Томский политехнический университет. Энергетический институт

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

 

 

Энергетический институт

Кафедра «Электроснабжения промышленных предприятий»

Лабораторная работа №2

«Исследование автономной системы электроснабжения на базе ветрогенератора AIR-X»

Выполнили студент гр.5АМ14 _______ Тентиев У.

__________ _________ Илебаева Н.

__________ _________ Нунеметте Р.

__________ _________ Алмамбетова Г.

__________ _________ Крашенинников А.

^{Подпись Дата}

Проверил: ________ _______ Лукутин Б.В.

^{Подпись Дата}

 

 

Томск 2012

Цель работы:

· изучение особенности конструкции ветроустановок и принцип действия автономных ветроэлектростанций;

 

· экспериментально установить влияние скорости ветра и электрической нагрузки на основные энергетические характеристики ветрогенератора AIR-X.

 

В ходе проведения данной лабораторной работы мы определили коэффициент использования энергии ветра, а также электрическую и механическую мощность и момент ветрогенератора и быстроходность ветроколеса. Для определения этих значений была изменена частота преобразователя в диапазоне от 27 до 45 Гц и нагрузка ветрогенератора от минимальной до максимальной. Результаты экспериментальных данных приведены в таблице №1.

 

Рис. 1 Схема подключения Air-X 12V

 

№	f, Гц	нагрузка 1	нагрузка 2	нагрузка 3	нагрузка 4	нагрузка 5
I, A	U, B	n, об/мин	I, A	U, B	n, об/мин	I, A	U, B	n, об/мин	I, A	U, B	n, об/мин	I, A	U, B	n, об/мин
		0,05	1,8		0,02			0,01	0,3		0,05	0,01		0,1	0,2
		0,09			0,05	1,5		0,01	0,5		0,1	0,2		0,2	0,3
		0,10	3,8		0,2	2,5		0,2			0,2	0,5		0,2	0,4
		1,10	4,5		0,75	3,4		0,23	1,3		0,3	0,9		0,29	0,5
		1,10			0,3	4,0		0,31	1,9		0,3			0,35	0,5
		1,30	5,8		0,35	4,5		0,4	2,2		0,4	1,4		0,42	0,6
		1,50	6,4		0,38	5,2		0,58	3,4		0,5	1,8		0,5	0,8
		1,80			0,4	5,8		0,64	3,7		0,7			0,6
		1,80	7,5		0,42	6,5		0,75	4,5		0,7	2,80		0,68	1,2
		1,80			0,48	7,0		0,84			0,8			0,75	1,4

Таблица №1

 

Найдем мощность каждой нагрузки.

P, Вт
Нагрузка 1	Нагрузка 2	Нагрузка 3	Нагрузка 4	Нагрузка 5
0,09	0,02	0,003	0,0005	0,02
0,27	0,075	0,005	0,02	0,06
0,38	0,5	0,2	0,1	0,08
4,95	0,85	0,299	0,225	0,145
5,5	1,2	0,589	0,32	0,175
7,54	1,575	0,88	0,56	0,252
9,6	1,976	1,972	0,9	0,4
12,6	2,32	2,368	1,1	0,6
13,5	2,73	3,375	2,016	0,816
14,4	3,36	4,2	2,4	1,05

 

При обработке опытных данных воспользовались зависимостью (Рис. 2.),позволяющей определить скорость воздушного потока у ветроколес при изменении частоты ПЧ.

 

скорость ветра, м/с
6,3
6,7
7,2
7,7
8,1
8,6
9,1
9,5
10,0
10,5

Рис.2. Зависимость скорости ветра от частоты ПЧ

 

1. Коэффициент использования ветра определяет максимум части ветрового потока, которая может быть принята 0,48.

 

2. Быстроходность ветроколеса оценивается числом модулей Z равным,

	нагузка 1	нагузка 2	нагузка 3	нагузка 4	нагузка 5
	2,40	1,44	0,96	0,67	0,58
	2,68	1,52	1,16	0,71	0,62
	3,26	2,25	1,25	0,83	0,75
	3,53	2,67	1,33	1,10	0,78
	3,62	2,96	1,63	1,11	0,74
	3,85	3,08	1,75	1,19	0,84
	3,98	3,32	2,32	1,33	0,86
	4,10	3,47	2,46	1,51	0,95
	4,21	3,61	2,71	1,81	0,90
	4,31	3,74	2,88	1,84	0,98

 

3. Электрическая мощность, развиваемая ветроэнергетической установкой определяется из выражения

Эл. Мощность, Вт
333,2
412,8
504,3
608,3
725,8
857,4
1004,1
1166,6
1345,8
1542,5

 

 

 

Рис.3 Зависимость мощности от скорости ветра

 

 

4. Момент на валу ветроколеса

Момент на валу,Н*м
19,8
22,8
26,1
29,6
33,3
37,2
41,3
45,6
50,2
55,0

 

Рис.4 Зависимость частоты от момента на валу ветрогенератора

Рис.5 Зависимость момента на валу от скорости ветра

5. Мощность ветрового потока

 

мощность ветрового потока, Вт
61,5
76,2
93,0
112,2
133,9
158,2
185,2
215,2
248,3
284,5

 

 

Рис.6 Зависимость мощности каждой нагрузки от скорости ветра

 

Рис.7 Зависимость мощности ветроустановки от скорости ветра

 

Вывод

В ходе проведения данной работы было выявлено, что работа энергоблока с переменной частотой вращения более эффективна, поскольку может обеспечить максимальный объем мощности при любой скорости ветра. Так же выявили, что чем больше число лопастей рабочего колеса, их ширина и угол поворота лопастей относительно плоскости вращения, тем при прочих равных условиях, быстроходность двигателя ниже.

Опыт ветрогенератора AIR –X показал, что маломощные ветрогенераторы надежны и удобны. Легкие в установке, не требующие квалифицированного обслуживания, так же они идеальны для заряда аккумуляторов и поддержки автономного оборудования в стационарных и мобильных вариантах. Автономно работающий ветрогенератор это наиболее простой и пригодный для обеспечения потребителей электроэнергией по третьей категории надежности (бытовая нагрузка частного сектора).