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

Alternativ energi från vindkraftverk är av stort intresse i samhället.Det finns många bevis på detta på nivån av verklig vardaglig praktik.

Fastighetsägare på landet bygger väderkvarnar med egna händer och är nöjda med resultatet, även om effekten kan bli kortvarig. Anledningen är att vindgeneratorn inte beräknades korrekt vid monteringen.

Håller med, jag skulle inte vilja lägga tid och pengar på att implementera projektet och sluta med en ineffektiv installation. Därför är det viktigt att förstå hur man beräknar en vindgenerator och med vilka parametrar för att välja de viktigaste driftskomponenterna i en vindturbin.

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

Vindkraftverksberäkning

Var ska man börja beräkna ett system för att generera el från vindenergi? Med tanke på att vi pratar om en vindgenerator verkar en preliminär analys av vindrosen i ett specifikt område logisk.

Beräkningsparametrar som vindhastighet och dess karakteristiska riktning för ett givet territorium är viktiga designparametrar. Till viss del bestämmer de vilken nivå av vindkraftverk som faktiskt kommer att kunna uppnås.

Det är svårt att ens föreställa sig vindgeneratorer med sådan kraft. Men sådana konstruktioner finns och fungerar effektivt.Beräkningar av sådana strukturer visar dock relativt låg effekt jämfört med traditionella energikällor

Vad som är anmärkningsvärt är att denna process är långsiktig till sin natur (minst 1 månad), vilket är ganska uppenbart. Det är omöjligt att beräkna de maximala sannolika parametrarna för vindhastighet och dess vanligaste riktning med en eller två mätningar.

Dussintals mätningar kommer att krävas. Men denna operation är verkligen nödvändig om det finns en önskan att bygga ett effektivt produktivt system.

Hur man beräknar kraften hos en väderkvarn

Vindgeneratorer för hushållsbruk, särskilt de som tillverkas för hand, har aldrig överraskat människor med hög effekt. Detta är förståeligt. Man behöver bara föreställa sig en massiv mast 8-10 m hög, utrustad med en generator med en propellerbladspännvidd på mer än 3 m. Och detta är inte den mest kraftfulla installationen. Bara ca 2 kW.

För att serva vindkraftverk av denna kraft används helikoptrar och team av specialister upp till ett dussin personer. För att beräkna ett sådant kraftverk är ett ännu större antal utförare inblandade

I allmänhet, om du förlitar dig på en standardtabell som visar förhållandet mellan kraften hos en vindgenerator och den erforderliga spännvidden på propellerbladen, finns det något att bli förvånad över. Enligt tabellen kräver en 10 W väderkvarn en tvåmeterspropeller.

En 500-watts design kommer att kräva en propeller med en diameter på 14 m. Dessutom beror bladspännvidden på deras antal. Ju fler blad, desto mindre spännvidd.

Men detta är bara en teori, betingad av vindhastigheter som inte överstiger 4 m/sek.I praktiken är allt något annorlunda, och effekten av hushållsinstallationer som faktiskt fungerar under lång tid har aldrig överstigit 500 W.

Därför är valet av effekt här vanligtvis begränsat till intervallet 250-500 W med en medelvindhastighet på 6-8 m/sek.

Tabell över beroendet av kraften hos ett vindenergisystem på rotorns diameter och antalet blad. Denna tabell kan användas för beräkningar, men med hänsyn till dess sammanställning för vindhastighetsparametrar upp till 4 m/sek (+)

Från en teoretisk position beräknas effekten av ett vindkraftverk med formeln:

N=p*S*V³/2,

Var:

• sid – luftmassornas täthet.
• S – total utblåst yta av propellerbladen;
• V — Luftflödeshastighet;
• N – luftflödeseffekt.

Eftersom N är en parameter som radikalt påverkar kraften hos en vindgenerator, kommer installationens faktiska effekt att vara nära det beräknade värdet på N.

Beräkning av vindkraftspropellrar

När man bygger en väderkvarn används vanligtvis två typer av propellrar:

• bevingad — rotation i horisontalplanet;
• Savonius rotor, Darrieus rotor — rotation i ett vertikalt plan.

Skruvkonstruktioner med rotation i vilket plan som helst kan beräknas med formeln:

Z=L*B/60/V

Var:

• Z – graden av hastighet (låg hastighet) för propellern;
• L – storleken på längden på cirkeln som beskrivs av bladen;
• W – hastighet (frekvens) för propellerns rotation;
• V – luftflödeshastighet.

Baserat på denna formel kan du enkelt beräkna antalet varv W - rotationshastighet.

Så här ser utformningen av skruven som kallas "Darieu Rotor" ut. Denna version av propellern anses vara effektiv vid tillverkning av vindgeneratorer med liten effekt och storlek.Beräkningen av skruven har några funktioner

Och arbetsrelationen mellan varv och vindhastighet finns i tabeller som finns tillgängliga på Internet. Till exempel, för en propeller med två blad och Z=5, gäller följande förhållande:

En av de viktiga indikatorerna för en väderkvarnspropeller är också stigningen.

Denna parameter kan bestämmas med formeln:

H=2πR* tan a,

Var:

• 2π – konstant (2*3,14);
• R – radie som beskrivs av bladet;
• brun α – snittvinkel.

Ytterligare information om val av form och antal blad, samt instruktioner för deras tillverkning, finns i Denna artikel.

Val av generatorer för vindkraftverk

Med det beräknade värdet på antalet skruvvarv (W), erhållet med metoden som beskrivs ovan, kan du redan välja (tillverka) lämplig generator.

Till exempel, med en hastighet Z=5, antalet blad lika med 2 och en hastighet på 330 rpm. Vid en vindhastighet på 8 m/s. Generatoreffekten bör vara cirka 300 W.

Tvärsnittsvy av en vindkraftverksgenerator. Demonstrativt exempel på en av de möjliga designerna av en generator för ett vindkraftssystem i hemmet, monterad oberoende

Med tanke på dessa parametrar kan ett lämpligt val som generator för ett inhemskt vindkraftverk vara motorn som används i designen av moderna elcyklar. Det traditionella namnet på delen är cykelmotor (tillverkad i Kina).

Så här ser en elektrisk cykelmotor ut, på grundval av vilken det föreslås att göra en generator för en väderkvarn i hemmet. Designen av cykelmotorn är idealisk för implementering med praktiskt taget inga beräkningar eller modifieringar. Deras kraft är dock låg

Egenskaperna för en elcykelmotor är ungefär som följer:

En positiv egenskap hos cykelmotorer är att de praktiskt taget inte behöver ändras. De var strukturellt utformade som låghastighets elektriska motorer och kan framgångsrikt användas för vindkraftverk.

Att göra en väderkvarn kan du använd bilgenerator eller samla tvättmaskinsenhet.

Beräkning och val av laddregulator

En batteriladdningsregulator krävs för alla typer av vindkraftverk, inklusive en inhemsk design.

Beräkningen av denna enhet handlar om att välja den elektriska kretsen för enheten, vilket skulle motsvara vindsystemets designparametrar.

Av dessa parametrar är de viktigaste:

• märkspänning och maximal spänning för generatorn;
• maximal möjlig generatoreffekt;
• maximal möjlig batteriladdningsström;
• batterivolt;
• omgivningstemperatur;
• omgivande luftfuktighetsnivå.

Baserat på de presenterade parametrarna, laddningskontrollenhet gör det själv eller välj en färdig enhet.

Laddningsregulator för batterier som används som en del av ett vindkraftverk. En industriellt tillverkad enhet, när du väljer vilken du bara behöver noggrant studera de tekniska egenskaperna för exakt samordning med det befintliga systemet

Naturligtvis är det tillrådligt att välja (eller montera) en enhet vars krets skulle ge en enkel startfunktion under förhållanden med svaga luftflöden. En styrenhet designad för drift med batterier med olika spänningar (12, 24, 48 volt) är också välkommen.

Slutligen, när man beräknar (välj) styrkretsen, rekommenderas det att inte glömma närvaron av en sådan funktion som växelriktarstyrning.

Välja ett batteri för systemet

I praktiken används olika typer av batterier och nästan alla är ganska lämpliga för användning som en del av ett vindenergisystem. Men ett specifikt val måste göras i alla fall. Beroende på väderkvarnssystemets parametrar väljs batteriet baserat på spänning, kapacitet och laddningsförhållanden.

Traditionella komponenter för väderkvarnar hemma är klassiska blybatterier. De visade goda resultat i praktisk mening.Dessutom är kostnaden för denna typ av batteri mer rimlig jämfört med andra typer.

Bly-syrabatterier är särskilt opretentiösa för laddning/urladdning, men det är oacceptabelt att inkludera dem i ett system utan en styrenhet.

Om vindkraftsanläggningen innehåller en professionellt utformad laddregulator med ett fullfjädrat automationssystem verkar det rationellt att använda AGM- eller heliumbatterier.

Hem vindgenerator batteripaket. Inte det bästa alternativet att använda, med tanke på kaoset av ledningar och krav på förvaring. I detta tillstånd av energilagringsanordningar kan man inte räkna med att de fungerar på lång sikt.

Båda typerna av energilagringsenheter kännetecknas av högre effektivitet och lång livslängd, men de ställer höga krav på laddningsförhållandena.

Detsamma gäller de så kallade pansarbatterierna av heliumtyp. Men valet av dessa batterier för en hushållsväderkvarn begränsas avsevärt av priset. Livslängden på dessa dyra batterier är dock längst jämfört med alla andra typer.

Dessa batterier har också en längre laddnings-/urladdningscykel, men endast om en högkvalitativ laddare används.

Beräkning av en växelriktare för en väderkvarn i hemmet

Det bör noteras omedelbart: om designen av ett vindkraftverk i hemmet innehåller ett 12-volts batteri, är det ingen idé att installera en växelriktare på ett sådant system.

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

Men för att fullt ut ge energi till 10 batterier med en spänning på 24 W vardera och stabilt bibehålla sin laddning, kommer det att krävas en väderkvarn med en effekt på minst 2-3 kW. Uppenbarligen kan enkla hushållsstrukturer inte hantera sådan makt.

Lågeffektomriktare (600 W), som kan användas för små elinstallationer i hemmet. Du kan driva en TV eller ett litet kylskåp från sådan utrustning med en spänning på 220 volt. Det finns inte längre tillräckligt med ström för lamporna i ljuskronan

Du kan dock beräkna växelriktarens effekt enligt följande:

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

I ett specifikt exempel kommer det att se ut så här.

Låt det finnas elektriska hushållsapparater som last: belysningslampor - 3 st. 40 W styck, tv-mottagare - 120 W, kompakt kylskåp 200 W. Vi summerar effekten: 3*40+120+200 och vi får 440 W på utgången.

Låt oss bestämma konsumenternas effekt under en genomsnittlig period av 4 timmar: 440*4=1760 W. Baserat på det erhållna effektvärdet över förbrukningstiden verkar det logiskt att välja en växelriktare bland sådana enheter med en uteffekt på 2 kW eller mer.

Baserat på detta värde beräknas ström-spänningskarakteristiken för den nödvändiga enheten: 2000*0,6=1200 V/A.

Ett klassiskt schema för reproduktion och distribution av energi erhållen från en hushållsvindgenerator. Men för att tillhandahålla långsiktig energi till ett sådant antal enheter krävs en tillräckligt kraftfull installation (+)

I verkligheten kommer hushållsbelastningen på en familj på tre personer, som är fullt utrustad med hushållsapparater, att vara högre än vad som beräknats i exemplet. Vanligtvis överskrider belastningsanslutningstiden också de erforderliga 4 timmarna. Följaktligen kommer vindkraftsystemets växelriktare att behöva en kraftfullare.

Preliminär beräkning av en väderkvarn är användbar inte bara för självmontering. Det är också nödvändigt att bestämma de optimala parametrarna när att välja en färdig vindgenerator.

Slutsatser och användbar video om ämnet

Hur källdata analyseras och hur formlerna tillämpas presenteras i videon:

Det är nödvändigt att använda beräknade data i alla fall. Oavsett om det är ett industrikraftverk eller ett som är tillverkat för hushållsbruk, säkerställer beräkningen av varje enhet alltid enhetens maximala effektivitet och, viktigast av allt, driftsäkerhet.

Preliminära beräkningar avgör genomförbarheten av att genomföra projektet och hjälper till att avgöra hur kostsamt eller ekonomiskt projektet är.

Har du erfarenhet av att lösa liknande problem? Eller har du fortfarande frågor om ämnet? Vänligen dela dina kunskaper om vindkraftsberäkning och design. Du kan lämna kommentarer och ställa frågor i formuläret nedan.