Hur man beräknar en vindgenerator: formler + praktiskt exempel på beräkning

Alternativ energi från vindkraftverk är av stort intresse för samhället. Det finns många bekräftelser på detta på nivån för den verkliga hushållspraxis.

Ägare av förortsfastigheter bygger väderkvarnar med sina egna händer och nöjer sig med resultatet, även om effekten kan vara kortlivad. Anledningen - under monteringen beräknades vindgeneratorn inte ordentligt.

Håller med, jag skulle inte vilja spendera tid och pengar på projektet för att få en ineffektiv installation. Därför är det viktigt att förstå hur man beräknar vindgeneratorn och med vilka parametrar man ska välja vindkraftverkets huvudsakliga arbetsenheter.

Artikeln ägnas åt lösningen av dessa frågor. Den teoretiska delen av materialet kompletteras med illustrativa exempel och praktiska rekommendationer för montering av en vindgenerator.

Beräkning av en vindgenerator

Var börjar jag beräkna systemet för reproduktion av elektricitet från vindkraft? Med tanke på att vi talar om en vindgenerator verkar en preliminär analys av vindrosen i ett visst område logiskt.

Designparametrar som vindhastighet och dess karakteristiska riktning för ett visst territorium är viktiga konstruktionsparametrar. De bestämmer i viss utsträckning vindkraftens effektnivå, vilket är möjligt.

Det är svårt att föreställa sig vindkraftgeneratorer av sådan kraft. Men liknande design finns och fungerar effektivt. Beräkningar av sådana strukturer visar emellertid en relativt liten effekt jämfört med traditionella energikällor.

Det som är anmärkningsvärt är att denna process är av långsiktig karaktär (minst en månad), vilket är ganska uppenbart. Det är omöjligt att beräkna de mest troliga parametrarna för vindhastigheten och dess vanligaste riktning med en eller två mätningar.

Tiotals mätningar krävs. Ändå är denna operation verkligen nödvändig om det finns en önskan att bygga ett effektivt produktivt system.

Hur man beräknar kraften i en väderkvarn

Hushållens vindgeneratorer, särskilt de som tillverkats med sina egna händer, har ännu inte varit tvungna att överraska människor med hög effekt. Det är förståeligt. Man måste bara föreställa sig en massiv 8-10 m hög mast, utrustad med en generator med en serie propellerblad på mer än 3 m. Och detta är inte den mest kraftfulla installationen. Endast cirka 2 kW.

För att betjäna väderkvarnar av sådan kraft används helikoptrar och team av specialister som numrerar upp till ett dussin personer. För att beräkna ett sådant kraftverk är ett ännu större antal artister involverade

I allmänhet, om du litar på en standardtabell som visar förhållandet mellan vindgeneratorns kraft och det erforderliga spännvidden för rotorbladen, är det inget att överraska. Enligt tabellen krävs en 10-meters propell för en 10 W-väderkvarn.

En skruv med en diameter på 14 m kommer att krävas för en konstruktion av 500 watt. Dessutom beror bladsparparametern på deras antal. Ju fler blad, desto mindre omfattning.

Men detta är bara en teori på grund av att vindhastigheten inte överstiger 4 m / s. I praktiken är allt något annorlunda, och kraften hos inhemska installationer som har varit i kraft länge har aldrig överskridit 500 watt.

Därför är valet av kraft här vanligtvis begränsat till intervallet 250-500 W med en genomsnittlig vindhastighet på 6-8 m / s.

Tabell över beroendet hos vindenergisystemets kraft av rotorns diameter och antalet blad. Denna tabell kan användas för beräkningar, men med hänsyn till dess sammanställning för en vindhastighetsparameter på upp till 4 m / s (+)

Ur en teoretisk synvinkel beräknas kraften hos en vindkraftstation med formeln:

N = p * S * V³/2,

där:

• p - luftmassans densitet;
• S - propellerbladens totala blåsta area;
• V - luftflödeshastighet;
• N - luftflödeshastighet.

Eftersom N är en parameter som dramatiskt påverkar vindgeneratorns effekt kommer installationens verkliga kraft att vara nära det beräknade värdet på N.

Beräkning av vindkraftverk

Vid utformning av en väderkvarn används vanligtvis två typer av skruvar:

• vane - rotation i det horisontella planet;
• Savonius rotor, Daria rotor - rotation i vertikalt plan.

Konstruktionen av skruvarna med rotation i något av planen kan beräknas med formeln:

Z = L * W / 60 / V

där:

• Z - skruvens hastighet (låg hastighet);
• L - längden på cirkeln som beskrivs av bladen;
• W - hastighet (frekvens) för skruvens rotation;
• V - luftflödeshastighet.

Baserat på denna formel kan man enkelt beräkna antalet varv W - rotationshastigheten.

Detta är designen på skruven som kallas "Daria Rotor". Denna version av propellen anses vara effektiv vid tillverkning av vindkraftgeneratorer med liten kraft och storlek. Beräkningen av skruven har vissa funktioner

Ett arbetsförhållande mellan varv och vindhastighet finns i tabellerna som är tillgängliga i nätverket. Till exempel, för en skruv med två blad och Z = 5, gäller följande relation:

Även en av de viktiga indikatorerna för en vindkraftverk är ett steg.

Denna parameter kan bestämmas med hjälp av formeln:

H = 2πR * tan a,

där:

• 2π - konstant (2 * 3,14);
• R - radien som beskrivs av bladet;
• tg a - snittvinkel.

Ytterligare information om valet av form och antal blad samt instruktioner för tillverkning av dessa finns i den här artikeln.

Val av generatorer för väderkvarnar

Med det beräknade värdet för rotationshastigheten för skruven (W) erhållen med ovanstående metod är det redan möjligt att välja (göra) motsvarande generator.

Till exempel när hastigheten Z = 5 är antalet blad lika med 2 och en hastighet på 330 varv / minut. Med en vindhastighet av 8 m / s. generatoreffekt bör vara ungefär 300 watt.

Generator för en vindkraftsinstallation "i avsnitt".Ett representativt exempel på en av de möjliga konstruktionerna av en generator i ett hemvindkraftsystem, monterat oberoende

Med dessa parametrar kan motorn som används vid konstruktion av moderna elektriska cyklar vara ett lämpligt val som generator för en hushålls vindkraftspark. Det traditionella namnet på delen är en cykelmotor (produktion av Kina).

Det ser ut som en elektrisk cykelmotor, på grundval av vilken det föreslås att skapa en generator för en vindkraftverk i hemmet. Cykelmotorns design är idealisk för implementering utan praktiskt taget inga beräkningar och förbättringar. Men deras makt är liten

Egenskaperna för den elektriska cykelmotorn är ungefär följande:

En positiv egenskap hos cykelmotorer är att de praktiskt taget inte behöver göras om. De utvecklades konstruktivt som lågvarviga elmotorer och kan med framgång användas för vindgeneratorer.

Att göra en väderkvarn kan du använd bilgenerator eller samla tvättmaskin enhet.

Beräkning och val av laddningsregulator

En batteriladdningsregulator krävs för alla typer av vindkraftsinstallationer, inklusive en inhemsk konstruktion.

Beräkningen av denna anordning reduceras till valet av den elektriska kretsen för anordningen, vilket skulle motsvara de beräknade parametrarna för vindsystemet.

Av dessa parametrar är de viktigaste:

• generatorns nominella och maximala spänning;
• den maximala möjliga generatoreffekten;
• maximal möjlig batteriladdningsström;
• batterispänning;
• omgivningstemperatur;
• luftfuktighetsnivå.

Baserat på de presenterade parametrarna, laddningsstyrenhet gör det själv eller valet av en färdig enhet.

Batteriladdningsregulator som används som en del av ett vindkraftverk. En industriell tillverkningsenhet som väljer vilken du bara behöver studera de tekniska specifikationerna för exakt samordning med det befintliga systemet

Naturligtvis är det önskvärt att välja (eller montera) en anordning vars kretsar skulle ge en enkel startfunktion i flödet av svaga luftflöden. En regulator utformad för användning med batterier med olika spänningar (12, 24, 48 volt) är också välkommen.

Slutligen, när man beräknar (väljer) styrenhetskretsen, rekommenderas att man inte glömmer bort närvaron av en sådan funktion som inverterkontroll.

Val av batteri för systemet

I praktiken används olika typer av batterier och nästan alla är ganska lämpliga för användning som en del av ett vindkraftsystem. Men det konkreta valet måste göras ändå. Beroende på vindkraftssystemets parametrar görs valet av batteri beroende på spänning, kapacitet, laddningsförhållanden.

De klassiska komponenterna för vindkraftverk i hemmet anses vara klassiska blybatterier. De visade goda resultat i praktisk mening. Dessutom är kostnaden för denna typ av batteri mer acceptabel jämfört med andra typer.

Blysyrabatterier är särskilt opretentiösa med tanke på villkoren för laddning / urladdning, men det är oacceptabelt att inkludera dem i systemet utan styrenhet.

Om det finns en professionellt tillverkad laddningskontroller i vindgeneratorsatsen som har ett fullfjädrat automatiseringssystem, verkar det rationellt att använda AGM eller heliumbatterier.

Batteripaket hemvindgenerator. Inte det bästa alternativet med tanke på kablarna i kablarna och lagringskraven. Med detta tillstånd av energilagring kan man inte räkna med deras långsiktiga effekt.

Båda typerna av energilagringsanordningar kännetecknas av ökad effektivitet och lång livslängd, men de har höga krav på laddningsförhållanden.

Detsamma gäller för de så kallade pansarbatterier av helium-typ. Men valet av dessa batterier för ett hushållsverk är väsentligt begränsat av priset. Dessa dyra batteriers livslängd är dock den längsta i förhållande till alla andra typer.

Dessa batterier kännetecknas också av en mer betydande laddnings- / urladdningscykel, men med förbehåll för användning av en högkvalitativ laddare.

Beräkning av växelriktaren för en vindkraftverk

Det bör noteras med en gång: om utformningen av en vindkraftverk för hemenergi innehåller ett 12 volts batteri är det vettigt att sätta en inverter på ett sådant system helt.

I genomsnitt är hushållens energiförbrukning minst 4 kW vid toppbelastningar. Därför slutsatsen: antalet batterier för sådan kraft bör vara minst 10 bitar och helst under en spänning på 24 volt. För ett sådant antal batterier är det redan vettigt att installera en växelriktare.

För att tillhandahålla full energi till 10 batterier med en spänning på 24 W vardera och för att stabilt bibehålla sin laddning krävs emellertid en vindturbin med en effekt på minst 2-3 kW. Det är uppenbart att för en enkel hushållsdesign kan en sådan kraft inte dras.

En liten strömomformare (600 W) som kan användas för en liten elkraftinstallation. Du kan driva en TV eller ett litet kylskåp från sådan utrustning med en spänning på 220 volt. Det finns inte tillräckligt med ström för lamporna i ljuskronan

Omformarens effekt kan emellertid beräknas enligt följande:

1. Sammanfatta kraften hos alla konsumenter.
2. Bestäm tid för konsumtion.
3. Bestäm toppbelastningen.

För ett konkret exempel kommer det att se ut så här.

Låt det finnas hushållsapparater som en last: belysningslampor - 3 st. 40 W vardera, TV-mottagare - 120 W, kompakt kylskåp 200 W. Vi sammanfattar effekten: 3 * 40 + 120 + 200 och vi får 440 watt effekt.

Vi bestämmer konsumenternas kraft under en genomsnittlig tidsperiod på 4 timmar: 440 * 4 = 1760 watt. Baserat på det erhållna effektvärdet enligt förbrukningstiden verkar det logiskt att välja en växelriktare bland sådana enheter med en utgångseffekt på 2 kW.

Baserat på detta värde beräknas strömspänningskarakteristiken för den erforderliga anordningen: 2000 * 0,6 = 1200 V / A.

Det klassiska schemat för reproduktion och distribution av energi som mottas från en hushållstyp vindgenerator. För att tillhandahålla långvarig energi med ett sådant antal enheter behövs dock en tillräckligt kraftfull installation (+)

I själva verket kommer belastningen från hushållet för en familj på tre personer, där det finns full utrustning för hushållsapparater, att vara högre än beräknat i exemplet. Normalt, när det gäller lastanslutningstid, överstiger parametern fyra timmar som tagits. Följaktligen kommer vindkraftssystemets inverterare att kräva ett kraftfullare.

Preliminär beräkning av väderkvarnen är användbar inte bara för dess oberoende montering. Det är nödvändigt att bestämma de optimala parametrarna när välja en färdig vindgenerator.

Slutsatser och användbar video om ämnet

Hur analysen av källdata och hur formlerna används presenteras i videon:

Det är nödvändigt att använda de beräknade uppgifterna i alla fall. Oavsett om det är ett industriellt kraftverk eller tillverkat för levnadsförhållanden, beräkningen av varje nod är alltid enhetens maximala effektivitet och, viktigast av allt, driftsäkerheten.

Förberedda beräkningar avgör projektets genomförbarhet, hjälper till att fastställa hur kostsamt eller ekonomiskt projektet är.

Har du erfarenhet av att lösa sådana problem? Eller har du frågor om ämnet? Vänligen dela dina färdigheter i att beräkna och designa en vindgenerator. Du kan lämna kommentarer och ställa frågor i formuläret nedan.