotor (produsert i Kina).

Det ser ut som en elektrisk syklusmotor, på grunnlag av hvilken det er foreslått å lage en generator for en hjemmevindturbin. Utformingen av sykkelmotoren er ideell for implementering uten praktisk talt ingen beregninger og forbedringer. Kraften deres er imidlertid liten

Egenskapene til den elektriske syklusmotoren er omtrent som følger:

Et positivt trekk ved sykkelmotorer er at de praktisk talt ikke trenger å gjøres om. De ble konstruktivt utviklet som lavhastighetselektriske motorer og kan med hell brukes til vindgeneratorer.

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

Beregning og valg av ladningskontroller

En batteriladekontroller er nødvendig for alle typer vindkraftinstallasjoner, inkludert en innenlandsk konstruksjon.

Beregningen av denne anordningen reduseres til valg av den elektriske kretsen til enheten, noe som vil tilsvare de beregnede parametrene til vindsystemet.

Av disse parameterne er de viktigste:

• nominell nominell og maksimal spenning;
• maksimal generatorens kraft;
• maksimal batteriladestrøm;
• batterispenning;
• omgivelsestemperatur;
• miljøfuktighetsnivå.

Basert på de presenterte parametrene, ladestyringsenhet gjør det selv eller valget av en ferdig enhet.

Batteriladekontroller brukt som del av et vindkraftverk. Et industrielt produksjonsapparat som velger hvilken du bare trenger å studere de tekniske spesifikasjonene for nøyaktig koordinering med det eksisterende systemet

Selvfølgelig er det ønskelig å velge (eller sette sammen) en enhet hvis kretsløp vil gi en enkel startfunksjon i strømmen av svake luftstrømmer. En kontroller designet for bruk 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 inverteringskontroll.

Valg av batteri for systemet

I praksis brukes forskjellige typer batterier, og nesten alle er ganske egnet for bruk som en del av et vindenergisystem. Men det konkrete valget vil måtte tas uansett. Avhengig av parametrene til vindmøllesystemet, utføres valg av batteri i henhold til spenning, kapasitet, ladningsforhold.

De klassiske komponentene for vindmøller hjemme anses som klassiske blysyrebatterier. De viste gode resultater i praktisk forstand. I tillegg er kostnadene for denne type batterier mer akseptable sammenlignet med andre typer.

Blysyre-batterier er spesielt upretensiøs overfor betingelsene for lading / utladning, men det er uakseptabelt å inkludere dem i systemet uten en kontroller.

Hvis det er en profesjonelt produsert ladekontroller i vindgeneratorsettet som har et fullverdig automatiseringssystem, virker det som rasjonelt å bruke AGM eller helium-batterier.

Batteripakke hjem vind generator. Ikke det beste alternativet, gitt kaoset i ledningene og kravene til lagring. Med denne tilstanden av energilagring kan man ikke stole på deres langsiktige effekt.

Begge typer energilagringsenheter er preget av større effektivitet og lang levetid, men de har høye krav til ladeforhold.

Det samme gjelder de såkalte pansrede batterier av helium-type. Valget av disse batteriene for et husholdnings vindmølle er betydelig begrenset av prisen. Imidlertid er levetiden til disse dyre batteriene den lengste i forhold til alle andre typer.

Disse batteriene kjennetegnes også ved en mer betydelig lade- / utladningssyklus, men underlagt bruk av en høykvalitetslader.

Beregning av omformeren for en hjemmevindturbin

Det skal bemerkes med en gang: hvis utformingen av en hjemmenergi vindturbin inneholder ett 12 volt batteri, er det fornuftig å sette en omformer på et slikt system fullstendig.

I gjennomsnitt er husholdningens strømforbruk minst 4 kW ved topplast. Derav konklusjonen: antall batterier for slik kraft bør være minst 10 stk og helst under en spenning på 24 volt. For et slikt antall batterier er det allerede fornuftig å installere en omformer.

For å gi full energi til 10 batterier med en spenning på 24 W hver og for å opprettholde ladningen stabilt, vil en vindturbin med en effekt på minst 2-3 kW være nødvendig. For en enkel husholdning kan en slik kraft ikke trekkes.

En liten kraftomformer (600 W) som kan brukes til et lite huskraftinstallasjon. Du kan drive en TV eller et lite kjøleskap fra slikt utstyr med en spenning på 220 volt. Det er ikke nok strøm til lampene i lysekronen

Imidlertid kan invertereffekten beregnes som følger:

1. Oppsummer kraften til alle forbrukere.
2. Bestem tidspunktet for forbruk.
3. Bestem toppbelastningen.

For et konkret eksempel vil det se slik ut.

La det være husholdningsapparater som last: belysningslamper - 3 stk. 40 W hver, TV-mottaker - 120 W, kompakt kjøleskap 200 W. Vi oppsummerer kraften: 3 * 40 + 120 + 200 og vi får 440 watt effekt.

Vi bestemmer forbrukernes kraft i en gjennomsnittlig tidsperiode på 4 timer: 440 * 4 = 1760 watt. Basert på den oppnådde effektverdien i henhold til forbrukstidspunktet, virker det logisk å velge en omformer blant slike enheter med en utgangseffekt på 2 kW.

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

Det klassiske skjemaet for reproduksjon og distribusjon av energi mottatt fra en husholdnings-vindgenerator. For å gi langsiktig energi med et slikt antall enheter, er det imidlertid nødvendig med en tilstrekkelig kraftig installasjon (+)

Faktisk vil belastningen fra husholdningen for en familie på tre personer, der det er fullt utstyr for husholdningsapparater, være høyere enn beregnet i eksemplet. Normalt, når det gjelder belastningstilkoblingstid, overstiger parameteren 4 timer tatt. Følgelig vil omformeren av vindkraftsystemet kreve en kraftigere.

Foreløpig beregning av vindmøllen er nyttig ikke bare for dens uavhengige montering. Det er nødvendig å bestemme de optimale parametrene når velge en ferdig vindgenerator.

Konklusjoner og nyttig video om emnet

Hvordan analysen av kildedataene og hvordan formlene brukes blir presentert i videoen:

Det er uansett nødvendig å bruke de beregnede dataene. Enten det er et industrielt kraftverk eller produsert for levekår, bærer beregningen av hver node alltid med seg den maksimale effektiviteten til enheten og, viktigst, driftssikkerheten.

Forhåndslagde beregninger bestemmer gjennomførbarheten til prosjektet, er med på å fastslå hvor kostbart eller økonomisk prosjektet er.

Har du erfaring med å løse slike problemer? Eller har spørsmål om emnet? Del dine ferdigheter med å beregne og designe en vindgenerator. Du kan legge igjen kommentarer og stille spørsmål i skjemaet nedenfor.