Kaip apskaičiuoti vėjo generatorių: formulės + praktinis skaičiavimo pavyzdys

Alternatyvi energija, gaunama iš vėjo jėgainių, kelia didelį visuomenės susidomėjimą.Realios kasdienės praktikos lygmenyje yra daug tai įrodymų.

Šalies savininkai vėjo malūnus stato savo rankomis ir yra patenkinti rezultatu, nors efektas gali būti trumpalaikis. Priežastis ta, kad montuojant nebuvo tinkamai apskaičiuotas vėjo generatorius.

Sutikite, nenorėčiau leisti laiko ir pinigų projekto įgyvendinimui ir baigtis neefektyviu įrengimu. Todėl svarbu suprasti, kaip apskaičiuoti vėjo generatorių ir pagal kokius parametrus pasirinkti pagrindinius vėjo turbinos veikimo komponentus.

Straipsnis skirtas šiems klausimams spręsti. Teorinė medžiagos dalis papildyta iliustraciniais pavyzdžiais ir praktinėmis vėjo generatoriaus surinkimo rekomendacijomis.

Vėjo turbinos skaičiavimas

Nuo ko pradėti skaičiuoti elektros energijos iš vėjo energijos gamybos sistemą? Atsižvelgiant į tai, kad kalbame apie vėjo generatorių, preliminari vėjo rožės analizė konkrečioje vietovėje atrodo logiška.

Svarbūs projektavimo parametrai yra tokie skaičiavimo parametrai kaip vėjo greitis ir jo būdinga kryptis konkrečiai teritorijai. Tam tikru mastu jie nustato vėjo turbinos galios lygį, kuris iš tikrųjų bus pasiekiamas.

Tokios galios vėjo generatorius sunku net įsivaizduoti. Tačiau tokie dizainai egzistuoja ir veikia efektyviai.Tačiau tokių konstrukcijų skaičiavimai rodo palyginti mažą galią, palyginti su tradiciniais energijos šaltiniais

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

Reikės dešimčių matavimų. Tačiau ši operacija tikrai reikalinga, jei yra noras sukurti efektyvią produktyvią sistemą.

Kaip apskaičiuoti vėjo malūno galią

Buitiniai vėjo generatoriai, ypač pagaminti rankomis, niekada nenustebino žmonių dideliu galingumu. Tai suprantama. Tereikia įsivaizduoti masyvų 8-10 m aukščio stiebą su generatoriumi, kurio sraigto menčių tarpatramis didesnis nei 3 m. Ir tai nėra pats galingiausias įrenginys. Tik apie 2 kW.

Tokios galios vėjo jėgainėms aptarnauti naudojami sraigtasparniai ir specialistų komandos, kuriose yra iki keliolikos žmonių. Norint apskaičiuoti tokią elektrinę, dalyvauja dar didesnis atlikėjų skaičius

Apskritai, jei pasikliaujate standartine lentele, rodančia ryšį tarp vėjo generatoriaus galios ir reikiamo sraigto menčių tarpatramio, yra kuo stebėtis. Pagal lentelę 10 W vėjo malūnui reikia dviejų metrų sraigto.

500 vatų konstrukcijai reikės 14 m skersmens sraigto. Be to, ašmenų tarpatramio parametras priklauso nuo jų skaičiaus. Kuo daugiau ašmenų, tuo mažesnis tarpatramis.

Bet tai tik teorija, sąlygota vėjo greičio, neviršijančio 4 m/sek.Praktiškai viskas yra kiek kitaip, o buitinių įrenginių, kurie faktiškai veikia ilgą laiką, galia niekada neviršijo 500 W.

Todėl galios pasirinkimas čia dažniausiai apsiriboja 250-500 W diapazonu, kai vidutinis vėjo greitis yra 6-8 m/sek.

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 parametrams iki 4 m/sek (+)

Iš teorinės padėties vėjo jėgainės galia apskaičiuojama pagal formulę:

N=p*S*V³/2,

Kur:

• p – oro masių tankis;
• S – visas prapūstas sraigto menčių plotas;
• V - oro srauto greitis;
• N – oro srauto galia.

Kadangi N yra parametras, kuris radikaliai veikia vėjo generatoriaus galią, tikroji įrenginio galia bus artima apskaičiuotajai N vertei.

Vėjo turbinų sraigtų skaičiavimas

Statant vėjo malūną dažniausiai naudojami dviejų tipų sraigtai:

• sparnuotas — sukimasis horizontalioje plokštumoje;
• Savonius rotorius, Darrieus rotorius — sukimasis vertikalioje plokštumoje.

Sraigtų konstrukcijas su sukimu bet kurioje plokštumoje galima apskaičiuoti naudojant formulę:

Z=L*W/60/V

Kur:

• Z – sraigto greičio (mažo greičio) laipsnis;
• L – ašmenimis aprašyto apskritimo ilgio dydis;
• W – sraigto sukimosi greitis (dažnis);
• V – oro srauto greitis.

Remiantis šia formule, galite lengvai apskaičiuoti apsisukimų skaičių W - sukimosi greitį.

Taip atrodo „Darieu Rotor“ vadinamo varžto konstrukcija. Ši sraigto versija laikoma efektyvia gaminant mažos galios ir dydžio vėjo generatorius.Sraigto skaičiavimas turi keletą savybių

O darbinį ryšį tarp apsisukimų ir vėjo greičio galima rasti lentelėse, kurias galima rasti internete. Pavyzdžiui, sraigtui su dviem mentėmis ir Z=5, galioja toks ryšys:

Taip pat vienas iš svarbių vėjo malūno sraigto rodiklių yra žingsnis.

Šį parametrą galima nustatyti naudojant formulę:

H=2πR* tan α,

Kur:

• 2π – konstanta (2*3,14);
• R – ašmenų aprašytas spindulys;
• įdegis α – pjūvio kampas.

Papildoma informacija apie peilių formos ir skaičiaus pasirinkimą bei jų gamybos instrukcijos yra pateiktos Šis straipsnis.

Vėjo turbinų generatorių parinkimas

Turėdami apskaičiuotą varžto apsisukimų skaičių (W), gautą aukščiau aprašytu būdu, jau galite pasirinkti (pagaminti) atitinkamą generatorių.

Pavyzdžiui, kai greičio laipsnis Z=5, menčių skaičius lygus 2, o greitis 330 aps./min. Vėjo greičiui 8 m/s. Generatoriaus galia turi būti apie 300 W.

Vėjo elektrinės generatoriaus skersinis vaizdas. Demonstracinis vieno iš galimų namų vėjo energijos sistemos generatoriaus konstrukcijų pavyzdys, surenkamas savarankiškai

Atsižvelgiant į šiuos parametrus, tinkamas pasirinkimas kaip buitinės vėjo jėgainės generatorius gali būti variklis, naudojamas kuriant šiuolaikinius elektrinius dviračius. Tradicinis detalės pavadinimas – dviračio variklis (pagaminta Kinijoje).

Taip atrodo elektrinis dviračio variklis, kurio pagrindu siūloma pagaminti generatorių namų vėjo malūnui. Dviračio variklio konstrukcija idealiai tinka įgyvendinti praktiškai be jokių skaičiavimų ar modifikacijų. Tačiau jų galia yra maža

Elektrinio dviračio variklio charakteristikos yra maždaug tokios:

Teigiama dviračių variklių savybė yra ta, kad jų praktiškai nereikia keisti. Jie buvo struktūriškai suprojektuoti kaip mažo greičio elektros varikliai ir gali būti sėkmingai naudojami vėjo generatoriams.

Padaryti vėjo malūną galite naudoti automobilio generatorių arba rinkti skalbimo mašinos blokas.

Įkrovimo valdiklio skaičiavimas ir parinkimas

Akumuliatoriaus įkrovimo valdiklis reikalingas bet kokio tipo vėjo jėgainėms, įskaitant buitines konstrukcijas.

Apskaičiuojant šį įrenginį, reikia parinkti įrenginio elektros grandinę, kuri atitiktų projektinius vėjo sistemos parametrus.

Iš šių parametrų pagrindiniai yra šie:

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

Remiantis pateiktais parametrais, įkrovimo valdiklio mazgas Padarykite tai patys arba pasirinkite paruoštą įrenginį.

Akumuliatorių, naudojamų kaip vėjo jėgainės dalis, įkrovimo valdiklis. Pramoniniu būdu pagamintas įrenginys, kurį renkantis tereikia atidžiai išstudijuoti technines charakteristikas, kad būtų galima tiksliai suderinti su esama sistema

Žinoma, patartina pasirinkti (ar surinkti) įrenginį, kurio grandinė užtikrintų lengvo paleidimo funkciją silpnų oro srautų sąlygomis. Taip pat laukiamas valdiklis, skirtas dirbti su skirtingos įtampos (12, 24, 48 voltų) baterijomis.

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

Akumuliatoriaus pasirinkimas sistemai

Praktikoje naudojami įvairių tipų akumuliatoriai ir beveik visi yra gana tinkami naudoti kaip vėjo energijos sistemos dalis. Tačiau bet kuriuo atveju reikės pasirinkti konkretų pasirinkimą. Atsižvelgiant į vėjo malūno sistemos parametrus, akumuliatorius parenkamas pagal įtampą, talpą, įkrovimo sąlygas.

Tradiciniai namų vėjo malūnų komponentai yra klasikiniai švino rūgšties akumuliatoriai. Jie parodė gerus rezultatus praktine prasme.Be to, šio tipo baterijų kaina yra labiau pagrįsta, palyginti su kitų tipų baterijomis.

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

Jei vėjo turbinos instaliacijoje yra profesionaliai suprojektuotas įkrovos valdiklis su visaverte automatikos sistema, atrodo racionalu naudoti AGM arba helio baterijas.

Namų vėjo generatoriaus akumuliatorių paketas. Ne pats geriausias pasirinkimas, atsižvelgiant į laidų chaosą ir saugojimo reikalavimus. Esant tokiai energijos kaupimo įrenginių būsenai, negalima tikėtis jų ilgalaikio veikimo.

Abiejų tipų energijos kaupimo įrenginiai pasižymi didesniu efektyvumu ir ilgu tarnavimo laiku, tačiau kelia aukštus reikalavimus įkrovimo sąlygoms.

Tas pats pasakytina ir apie vadinamąsias šarvuotąsias helio tipo baterijas. Tačiau šių baterijų pasirinkimą buitiniam vėjo malūnui gerokai riboja kaina. Tačiau šių brangių baterijų tarnavimo laikas yra ilgiausias, palyginti su visų kitų tipų baterijomis.

Šios baterijos taip pat turi ilgesnį įkrovimo/iškrovimo ciklą, tačiau tik tuo atveju, jei naudojamas aukštos kokybės įkroviklis.

Namų vėjo malūno inverterio skaičiavimas

Reikėtų iš karto pastebėti: jei namų vėjo turbinos konstrukcijoje yra viena 12 voltų baterija, tokioje sistemoje nėra prasmės montuoti keitiklį.

Vidutiniškai buityje suvartojama mažiausiai 4 kW elektros energijos, kai apkrova didžiausia.Taigi išvada: tokios galios įkraunamų baterijų skaičius turėtų būti ne mažesnis kaip 10 vienetų ir, pageidautina, 24 voltų įtampa. Tokiam baterijų skaičiui prasminga įdiegti keitiklį.

Tačiau norint visiškai aprūpinti 10 akumuliatorių, kurių kiekvienos įtampa yra 24 W, ir stabiliai išlaikyti jų įkrovą, reikės ne mažesnės kaip 2-3 kW galios vėjo malūno. Akivaizdu, kad paprastos buitinės konstrukcijos negali susidoroti su tokia galia.

Mažos galios keitiklis (600 W), kuris gali būti naudojamas namų mažos galios instaliacijai. Iš tokios įrangos galite maitinti televizorių ar nedidelį šaldytuvą, kurio įtampa yra 220 voltų. Šviestuvo lempoms nebeužtenka srovės

Tačiau keitiklio galią galite apskaičiuoti taip:

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

Konkrečiame pavyzdyje tai atrodys taip.

Tegul kaip krovinys būna buitiniai elektros prietaisai: apšvietimo lempos - 3 vnt. po 40 W, televizoriaus imtuvas - 120 W, kompaktiškas šaldytuvas 200 W. Sumuojame galią: 3*40+120+200 ir gauname 440 W prie išėjimo.

Nustatykime vartotojų galią vidutiniam 4 valandų laikotarpiui: 440*4=1760 W. Remiantis gauta galios verte per vartojimo laiką, atrodo logiška pasirinkti keitiklį iš tokių įrenginių, kurių išėjimo galia yra 2 kW ar daugiau.

Pagal šią reikšmę apskaičiuojama reikiamo įrenginio srovės-įtampos charakteristika: 2000*0,6=1200 V/A.

Klasikinė schema, skirta energijos, gautos iš buitinio vėjo generatoriaus, atkūrimo ir paskirstymo. Tačiau norint tiekti ilgalaikę energiją tokiam skaičiui įrenginių, reikalingas pakankamai galingas įrenginys (+)

Realiai buities krūvis trijų asmenų šeimai, pilnai aprūpintai buitine technika, bus didesnis nei paskaičiuota pavyzdyje. Paprastai apkrovos prijungimo laikas taip pat viršija reikalaujamas 4 valandas. Atitinkamai vėjo energijos sistemos keitikliui reikės galingesnio.

Preliminarus vėjo malūno skaičiavimas naudingas ne tik jo savaiminiam surinkimui. Taip pat būtina nustatyti optimalius parametrus, kada renkantis paruoštą vėjo generatorių.

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Kaip analizuojami šaltinio duomenys ir kaip taikomos formulės, pateikiama vaizdo įraše:

Bet kuriuo atveju būtina naudoti apskaičiuotus duomenis. Ar tai būtų pramoninė elektrinė, ar pagaminta buitiniam naudojimui, kiekvieno bloko apskaičiavimas visada užtikrina maksimalų įrenginio efektyvumą ir, svarbiausia, eksploatavimo saugumą.

Preliminarūs skaičiavimai nustato projekto įgyvendinimo galimybes ir padeda nustatyti, kiek projektas kainuoja ar ekonomiškas.

Ar turite patirties sprendžiant panašias problemas? O gal vis dar turite klausimų šia tema? Pasidalykite savo vėjo jėgainių skaičiavimo ir projektavimo įgūdžiais. Galite palikti komentarus ir užduoti klausimus žemiau esančioje formoje.