Ветрогенератор схема: Ветрогенератор своими руками

как правильно подсоединять трехфазный контроллер?

Эксплуатация устройства

Порядок подключения ветрогенератора является важным моментом эксплуатации устройства, от которого зависит возможность выполнения комплектом своих функций, сохранность оборудования в рабочем состоянии и долговечность аппаратуры. Неправильное подключение может вывести из строя отдельные узлы, аккумуляторные батареи. Для того, чтобы исключить возможность ошибки, надо заранее уяснить себе схему присоединения элементов комплекса друг к другу, правильное подключение балласта и нагрузки.

Как правильно подключить ветрогенератор?

Прежде, чем начинать рассмотрение правил подключения, надо определиться с составом комплекта. Ветрогенератор представляет собой целую систему оборудования, из которого вращающийся ветряк — только преобразователь энергии ветра во вращательное движение, заставляющее функционировать генератор.

Дальше напряжение подается на контроллер сигнала. Это прибор, следящий за состоянием аккумуляторных батарей. Если они загружены полностью, контроллер переключает их с режима зарядки на режим потребления, параллельно включая балластное сопротивление (потребитель) для снятия лишнего заряда.

Напряжение с аккумуляторов идет на инвертор, который преобразует постоянный ток аккумуляторов в стандартные 220 В, 50 Гц, которые питают бытовую технику, освещение и прочие приборы потребления.

Основные схемы

Возможны различные схемы подключения ветрогенератора. Основная коммутация остается неизменной, варианты касаются только присутствия дополнительного источника энергии. Различают:

• питание только от ветроустановки
• ветрогенератор работает в паре с сетевым электричеством. При разряде аккумуляторов происходит переключение на сетевые ресурсы, после зарядки батарей установка вновь переключается на обеспечение потребителей
• подключение параллельно с бензогенератором. Разряд батарей инициирует запуск бензогенератора, затем обратное подключение ветряка
• параллельное подключение с солнечными батареями. Один из наиболее часто встречающихся комплектов. Используются солнечные батареи, работающие параллельно с ветряком и, по необходимости, берущие на себя основное обеспечение потребителей
• на Западе излишки выработанной энергии сбрасываются в сеть, за что владелец ветряка получает некоторую плату. В России такого оборудования пока не имеется, поэтому излишки попросту утилизируются с помощью балластных сопротивлений.

Сетевая схема подключения

Сетевая схема представлена в двух вариантах:

• сетевая схема без аккумуляторов. Выработанная энергия отдается в сеть, а потребители питаются из нее. Владелец платит только за разницу между выработанной и потребленной энергией. В России такой вариант не реализован
• сетевая схема с аккумуляторами. В данном случае подключение к сети используется только при разряде аккумуляторов, т.е. сетевые ресурсы используются как гарантия.

Такая схема подключения имеет свои достоинства и недостатки, но для того, чтобы она была действительно выгодной, надо, чтобы выработанной энергии хватало на обеспечение большого количества потребителей, а оборудование стоило довольно дешево. В противном случае проще постоянно пользоваться сетевой энергией, а ветряк держать на случай внезапных перебоев. Так будет надежнее, проще и появится возможность увеличить срок службы ветрогенератора.

Как подключить контроллер к ветрогенератору?

Контроллер — это самый первый прибор, на который подается напряжение, выработанное генератором. Подключение контроллера производится посредством специальных клемм. Генератор подключается ко входу, а выходные клеммы соединяются с аккумуляторными батареями.

Функции контроллера могут быть значительно расширены, он способен производить мониторинг состояния аккумуляторов, следить за напряжением от генератора и вовремя переключать систему на сетевое питание.

Функционал контроллера полностью зависит от того, кто его собирал (заводское исполнение или самоделка), от типа конструкции, модели и т.д.

Существует множество схем для самостоятельного изготовления, в которых всего несколько простых деталей. Такие схемы легко реализуются даже людьми с начальной подготовкой, они надежны и нетребовательны. При самостоятельном изготовлении ветряка такие схемы обеспечивают полноценное функционирование, а отсутствие каких-то дополнительных возможностей не является значительным минусом. Чем меньше элементов в схеме, тем она надежнее и меньше подвержена отказам или поломкам, поэтому вариант наиболее удачный.

Подключение ветряка к аккумулятору

Подключение аккумулятора к генератору производится через выпрямитель — диодный мост. Аккумуляторные батареи нуждаются в постоянном токе, а генератор ветряка выдает переменку, причем, весьма нестабильную по амплитуде. Выпрямитель изменяет переменный ток, модифицируя его в постоянный. Если генератор трехфазный, то необходимо использовать трехфазный выпрямитель, на это надо обращать особенное внимание.

Прямое подключение ветряка к аккумулятору — опасное решение, поскольку параметры напряжения, выдаваемого ветряком, не имеют стабильности. Резкое повышение напряжения, выходящее за пределы номинала батарей, способно вывести их из строя.

Аккумуляторы обычно не новые, они способны закипеть. Поэтому настоятельно рекомендуется использовать хотя бы простенький контроллер, изготовленный из реле-регулятора. Он вовремя отключит зарядку и сохранит работоспособность аккумуляторных батарей. В любом случае не следует экономить на оборудовании и сокращать состав комплекта, так как от него зависит полноценная работа всей ветроустановки.

Подключение однофазного ветрогенератора к трехфазному контроллеру

Однофазный генератор может быть подключен к трехфазному контроллеру либо на одну фазу, либо параллельно на все три. Более правильным вариантом считается использование одной фазы, т. е. ветряк подключается к двум контактам — защемляющему и одному фазному. Это обеспечит правильную обработку напряжения и выдачу его на приборы потребления.

В целом, использование таких разнородных устройств нецелесообразно. Кроме того, путаница с вариантами подключения способна создать значительную угрозу целостности оборудования, что недопустимо. При сборке комплекта надо сразу определиться с его составом и типом смежных приборов, чтобы не допустить использования разноплановых устройств в единой связке. Допускать рискованные соединения можно только подготовленным людям, являющимися специалистами в электротехнике, хотя сами они подобные действия решительно отвергают.

Рекомендуемые товары

Схема ветрогенератора. Электрическая схема ветрогенератора.

Генератор ветряка является основным элементом электрооборудования. Для маломощных ветроэлектрических агрегатов применяют генераторы постоянного тока от автомашин и тракторов. Объясняется это тем, что последние работают на переменных оборотах, как и ветродвигатели. К маломощным ветроэлектрическим агрегатам с диаметром ветроколеса до 1,5 м наиболее подходит из выпускаемых в настоящее время генератор типа ГБФ, применяемый на автомашинах ГАЗ-2А и ЗИС-5. Мощность этого генератора 60—80 вт, напряжение 6—7 в, число оборотов от 800 до 4 500 об/мин.
Монтажная электрическая схема генератора ГБФ дана на фиг. 26.
Чтобы увеличить КПД генератора, т. е. получить от него электроэнергию при меньшей скорости ветра и на меньших оборотах, необходимо произвести домотку полюсных катушек. Делается это следующим образом. Отвинтив полюсы генератора, снимают катушку с обмоткой возбуждения и аккуратно разматывают изоляцию. Затем, укрепив катушку на шаблон из деревянной колодки, в том же направлении, как и у основной катушки, доматывают 40 витков эмалированной медной проволоки ПЭ диаметром 1 мм с сохранением прежней толщины катушки. Место спайки домотанного провода с концом катушки должно быть надежно заизолировано. После домотки катушку вновь изолируют, устанавливают ее на старое место и восстанавливают все прежние соединения. При этом может оказаться, что домотаная катушка займет больше места, чем прежняя, и стягивающие болты будет трудно пропустить. Поэтому крепление крышек к корпусу генератора нужно сделать так, как показано на фиг. 27. С целью уменьшения потерь на трение необходимо ослабить нажим щеток, поставив к ним более слабые пружины.
Для более мощного ветрогенератора с диаметром ветроколеса 3,5 м применяется автобусный генератор типа ГТ-4563 мощностью 1 КВт, напряжением 24 в, 900 — 2 500 об/мин., монтажная электрическая схема этого генератора дана на фиг. 28.Аккумуляторная батарея является необходимой частью ветроэлектрического агрегата. Она позволяет получать электроэнергию с постоянной мощностью, что не может дать ветродвигатель непосредственно вследствие непостоянства энергии ветра. Кроме того, она запасает электроэнергию, которая расходуется в безветренные дни. При ветроэлектрическом агрегате с диаметром ветроколеса до 1,5 м устшавливается аккумуляторная батарея напряжением в 6 в, например, один аккумулятор ЗСТЭ-80 или ЗСТЭ-112 от автомашин ГАЗ-2А и ЗИС-5.
Для ветрогенератора с диаметром ветроколеса 3,5 м необходимо устанавливать аккумуляторную батарею на 24 в. Эта батарея составляется из 2 аккумуляторов 6СТЭ-128 на 128 ач каждый или 6СТЭ-144 емкостью на 144 ач каждый.
Вместо стартерных аккумуляторов типа СТЭ можно использовать и другие аккумуляторы, например, стационарные типа С или железнодорожные соответствующей емкости. Для 6-вольтовой батареи необходимо брать 3 шт. таких аккумуляторов, а для 24-вольтовой — 12 шт.
Реле обратного тока. Для защиты аккумуляторной батареи от разряда ее на генератор применяется реле обратного тока. Этот прибор отключает аккумуляторную батарею сейчас же, как только упадет напряжение генератора при снижении его оборотов. Если не отключить в этот момент аккумуляторную батарею, то электрический ток пойдет от нее к генератору, который начнет работать как мотор. Следовательно, батарея будет разряжаться бесполезно. На фиг. 29 показана монтажная электрическая схема простейшего реле обратного тока типа ЦБ, применяемого для ветроэлектрических агрегатов с диаметром ветроколеса до 1,5 м. Это реле применяется у генератора ГБФ. http://waytospain.ru
Регулятор напряжения. Для поддержания постоянной величины напряжения генератора служит регулятор напряжения. При наличии этого прибора даже в случае отсоединения аккумуляторной батареи напряжение не поднимается выше допустимой величины и лампы будут гарантированы от перекала. Регулятор напряжения, кроме тою, предохраняет аккумуляторную батарею от перезаряда.
У ветроэлектрического агрегата ВД-3,5 применяется вибрационный реле-регулятор напряжения типа РРА-24ф (фиг. 30). В этом приборе совмещены реле обратного тока и регулятор напряжения. Реле-регулятор РРА-24ф поставляется заводом комплектно с генератором типа ГТ-4563А.
Электрическая схема и монтаж электрооборудования ветрогенератора агрегата с диаметром ветроколеса 1,2 м показана на фиг. 31.

Фиг. 31. Электрическая схема и монтаж электрооборудования ветроэлектрического агрегата Д-1.2.
7 — генератор ГБФ-4500 80 вт, 6 в; 2— аккумулятор стартерный ЗСТ-80; Л — амперметр автомобильный; 4 — реле обратного тока типа ЦБ; 5 — предохранитель Бозе; 5 —сигнальная лампа 12 в, 3 вт; 7—пусковая кнопка; 8 — зажим (диаметр 5 мм), 9 — выключатель; 10 — текстолитовая панель (толщина 5 мм).

Слева показана лицевая сторона щитка с расположением приборов и указано, как приключить аккумулятор и 3 шестивольтовых лампочки по 10 вт. Рядом с лицевой стороной щитка показано, как сделать все необходимые соединения между отдельными элементами электрооборудования на задней стороне щитка. Справа — электрическая схема агрегата, где цифрами обозначены части электрооборудования, названия которых приведены в надписи под фиг. 31.
Электрическая схема и способ присоединения аккумуляторов к ветроэлектрическому агрегату Д-3,5 даны на фиг. 32.

Фиг. 32. Электрическая схема и способ соединения аккумуляторов к ветроэлектрическому агрегату Д-3,5.
1— генератор типа ГТ-4563А 24 в, 1 КВт; 2 — вольтметр до 50 в типа МЛ; 3 — амперметр до 50 а типа МЛ; 4 — переключатель 6 а, 250 в; 5 — пусковая кнопка; 6 — рубильник однополюсный до 60 а; 7 — предохранитель Бозе; 8 — зажим латунный диаметр 7 мм; 9 — аккумулятор стартерный 6СТЭ-128; 10 — реле-регулятор типа РРА-24ф; 11 — панель текстолитовая 360X140X5 мм; 12- панель железная 360X180X2 мм.

Слева показана лицевая сторона щитка с приключенными к нему проводами от генератора, аккумуляторов и ламп. Справа показана обратная сторона щитка, где указаны все соединения, которые необходимо сделать между приборами, установленными на щитке. Ниже дана принципиальная электрическая схема этого агрегата.

Ветрогенераторы: классификация и типы, конструкция и схема работы

Ветрогенераторы: классификация и типы, конструкция и схема работы

Самым актуальным и дешевым источником альтернативной энергии можно считать ветряные электростанции, ведь, как известно, ветер не зависит от расположения залежей природных ресурсов и является абсолютно бесплатным.

В связи с серьезностью положения, крупнейшие страны мира даже заключили Киотское соглашение, которое предписывает стимулировать выработку электроэнергии при помощи альтернативных источников, а также обязывает государство выкупать выработанную таким образом энергию у производителей по высоким тарифам. К альтернативным источникам энергии можно отнести и солнечную энергию, переработку бытовых отходов, использование гидротермальных вод и ряд других, однако наиболее привлекательной является именно энергия ветра. Это обусловлено в первую очередь сравнительно небольшим объемом вложения начального капитала для запуска ветряной электростанции и крайне незначительной зависимостью от необходимого сырья, потому что ветрогенератор может работать в любом месте, где есть ветер, а количество вырабатываемой электрической энергии без труда можно рассчитать с помощью научных методов.

На сегодняшний день ветряные электростанции для дома и промышленного использования уже получили достаточно широкое применение в рядовой жизни. Их можно встретить на объектах, которые удалены от основных электрических сетей. Ведь для подключения электричества приходится прокладывать дополнительные линии электропередач или использовать автономные электростанции, что дорого и не всегда целесообразно.

По расчетам специалистов, для полного обеспечения одного дома электрической энергией достаточно одного ветрогенератора мощностью 5 кВт, при условии, что скорость ветра 1,8-4,5 метра в секунду. Но, к сожалению, ветер весьма непостоянное погодное явление, поэтому желательно приобретать вместе с ветряной электростанцией резервный генератор, приводимый в действие двигателем внутреннего сгорания, или устраивать большую аккумуляторную батарею для запасания выработанной электроэнергии «впрок».

Именно поэтому, прежде чем начинать выбирать модель ветряной электростанции, необходимо проконсультироваться со специалистом, который сможет ответить на ваши вопросы и подобрать оптимальный вариант ветряной электростанции под конкретные требования.

Ветрогенератор, помимо лопастей, которые непосредственно улавливают ветер, и генератора, который преобразует энергию ветра в электрическую, как правило, включает в себя аккумуляторную батарею и инверторную установку. Аккумуляторная батарея необходима для накопления электроэнергии, которая в связи с непостоянством погодных условий просто не может вырабатываться равномерно, а также компенсировать разницу выработки при разной скорости ветра.

Инвертор, в свою очередь, преобразует постоянный ток, подающийся из аккумулятора, в переменный ток, необходимый для работы бытовых электроприборов. Таким образом, каждый элемент ветряной электростанции необходим для выполнения конкретной задачи, и его выбор должен быть обусловлен потребностями в энергии, а по техническим характеристикам подходить для остальных компонентов системы. Все же параметры должны быть предварительно рассчитаны с учетом конкретных условий энергопотребления.

Основные преимущества ветрогенераторов:

 1. Топливо для работы не требуется, основные затраты идут на установку и проведение систематических профилактических работ для стабильной работы ветрогенератора. В итоге затраты на приобретение оборудования могут окупиться уже в течение года.

2. Не требует вмешательства в работу, так как выработка электроэнергии происходит в любой момент, когда дует ветер, и благодаря аккумуляторам накапливается впрок.

3. В отличие от других видов генераторов ветряки абсолютно бесшумны. Качественно сделанные и установленные ветрогенераторы производят не больше шума, чем тот, который создает ветер, крутящий их лопасти.

4. Не уменьшается производительность в зимнее время, поскольку в отличие от солнечных панелей у ветрогенераторов в зимнее время производительность не падает, а, наоборот, вырастает за счет того, что скорость ветра в зимний период обычно выше, чем летом, что является значительным преимуществом, потому что как раз в зимний период сильно возрастает потребность в электроэнергии.

5. Ветрогенераторы можно устанавливать в любых климатических условиях, и для них подходит практически любой рельеф, но следует учитывать, что любая преграда на пути ветра, как-то деревья или дома, может снизить производительность работы ветряка до 30%, но все равно она окажется выше, чем у солнечных батарей.

6. Профилактическое обслуживание генератора следует проводить регулярно, но оно значительно облегчается тем, что при регулярном обслуживании конструкции износ, как правило, незначительный и даже в случае замены определенных компонентов не является дорогим и трудоемким занятием. Таким образом, комплексная ветро-солнечная система для стабильной работы должна включать в себя: ветрогенератор (средний срок службы 15-20 лет), солнечные панели (30-40 лет), контроллер заряда, инвертор (работают примерно по 5-10 лет) и аккумуляторные батареи, которые в зависимости от типа прослужат от 4 до 10 лет.

Такие системы обычно предназначаются для обеспечения электричеством отдельно стоящих объектов, доступ централизованной энергоподачи к которым затруднен или отсутствует. Их мощность может колебаться от 0,8 до 26 кВт и зависит только от потребления электроэнергии объектом и мощности установленного оборудования.

Неуклонное истощение природных ресурсов приводит к тому, что в последнее время человечество занято поиском альтернативных источников энергии. На сегодняшний день известно достаточно большое количество видов альтернативной энергетики, одним из которых является использование силы ветра. Энергия ветра применялось людьми с древности, например, в работе ветряных мельниц. Самый первый ветрогенератор (ветряная турбина), который служил для производства электричества, был построен в Дании в 1890 г. Такие устройства стали применяться в тех случаях, когда требовалось обеспечить электроэнергией какой-либо труднодоступный район.

Принцип действия ветрогенератора:

1. Ветер вращает колесо с лопастями, которое передает крутящий момент на вал генератора через редуктор.
2. Инвертор выполняет задачу преобразования полученного постоянного электрического тока в переменный.
3. Аккумулятор предусмотрен для подачи в сеть напряжения при отсутствии ветра.

Мощность ВЭУ находится в прямой зависимости от диаметра ветроколеса, высоты мачты и силы ветра. В настоящее время производятся ветрогенераторы, диаметр лопастей которых от 0,75 до 60 м и более. Самая маленькая из всех современных ВЭУ – G-60. Диаметр ротора, имеющего пять лопастей, всего 0,75 м, при скорости ветра 3-10 м/с она может вырабатывать мощность 60 Вт, вес ее составляет 9 кг. Такая установка с успехом применяется для освещения, зарядки батарей и работы средств связи.

Все ветрогенераторы могут быть классифицированы по нескольким принципам:

1. Оси вращения.
2. Количеству лопастей.
3. Материалу, из которого выполнены лопасти.
4. Шагу винта.

Классификация по оси вращения:

1. Горизонтальные.
2. Вертикальные.

Наибольшую популярность получили горизонтальные ветрогенераторы, ось вращения турбины которых расположена параллельно земле. Этот тип получил название «ветряной мельницы», лопасти которой вращаются против ветра. Конструкция горизонтальных ветрогенераторов предусматривает автоматический поворот головной части (в поисках ветра), а также поворот лопастей, для использования ветра небольшой силы.

Вертикальные ветрогенераторы гораздо менее эффективны. Лопасти такой турбины вращаются параллельно поверхности земли при любом направлении и силе ветра. Так как при любом направлении ветра половина лопастей ветроколеса всегда вращается против него, ветряк теряет половину своей мощности, что значительно снижает энергоэффективность установки. Однако ВЭУ такого типа проще в установке и обслуживании, поскольку ее редуктор и генератор размещаются на земле. Недостатками вертикального генератора являются: дорогостоящий монтаж, значительные эксплуатационные затраты, а также то, что для установки такой ВЭУ требуется немало места.

Ветрогенераторы горизонтального типа больше подходят для производства электроэнергии в промышленных масштабах, их используют в случае создания системы ветряных электростанций. Вертикальные часто применяют для потребностей небольших частных хозяйств.

Классификация по количеству лопастей:

1. Двухлопастные.
2. Трехлопастные.
3. Многолопастные (50 и более лопастей).

По количеству лопастей все установки делятся на двух- и трех- и многолопастные (50 и более лопастей). Для выработки необходимого количества электроэнергии требуется не факт вращения, а выход на необходимое количество оборотов.

Каждая лопасть (дополнительная) увеличивает общее сопротивление ветрового колеса, что делает выход на рабочие обороты генератора более сложным. Таким образом, многолопастные установки действительно начинают вращаться при меньших скоростях ветра, однако они применяются в том случае, когда имеет значение сам факт вращения, как, например, при перекачке воды. Для выработки электроэнергии ветрогенераторы с большим количеством лопастей практически не применяются. К тому же на них не рекомендуется установка редуктора, потому что это усложняет конструкцию, а также делает ее менее надежной.

Классификация по материалу лопастей:

1. Ветрогенераторы с жесткими лопастями.
2. Парусные ветрогенераторы.

Следует отметить, что парусные лопасти значительно проще в изготовлении, а потому менее затратные, нежели жесткие металлические или стеклопластиковые. Однако подобная экономия может обернуться непредвиденными расходами. Если диаметр ветроколеса составляет 3 м, то при оборотах генератора 400-600 об/мин кончик лопасти достигает скорости 500 км/ч. С учетом того обстоятельства, что в воздухе содержится песок и пыль, этот факт является серьезным испытанием даже для жестких лопастей, которые в условиях стабильной эксплуатации требуют ежегодной замены антикоррозийной пленки, нанесенной на концы лопастей. Если не обновлять антикоррозионную пленку, то жесткая лопасть постепенно начнет терять свои рабочие характеристики.

Лопасти парусного типа требуют замены не раз в год, а непосредственно после возникновения первого серьезного ветра. Поэтому автономное электроснабжение, требующее значительной надежности компонентов системы, не рассматривает применение лопастей парусного типа.

Классификация по шагу винта:

1. Фиксированный шаг винта.
2. Изменяемый шаг винта.

Безусловно, изменяемый шаг винта увеличивает диапазон эффективных рабочих скоростей ветрогенератора. Однако внедрение данного механизма ведет к усложнению лопастной конструкции, к увеличению веса ветрового колеса, а также снижает общую надежность ВЭУ. Следствием этого является необходимость усиления конструкции, что приводит к значительному удорожанию системы не только при приобретении, но и при эксплуатации.

Современные ветрогенераторы представляют собой высокотехнологичные изделия, мощность которых составляет от 100 до 6 МВт. ВЭУ инновационных конструкций позволяют экономически эффективно использовать энергию самого слабого ветра – от 2 м/с. При помощи ветрогенераторов сегодня можно с успехом решать задачи по электроснабжению островных или локальных объектов любой мощности.

Ветрогенераторы

Ветрогенератор (ветроэлектрическая установка или сокращенно ВЭУ) — устройство для преобразования кинетической энергии ветра в электрическую.

Ветрогенераторы можно разделить на две категории: промышленные и домашние (для частного использования). Промышленные устанавливаются государством или крупными энергетическими корпорациями. Как правило, их объединяют в сети, в результате получается ветряная электростанция. Её основное отличие от традиционных (тепловых, атомных) — полное отсутствие как сырья, так и отходов. Единственное важное требование для ВЭС — высокий среднегодовой уровень ветра. Мощность современных ветрогенераторов достигает 6 МВт.

Это очень важно знать, выбирая мощность ветрогенератора.

Определяясь с мощностью приобретаемой ветроэлектрической установки, надо иметь ввиду, что все ветроустановки работают на заряд аккумуляторной батареи. Только так можно обеспечить непрерывное электропитание потребителей определённой  мощности требуемым напряжением,  при помощи подключаемого к аккумуляторной батарее инвертора. Однако надо учитывать, что максимально возможный зарядный ток на аккумуляторы составляет 10% от их ёмкости. Это значит, что чем мощнее ветрогенератор, тем больше должна быть ёмкость установленной аккумуляторной батареи и, следовательно, большее количество аккумуляторов. Так при мощности генератора в 5 кВт и напряжении на аккумуляторной батарее 48 Вольт, максимально возможный ток заряда батареи составляет около 100 Ампер. Следовательно для батареи, собранной из отдельных 12 вольтовых аккумуляторов ёмкостью по 200 А/час. каждый, необходимо 20 аккумуляторов, чтобы использовать мощность генератора в полном объёме. То есть каждые 4 аккумулятора, соединённые последовательно, составляют одну линейку напряжением 48 Вольт и ёмкостью 200 А/час. Максимально возможный ток для такой линейки составляет 20 Ампер. Таких линеек необходимо 5, соединённых параллельно. Если же аккумуляторов будет меньше (общая ёмкость батареи меньше 1000 А/час.) — то либо придётся ограничивать ток заряда = мощность генератора (а зачем тогда приобретать такой мощный генератор?), либо аккумуляторная батарея будет «кипеть» при сильном ветре, и быстро выйдет из строя. Конечно, чем мощнее генератор, тем больше ток заряда при малых ветрах, и быстрее восстановление аккумуляторов до полной ёмкости. Но соотношение цены и мощности ветроустановки, возможность размещения огромной по количеству и дорогой по цене аккумуляторной батареи заставляют подумать о мощности приобретаемого ветрогенератора.

Автономное обеспечение объекта (с аккумуляторами). Объект питается только от ветроэнергетической установки.

Ветрогенератор (с аккумуляторами) и коммутация с сетью. АВР позволяет переключить питание объекта при отсутствии ветра и полном разряде аккумуляторов на электросеть. Эта же схема может использоваться и наоборот – ветрогенератор, как резервный источник питания. В этом случае АВР переключает вас на аккумуляторные батареи ветрогенератора при потери питания от электросети.

Ветрогенератор (с аккумуляторами) и резервный дизель-(бензо-)генератор. В случае отсутствия ветра и разряде аккумуляторных батарей происходит автоматический запуск резервного генератора.

Ветрогенератор (без аккумуляторов) и коммутация с сетью. Общественная электросеть используется вместо аккумуляторных батарей – в неё уходит вся выработанная электроэнергия и из неё потребляется. Вы платите только за разницу между выработанной и потреблённой электроэнергией.

Увеличение производительности системы. Возможно установить два и более генератора, инвертора и комплекта аккумуляторов

Энергия ветра, ветрогенератор |НПК ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Ветрогенератор – это самая настоящая электростанция, основное преимущество которой в экологичности – полностью отсутствует сырье и отходы. Компания ENERCOM предлагает легкие типы ветрогенераторов, сконструированные для низкой скорости ветра, удобные для выработки электроэнергии небольшой мощности. Применение: сельское хозяйство и прочие удаленные места с недостатком постоянного энергоснабжения. Тихоходный электрогенератор на постоянных неодимовых магнитах позволяет обходиться без повышающего редуктора, что минимизирует потери, многократно увеличивая надежность. Уровень небольшого шума при сильном ветре не превышает естественный фон, создаваемый самим ветром. Легкий шелест действует успокаивающе, как бывает приятен шум дождя. Помимо низкой расчетной скорости ветра ветрогенератор компании ENERCOM характеризуется большой мощностью при его высоких скоростях. Низкая расчётная скорость ветра (8– 10 м/с) означает, что при малых скоростях ветра (5 – 6 м/с), которые обычно и преобладают, такой ветряк расчетной мощностью 1 кВт, выдаст энергии больше, чем иной ветрогенератор мощностью 2 – 3 кВт, но с расчетной скоростью ветра 12 м/с.

Особенности ветрогенераторов компании ENERCOM:
Ветрогенераторы комплектуются лопастями большого диаметра, что позволяет более эффективно использовать ветряк на низких скоростях ветра: лопасти имеют профиль, близкий к профилю самолётного крыла. Энергоэффективность (коэффициент использования ветра) «самолётного» профиля лопасти примерно в 2 – 4 раза выше, чем если бы это был плоский (наклоненный под углом к ветропотоку) профиль. Вырабатываемая мощность на средних ветрах выше за счет ометаемой лопастями площади, большей, чем стандартная. Лопасти отбалансированы на своих посадочных местах, что практически исключает вибрацию мачты. Почти в два раза более тяжелый вес говорит о запасе в применяемом магнитопроводе и медных обмотках. Конструкция надежна, так как нет складывающегося с ударом хвоста, то есть, к примеру, во время шторма руль на хвосте плавно поворачивается. При полном заряде АКБ большой и очень надежный контроллер ветрогенератора не только переключает ветряк на ТЭН, но и останавливает его до того момента, когда подключаются потребители электроэнергии.
Модели ветряков имеют токопередающие подшипники, поэтому силовой кабель, идущий от ветряка внутри мачты, никогда не закручивается. Серийный выпуск позволяет добиться высокой надежности конструкции и низкой себестоимости продукции.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЕТРОГЕНЕРАТОРА 2KW-24V WIND TURBINE

Ветроэнергетический комплекс компании ENERCOM состоит из ветрогенератора улучшенной конструкции (генератор, лопасти, контроллер заряда аккумуляторов), мощного инвертора (до 12 кВт) МАП «Энергия», мачты для ветроэлектростанций и долговечных гелиевых аккумуляторов (срок службы 12 лет).

Принцип работы ветроэнергетического комплекса компании ENERCOM:

• Ветер вращает ветроколесо, генератор вырабатывает электроэнергию.
• Энергия через контроллер ветрогенератора заряжает аккумуляторную батарею.
• Ток из аккумуляторной батареи через многофункциональный автономный преобразователь (МАП), преобразующий постоянный ток в переменный, поступает на потребители (электроприборы)

Преимущества использования ветроэнергетического комплекса компании ENERCOM:

• Автономность
• Экологическая чистота
• Большой срок службы
• Простота эксплуатации
• Высокий КПД
• Длительный срок службы

СХЕМЫ РАБОТЫ ВЕТРОГЕНЕРАТОРА

Приводим несколько популярных схем работы ветроэнергетических систем. Возможны и другие варианты схем работы. В каждом случае мы составляем индивидуальный проект, который решит конкретную задачу энергообеспечения с учетом всех ваших пожеланий и возможностей.

 Автономное обеспечение объекта (с аккумуляторами). Объект питается только от ветроэнергетической установки.

Ветрогенератор (с аккумуляторами) и резервный дизель- (бензо-) генератор. В случае отсутствия ветра и разряде аккумуляторных батарей происходит автоматический запуск резервного генератора.Ветрогенератор (без аккумуляторов) и коммутация с сетью. Общественная электросеть используется вместо аккумуляторных батарей – в неё уходит вся выработанная электроэнергия и из неё потребляется. Вы платите только за разницу между выработанной и потреблённой электроэнергией. Такая схема работы пока-что не разрешена в Украине и во многих других странах.

Гибридная автономная система – солнце-ветер Возможно подключение солнечных фотомодулей к ветрогенераторной системе через гибридный контроллер или с помощью отдельного контроллера для солнечных систем.

Возможно установить два и более генератора, инвертора и комплекта аккумуляторов для увеличения мощности системы.В зависимости от пожеланий и особенностей местности установки возможна комплектация не только с ветрогенератором малой мощности.

Ветрогенератор (с аккумуляторами) и коммутация с сетью. АВР позволяет переключить питание объекта при отсутствии ветра и полном разряде аккумуляторов на электросеть. Эта же схема может использоваться и наоборот – ветрогенератор, как резервный источник питания. В этом случае АВР переключает вас на аккумуляторные батареи ветрогенератора при потере питания от электросети.

АККУМУЛЯТОРНЫЕ БАТАРЕИ

Аккумуляторные батареи накапливают электроэнергию для использования в безветренные часы, они выравнивают и стабилизируют выходящее напряжение из генератора. Благодаря им вы получаете стабильное напряжение без перебоев даже при порывистом ветре. Для ветроэнергетического комплекса компания ENERCOM применяет наиболее подходящие для работы в комплексе с восполняемыми источниками энергии долговечные необслуживаемые герметизированные гелиевые аккумуляторы SSK Group.

Необслуживаемые герметизированные аккумуляторы 12V серии GV.

Необслуживаемые герметизированные аккумуляторы с рекомбинацией газа с намазными положительными пластинами предназначены для системы резервного энергопитания объекта. Аккумуляторы отличаются длительным сроком службы (до 12 лет) и могут применяться в циклическом и буферном режиме работы. Применение аккумуляторов этой марки широко распространено во всем мире, они надежны и высокоэффективны, экологически и взрывобезопасны, допускается вертикальная и горизонтальная установка.

Технические характеристики:

• Необслуживаемый, стационарный свинцово-кислотный аккумулятор.
• Номинальное напряжение 12V.
•  Положительные и отрицательные пластины изготовлены из свинцово-кальциевого сплава. Аккумуляторы выполнены по технологии AGM, электролит абсорбирован в сепараторе из стекловолокна.
•  Крышка и корпус из негорючего ABS пластика.
• Борны с элементами латуни обеспечивают высокую электропроводность.
•  Срок службы до 12 лет

Необслуживаемые герметизированные аккумуляторы 12V серии GS.

Необслуживаемые герметизированные аккумуляторы с рекомбинацией с намазными положительными пластинами предназначены для системы резервного энергопитания объекта. Аккумуляторы отличаются длительным сроком службы (до 15 лет) и могут применяться в циклическом и буферном режиме работы.

Основные преимущества:

• высокая надежность и эффективность работы;
•  необслуживаемые;
• длительный срок службы;
• экологически защищенные и взрывобезопасны;
• допускается вертикальная и горизонтальная установка;
• фронтальное расположение борнов

Технические характеристики:
Необслуживаемый, стационарный свинцово-кислотный аккумулятор

• Номинальное напряжение 12V .
• Положительные и отрицательные пластины изготовлены из свинцово-кальциевого сплава. Аккумуляторы выполнены по технологии AGM, электролит абсорбирован на сепараторе из стекловолокна.
• Крышка и корпус изготовлены из негорючего ABS пластика.
• Борны с элементами латуни обеспечивают высокую электропроводность.
•  Срок службы до 15 лет.

Необслуживаемые герметизированные аккумуляторы 12V серии GP технологии GEL

Не обслуживаемые с рекомбинацией газа свинцово-кислотные гелиевые аккумуляторы серии GEL с положительными пластинами в панцирном исполнении предназначены для системы резервного энергопитания объекта. Аккумуляторы отличаются длительным сроком службы (до 15 лет) и могут применяться в циклическом и буферном режиме работы.
Особенности:

• свинцово-кислотный аккумулятор с электролитом в форме геля;
• высокая надёжность и эффективность работы;
• не обслуживаемые;
• экологически и взрывобезопасны;
•  не требуют дополнительной вентиляции;
• допускается вертикальная и горизонтальная установка.

Технические характеристики:

• Не обслуживаемый, стационарный свинцово-кислотный аккумулятор Номинальное напряжение 12V
•  Положительный электрод выполнен по панцирной технологии из свинцово-кальциевого сплава.
•  Отрицательный электрод выполнен из плоской пластины намазного типа из свинцово-кальциевого сплава.
• Корпус и крышка произведены из негорючего ударопрочного ABS пластика.
• Борны из свинца с латунными вставками для улучшения проводимости и механической прочности соединения между элементами.
•  Сепаратор состоит из микропористого, рифленого материалов.
• Электролит представляет собой водный раствор серной кислоты в гелеобразном состоянии.
• Предохранительный клапан оборудован пламегасителем.

Дистанционное управление и мониторинг ветрогенераторов

ОБЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Согласно недавнему исследованию Ребекки Линдси и ЛуЭнн Далман, среднемировая температура увеличилась на 2°C за почти 150 лет, что в будущем может привести к катастрофическим последствиям. Мир движется вперёд, повышаются темпы развития инфраструктуры и потребления, а вместе с тем резко возрастает воздействие человека на окружающую среду. Несмотря на это, человечество пытается бороться с экологическим кризисом различными методами: например, повышением эффективности энергопотребления, а также обращением к «зеленой» энергии, получаемой от солнца, воды или ветра.

ПРОБЛЕМА

Энергия ветра — одно из наиболее важных решений в сфере возобновляемой энергии. Как правило, ветроэлектростанции расположены вдали от цивилизации, в отдалённых регионах — в холмистой местности, на морском побережье. Подобные виды местности выбираются потому, что прибыльной ветроэнергетика становится лишь в условиях, позволяющих получить максимальное количество ветра в течение года. Тем не менее, более суровая среда предполагает использование более сложных ветрогенераторов, обычно состоящих из башен, лопастей, ступиц и гондол. Для обеспечения контроля над всеми частями ветрогенератора компании устанавливают контроллеры возле башни. Контроллер ветрогенератора, как и ПЛК –мозг любого ветрогенератора, обеспечивающий контроль над системой в целом, возможность формирования отчётов и мониторинга. Генератор необходимо контролировать и программировать; без контроллера он не смог бы работать корректно. По этой причине контроллеры должны быть подсоединены к единой системе дистанционного мониторинга, отчётности о производстве электроэнергии, контроля параметров и диагностического технического обслуживания. Основная проблема заключается в обеспечении надёжного и безопасного подключения к интернету из-за удалённого расположения ветроэлектростанций.

РЕШЕНИЕ

На схеме соединений представлено всё решение в целом: ветрогенератор генерирует энергию, передаваемую на подстанцию для дальнейшей передачи. Управление и мониторинг полностью осуществляются через контроллер ветрогенератора, подключённый к TRB145 – маленькому, но мощному шлюзу 4G LTE от Teltonika Networks. Устройство обеспечивает надёжное и стабильное подключение к интернету и служит шлюзом между контроллером и центром управления, где осуществляется мониторинг и управление. Промышленный шлюз TRB145 — идеальный выбор для данного варианта использования, не только благодаря интерфейсу RS485 с поддержкой Modbus RTU, но также благодаря RutOS с её расширенными возможностями, такими как OpenVPN, Firewall, IPsec. Кроме того, возможен мониторинг и управление данным шлюзом через RMS – систему удалённого управления, которая, помимо прочих преимуществ, позволяет направлять отчёты о состоянии и генерировать SMS-уведомления либо уведомления по электронной почте.

СХЕМА СОЕДИНЕНИЙ

ПРЕИМУЩЕСТВА

• Лёгкость управления – можно настроить и дистанционно управлять бесконечным числом TRB145, подключённых к ветрогенераторам, использующих RMS.
• Энергопотребление – поскольку ветрогенераторы производят энергию, все устройства должны быть энергосберегающими, а TRB145 при передаче данных потребляет не более 2 Ватт мощности.
• Прочная конструкция – диапазон рабочих температур TRB145, как и всех остальных маршрутизаторов и шлюзов от Teltonika, широкий: от -40°C дo 75°C, что обязательно для расположенных на открытом воздухе решений.
• Размер – TRB145 — очень маленький шлюз, подходящий для установки в небольших шкафах.

ПОЧЕМУ Teltonika Networks?

Teltonika — надёжный партнер на рынке промышленного IoT уже более 20 лет. За это время мы накопили опыт подключения в критически важных системах, позволяющий нашей компании производить надёжные, безопасные и вместе с тем простые в использовании продукты. Мы разработали TRB исходя из той же концепции и с акцентом на те же характеристики, что сделало его одним из лучших промышленных сотовых шлюзов на рынке. В паре с Teltonika RMS данное устройство — идеальный выбор для подключения ветроэлектростанций к интернету.

Типы ветрогенераторов | Atmosfera™. Альтернативные источники энергии. Солнце. Ветер. Вода. Земля.

Ветроэлектроустановки (ВЭУ) преобразуют кинетическую энергию ветра в электрическую с помощью генератора в процессе вращения ротора. Лопасти ветряков используются подобно пропеллеру самолета для вращения центральной ступицы, подсоединенной через коробку передач к электрическому генератору. По своей конструкции генератор ВЭУ напоминает генераторы, используемые в электростанциях, работающих за счет сжигания ископаемого топлива. Существуют два основных типа ветрогенераторов.

Горизонтальные

Вертикальные

Ветрогенератор с горизонтальной осью вращения, имеет две или три лопасти, установленные на вершине башни, — наиболее распространенный тип ветроустановок ВЭУ. У турбин с горизонтальной осью вращения ведущий вал ротора расположен горизонтально. В рабочем состоянии относительно направления воздушного потока ротор турбины может находиться перед опорой — так называемый наветренный ротор или за опорой — подветренный ротор. Чаще всего турбины с горизонтальной осью вращения имеют две или три лопасти, хотя есть и модели с большим числом лопастей. Последние ветряки представляют собой диск с большим количеством лопастей. Они получили название «монолитных» установок. Такие установки используются в первую очередь в качестве водяных насосов. В отличие от них площадь ротора турбины с малым количеством лопастей (две-три) не является сплошной. Эти турбины относят к «немонолитным» установкам. Для наиболее эффективной работы ветряка его лопасти должны максимально взаимодействовать с ветровым потоком, проходящим через площадь вращения ротора. Ветряки с большим количеством лопастей обычно работают при низких скоростях вращения. В то время как установки с двумя или тремя лопастями должны вращаться с очень высокой скоростью, чтобы максимально «охватить» ветровые потоки, проходящие через площадь ротора. Теоретически, чем больше лопастей у ротора, тем эффективней должна быть его работа. Однако, ветряки с большим количеством лопастей менее эффективны, чем ветрогенераторы с двумя или тремя лопастями, так как лопасти создают помехи друг другу. У ветряков с вертикальной осью вращения (Н-образные) ведущий вал ротора расположен вертикально. Лопасти такой турбины — длинные, обычно дугообразные. Они прикреплены к верхней и нижней частям башни. Благодаря вертикальному расположению ведущего вала ротора Н-образные турбины, в отличие от турбин с горизонтальной осью вращения, «захватывают» ветер, дующий в любом направлении, и для этого им не нужно менять положение ротора при изменении направления ветровых потоков. Несмотря на свое внешнее различие, ветряки с вертикальной и горизонтальной осями вращения представляют собой похожие системы. Кинетическая энергия ветра, получаемая при взаимодействии воздушных потоков с лопастями ветряка, через систему трансмиссии передается на электрический генератор. Благодаря трансмиссии генератор может работать эффективно при различных скоростях ветра. По способу взаимодействия с ветром ветряки делятся на установки с жестко закрепленными лопастями без регулирования и на агрегаты, у которых лопасти сделаны с изменяющимся углом. Обе конструкции имеют преимущества и недостатки. Ветряки, у которых лопасти сделаны с изменяющимся углом, имеют более высокую эффективность использования ветра и, соответственно, они вырабатывают больше электроэнергии. В то же время, эти ветряки должны быть оснащены специальными подшипниками, которые, исходя из имеющегося уже опыта, часто являются причиной поломок агрегатов. Турбины с жестко закрепленными лопастями более просты в обслуживании, однако их эффективность использования ветрового потока ниже.

5V Портативная ветряная турбина | Детальный проект с руководящими принципами

Этот проект связан с проектированием и разработкой портативной ветряной турбины, способной вырабатывать электричество из кинетической энергии ветра. Для схемы требуется двигатель постоянного тока, лопасти вентилятора или пропеллер, повышающий преобразователь постоянного тока в постоянный и энергия ветра для выработки выходного напряжения 5 В постоянного тока.

Производство ветровой энергии — это довольно простой процесс, в котором из обычного миниатюрного двигателя постоянного тока создается очень простой ветрогенератор.Миниатюрный двигатель постоянного тока, такой как RF-300FA-12350, легко доступен на рынке, но его также можно извлечь из старого привода / проигрывателя CD / DVD (см. Рис. 1).

Рис. 1: Миниатюрный двигатель постоянного тока Рис. 2: Лопасти / гребной винт ветряной турбины Рис. 3: Повышающий преобразователь постоянного тока в постоянный Рис. 4: Принципиальная схема для получения 5 В от переносной ветряной турбины

Небольшой пропеллер или лопасти вентилятора могут быть установлены непосредственно на валу двигателя. Обратите внимание, что электродвигатель вырабатывает постоянный ток, и поэтому никаких схем преобразования переменного тока в постоянный не требуется, кроме диода защиты полярности.Фактически, диод защиты полярности также не требуется, поскольку пропеллер вращается только в одном направлении (против часовой стрелки) в этой модели из-за уникальной конструкции пластиковых лопастей / пропеллера ветряной турбины.

Доступны компактные и легкие пластиковые лопасти / гребные винты вентилятора. В этом проекте используется обычный трехопорный пластиковый пропеллер (показанный на рис. 2).

Поскольку в качестве роторного двигателя используется миниатюрный двигатель постоянного тока, на выходе доступно лишь небольшое количество постоянного тока (максимум от трех до пяти вольт).Таким образом, для обеспечения стабильного выходного напряжения 5 В постоянного тока требуется схема повышающего преобразователя постоянного тока. Для этого может использоваться любая самодельная / готовая схема повышающего преобразователя постоянного тока в постоянный, однако готовый модуль повышающего преобразователя постоянного тока на основе метода частотно-импульсной модуляции (ЧИМ) со стандартным выходным портом USB, как показано на Рис. 3 является предпочтительным.

Если доступно входное напряжение от 0,9 В до 5 В постоянного тока, этот модуль выдает стабильный выходной сигнал 5 В постоянного тока через разъем USB с эффективностью преобразования до 96 процентов.

Схема и рабочая

Как показано на рис. 4, схема построена на основе двигателя постоянного тока, диода Шоттки 1N5817 и модуля повышающего преобразователя постоянного тока. Работа этого небольшого модуля повышающего преобразователя постоянного тока основана на методе частотно-импульсной модуляции (ЧИМ).

Преобразователь ЧИМ представляет собой альтернативную архитектуру преобразователя питания постоянного тока в постоянный, в которой используются тактовые генераторы переменной частоты для управления переключателями мощности и передачи энергии от входа к выходу. Поскольку частота управляющего сигнала напрямую регулируется для регулирования выходного напряжения, эта архитектура называется ЧИМ.Преобразователь постоянного тока в постоянный с постоянным временем включения или постоянным временем отключения является типичным примером этой архитектуры.

На принципиальной схеме отрицательная клемма (черный провод) двигателя постоянного тока M1 рассматривается как положительная выходная клемма, подключенная к модулю PFM (плата 1) через диод защиты полярности 1N5817 (D1), поскольку двигатель вращается в противоположном направлении. по часовой стрелке. Модуль PFM подключается через буферный конденсатор (C1) для получения стандартного USB-выхода 5 В постоянного тока через разъем USB (A-типа).

Конструкция переносной ветряной турбины

Односторонняя печатная плата реального размера для вывода 5 В от портативной ветряной турбины показана на рис. 5, а компоновка компонентов — на рис. 6.

Рис. 5: Односторонняя печатная плата фактического размера для вывода 5 В от портативной ветряной турбины 6: Компоновка компонентов печатной платы Рис. 7: Предлагаемая установка переносной ветряной турбины

Загрузите PDF-файлы печатной платы и компоновки компонентов: Щелкните здесь

Хороший воздушный поток необходим для правильной работы контура.Вы можете использовать обычный электрический вентилятор (или настольный вентилятор) или электрический нагнетатель воздуха в качестве источника энергии ветра для целей тестирования. Убедитесь, что воздушный поток от источника ветра падает прямо на переднюю часть гребного винта. Пропеллер должен вращаться с высокой скоростью (против часовой стрелки), чтобы получить более высокую мощность.

Требуется жесткое крепление для ветряной турбины. Для этого вы можете закрепить двигатель на ПВХ / металлической трубе подходящего размера и прикрепить его к опоре основания, как показано на рис. 7. Опора основания может быть диском малого диаметра из дерева или металла.Подключите модуль PFM к цепи на CON1, поместите их в подходящий шкаф и поместите внутри основания таким образом, чтобы вы могли легко получить доступ к USB-порту.

Затем проложите провода от двигателя постоянного тока через трубу к основанию и подключите провода к цепи в точке M1. Поверните пропеллер к источнику ветра. Теперь вы готовы к выходу 5 В постоянного тока через разъем USB. Этот выход также можно использовать для зарядки вашего мобильного телефона.

Осторожно! Вращающиеся лезвия острые и при неправильном обращении могут привести к серьезным травмам.

Т.К. Хариендран — любитель электроники, внештатный технический писатель и схемотехник

Малая ветряная турбина для дома

Электрическая энергия необходима каждому, мы пытаемся получить неограниченное количество электроэнергии, не тратя денег. Вот простая конструкция, предлагаемая в виде небольшой ветряной турбины для домашнего использования или с низким энергопотреблением, она требует низких начальных затрат и дает наилучшую отдачу с точки зрения электроэнергия.

Мы можем использовать эту небольшую схему ветряной турбины и установку для зарядки ноутбука, для зарядки электронных гаджетов или электронных устройств в доме и на окраине.

Конструкция ветряка

Небольшой ветрогенератор 12 В способен производить альтернативную энергию за счет ветра, мостовой выпрямитель и контроллер выпрямляют энергию, поступающую от генератора ветряной турбины, а схема стабилизатор-зарядное устройство помогает аккумулятору 12 В / 4,5 Ач SLA заряжаться, затем повышающий инвертор цепь вырабатывает высокое напряжение переменного тока, достаточное для работы бытовой техники.

Принципиальная схема ветряного генератора

Строительство и работа

Эта небольшая схема ветряной турбины, состоящая из пяти ступеней,

1. Генератор ветряной турбины 12 В / цепь выпрямителя моста
2. Цепь регулятора / зарядного устройства
3. Схема инвертора с использованием микросхемы CD4047
4. Драйверы MOSFET
5. Выходной каскад

Ветрогенератор 12 В

12-вольтная ветряная турбина или ветряная мельница с различным диапазоном мощности, выбор зависит от ваших требований.

Мостовой выпрямитель

Мы знаем, что мостовой выпрямитель преобразует переменный ток в постоянный, и здесь мы использовали диод 1N4007 в качестве элемента мостового выпрямителя, он преобразует энергию ветряной турбины в постоянный ток (DC).

Регулятор / зарядное устройство

Здесь используется регулируемый трехконтактный стабилизатор положительного напряжения LM317, который может выдавать выходное напряжение в диапазоне от 1,25 В до 37 В при номинальном токе более 1,5 А. конечный выход регулятора составляет 12/4.Батарея SLA 5 Ач, эта батарея обеспечивает смещение постоянного тока в цепи инвертора. Выходное напряжение Vout регулятора LM317 можно получить как

.

R2 => R2 + VR1 для данной схемы инвертора.

Схема инвертора с использованием микросхемы CD4047 (импульсный генератор)

Микросхема моностабильного / нестабильного мультивибратора CD4047 используется здесь для генерации импульса переключения. Эта микросхема работает с низким энергопотреблением и доступна в 14-выводном двухрядном корпусе. Он обеспечивает полный выход колебаний F на выводе 13, 1/2 колебаний на выводе 10 как Q и ​​выводе 11 как Q ’.каждый выходной контакт дает 50% рабочего цикла.

Здесь R => R4 + VR2 и C => C3. используя эту формулу, мы можем получить частотный выход на выводе 13. Для выводов 10 и 11 формула изменяется как f = 1 / 4.4RC.

Драйверы MosFET

IRF540 N-канальный МОП-транзистор от Vishay Siliconeix, используемый в качестве импульсных драйверов для этой схемы инвертора. Он обеспечивает быстрое переключение и обладает высокими рабочими температурными характеристиками (175 ° C).

Выходной каскад

Основной частью ветряного генератора является выходной каскад, здесь трансформатор X1 используется в обратном направлении с характеристиками как первичная обмотка 230 В, 9 В-0-9 В / 1.Трансформатор с ответвлениями вторичной обмотки 5А. MOV (Металлооксидный варистор) защищает электронное устройство, подключенное к выходу.

Выходное напряжение ветряного генератора напрямую подается в цепь положительного регулятора LM317, и оно настраивается на выходное напряжение 12 В и аккумулятор, подключенный к этому смещению через диод Шоттки (3 А, 50 В).

Микросхема CD4047 подключена и настроена как нестабильный мультивибратор. Когда мы включаем переключатель SPST, эта схема начинает колебаться. Выходы Q и Q ’напрямую подаются на импульсный МОП-транзистор IRF540 и управляет вторичной обмоткой трансформатора X1, при этом ток протекает определенной продолжительности, а не определенной продолжительности.Таким образом, изменение индукции электромагнита и катушки первичной обмотки производит ЭДС, следовательно, мы получаем на выходе переменный ток. Зависит от количества обмоток и частоты коммутации выходное напряжение / частота варьируются.

Примечание: —

* H Осторожно, высокое напряжение! Эта схема задействует ручку высокого напряжения с особой осторожностью.

* Обращайтесь с ветряным генератором и лопастями ротора в соответствии с инструкциями производителя.

Ветрогенератор — обзор

9.3.1 Водяные насосные системы

Водные насосные системы представляют собой особый тип WHPS. Эти системы используют энергию ветра для подачи энергии на валу, которая используется непосредственно для перекачки воды или для выработки электроэнергии для привода электрического насоса. Ветряные водяные насосы использовались на протяжении многих веков в таких странах, как Нидерланды; даже сегодня большое количество этих устройств используется в удаленных местах.

Водонасосные системы могут применяться на обширных территориях лучше, чем системы поверхностного водоснабжения, основанные на больших ирригационных плотинах.Из-за большого количества воды, необходимой для орошения, энергия ветра редко используется для орошения сельскохозяйственных культур. Однако более крупные и более эффективные ветряные турбины способны вырабатывать достаточно электроэнергии для использования в ирригационных проектах (Gipe, 1993; Gasch and Twele, 2002).

В развивающихся странах, где многие регионы не подключены к электросети, энергия ветра может применяться для выработки механической энергии или электроэнергии для перекачивания воды с небольших глубин. Солнечная энергия и обычные дизельные двигатели также могут быть рассмотрены для улучшения водоснабжения, хотя в случае дизельных двигателей (используемых для привода электродвигателей) важно учитывать запас топлива (Gipe, 1993; Gasch and Twele, 2002).

Большое количество лопастей использовалось в старых роторах с низким передаточным числом для водяных насосов, а также в тех случаях, когда требовался высокий пусковой крутящий момент. Современные роторы с высоким передаточным числом для выработки электроэнергии имеют только две или три лопасти. Количество лопастей ротора косвенно связано с отношением скорости конца лопасти λ, которое является радиосвязью между скоростью конца лопасти и скоростью ветра (Manwell и др. , 2002):

9,1λ = ωRv

, где ω (с ^-1 ) — частота вращения, R (м) — радиус аэродинамического ротора и v (м с ^-1 ) — скорость ветра.

Преобразование ветровой энергии в гидравлическую с помощью ветряной насосной системы может быть произведено, если скорость ветра больше 2,5–3,0 м с ^–1 , с коэффициентом мощности более 45% (т. Е. Отношение фактических мощность ветряной турбины в течение определенного периода времени и ее мощность, если она все время работала с полной номинальной мощностью). Можно использовать ветровую насосную систему, если уровень воды в водохранилище существенно не меняется, и если также можно хранить воду на три дня или одну неделю, чтобы учесть безветренные дни.Для работы механического привода для перекачивания воды ветряная турбина должна быть размещена рядом с резервуаром для воды, а основные части системы должны быть защищены от погодных условий. В случае ветряных турбин, которые подают электроэнергию для перекачивания воды, ветряную турбину можно разместить далеко от резервуара с водой, чтобы максимизировать преобразование энергии ветра.

Можно выделить четыре типа ветровой откачки: сельское водоснабжение, ирригация, водоснабжение животноводства и дренаж.Ветряные турбины с прямым механическим соединением — наиболее распространенный метод перекачки воды на пахотные земли и домашний скот. Многие более современные ветряные турбины имеют электрическую связь, при этом водяной насос подключен к ветровой турбине через соединение двигателя-генератора. Типичный ветряной насос изображен на рис. 9.1.

9.1. Система ветрового насоса и резервуар для хранения. Хранение необходимо для обеспечения водой в безветренный период (Aermotor Windmill Company, Inc.).

В настоящее время существует три типа ветроэнергетических систем для перекачивания воды: два используют механическую энергию для перекачивания воды, а третий преобразует энергию ветра в электрическую (Gasch and Twele, 2002):

•

Механический (поршневой) насос).Эта система преобразует вращающуюся энергию ветра в вертикальное движение, используя змеевик и поршневой насос для подъема воды.

•

Механический (эрлифтный насос). Эта система использует энергию ветра для зарядки компрессора, который нагнетает воздух для подъема воды.

•

Электронасос. Электрическая насосная система направляет генерируемую энергию непосредственно в водяной насос и / или в аккумуляторную систему.

Конструкция системы зависит от конкретных потребностей в энергии, от того, требуется ли аккумуляторная система хранения, и от количества ветра, доступного на площадке.Гибридные ветряные / солнечные / традиционные системы рассматриваются, когда ветровые ресурсы недоступны в течение нескольких месяцев в году (например, летом, когда увеличивается потребность в воде). Новые спиральные насосные системы могут питаться либо от солнечно-фотоэлектрической (PV) энергии, либо от энергии ветра и поддерживаться дизельной или аккумуляторной системой. Винтовой насос (поршневой насос прямого вытеснения) должен обеспечивать более высокие скорости потока на большей глубине откачки при меньших потребностях в мощности, чем центробежный насос (насос большого объема). Еще один аспект, который следует учитывать при выборе системы, заключается в том, что на батареи могут приходиться более 20% общих капитальных вложений.

Чтобы оценить размер ветряной турбины, необходимой для перекачивания воды, необходимо учитывать три основных параметра: напор насоса (H м), требуемый расход воды (Q м ³ с ⁻¹ ) и средняя скорость ветра (v¯.m s ⁻¹ ) для данной местности. Фактическая передаваемая мощность ротора должна равняться требуемой гидравлической мощности, а именно:

9,2Cpηm12ρairAv¯3 = ρwgHQ

, где C _p — коэффициент полезного действия или эффективность преобразования ветра ротора, η _м — механический КПД ветрового насоса, ρ _воздух — плотность воздуха (принята равной 1.15 кг · м ⁻³ ), A (m ² ) — площадь ротора, ρ _w — плотность воды (принята равной 1000 кг · м ⁻³ ) и г. (м с ⁻² ) — ускорение свободного падения. Площадь ротора может быть выражена как:

9,3A = 1000 кгм − 310HQ0,58 кгм − 3Cpηmv¯3

, а диаметр ротора D получается из

9,4D = 4Aπ

. расход воды, напор насоса и скорость ветра будут меняться в течение года; поэтому удобно оценивать среднее значение каждой переменной для каждого месяца (Omer, 2008).Электрическая мощность различных водяных насосов представлена ​​на рис. 9.2.

9.2. Оптимальные энергетические характеристики небольшой ветряной турбины по сравнению с потребляемой мощностью поршневого насоса и центробежного насоса.

Сравнение рабочих характеристик винтовых и центробежных водяных насосов с характеристиками мощности высокоскоростной ветряной турбины показывает, что рабочие характеристики водяного насоса могут быть легче согласованы с характеристиками мощности ветрового ротора, если вода насос центробежный (рис.9.2). Причина проста в том, что характеристики двух «машин с потоком жидкости», ветряного ротора и центробежного насоса, лучше совпадают (Hau, 2006). Хотя электрическая передача энергии от ветряной турбины к водяному насосу включает в себя двойное преобразование энергии с соответствующими потерями в общей сложности около 30%, в большинстве случаев эти потери более чем компенсируются оптимальным размещением ветряной турбины (Hau, 2006). .

Электрические водяные насосы, которые подключаются к розетке с использованием переменного тока (AC), как правило, не рассчитаны на очень эффективную работу, потому что нет контроля над количеством подаваемой электроэнергии, и двигатели переменного тока должны работать с полной номинальной мощностью, чтобы работать эффективно.Системы ветряных насосов предназначены для использования постоянного тока (DC), обеспечиваемого ветряной турбиной, хотя в некоторых более новых версиях используется двигатель переменного тока с переменной частотой и контроллер трехфазного насоса переменного тока, который позволяет им питаться напрямую от ветряных турбин. Поскольку ветряные турбины дороги, а их выработка энергии может варьироваться, ветряные насосные системы должны быть как можно более эффективными; то есть они должны максимизировать общее количество литров воды, перекачиваемой на ватт потребляемой электроэнергии. Они также должны быть способны перекачивать в условиях низкой скорости ветра.

Чтобы удовлетворить эти требования, производителям насосов потребовалось изменить конструкцию водяных насосов. В большинстве обычных насосов переменного тока используется центробежная крыльчатка, которая «приводит» воду в движение. Многоступенчатый центробежный насос имеет ряд установленных друг на друга рабочих колес и камер. При работе на малой мощности количество воды, перекачиваемой центробежными насосами, резко падает. Это ограничивает использование центробежных насосов в солнечных батареях (хотя доступны и эффективные центробежные насосы). Многие разработчики водяных насосов прибегли к использованию поршневых насосов прямого вытеснения, которые нагнетают воду в камеру, а затем вытесняют ее с помощью поршня или винтового винта.Как правило, они перекачивают медленнее, чем другие типы насосов, но обладают хорошими характеристиками в условиях малой мощности и могут достигать высокого подъема. Доступны как погружные (с оставшимся под водой насос), так и поверхностные насосы. Поверхностные насосы менее дороги, чем погружные, но они плохо подходят для всасывания и могут забирать воду только с высоты примерно 6 метров по вертикали. Поверхностные насосы отлично подходят для перекачивания воды на большие расстояния. В некоторых случаях оба типа насосов используются в одной и той же системе, когда напор насоса превышает 6 м, а вода перекачивается на большие расстояния.

Во многих странах мира, таких как Индия, Китай, Австралия, Греция и Египет, реализуются программы по откачке воды с использованием энергии ветра. Соединенные Штаты осуществили одну из важнейших программ в этой области. В сентябре 2004 года Р. Нолан Кларк и Брайан Д. Вик из Службы сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США (Бушленд, Техас) начали исследовательский проект под названием «Удаленная перекачка воды и выработка электроэнергии с использованием возобновляемых источников энергии». Одна из основных целей проекта заключалась в разработке и оценке автономных ветроэнергетических водонасосных систем для орошения, животноводства и фермерских хозяйств путем разработки инверторных и выпрямительных контроллеров размером с ферму для увеличения количества полезной энергии, доступной для насоса. , а также путем разработки стратегий управления, которые определяют приоритеты и распределяют электроэнергию по нескольким нагрузкам (например, насосам, водонагревателям, батареям и нагрузкам балансира).Проект был закрыт в конце августа 2009 г. (Clark and Vick, 2009).

Устранение неисправностей ветряных турбин — передовые решения в области турбин и энергетики

Турбина вращается очень быстро и шумно, но не подает электрический ток на батареи.

Возможные причины:

Турбина может работать в ненагруженном состоянии, что означает, что цепь от турбины до батарей не завершена. В этой ситуации турбина вращается свободно, и турбина может генерировать более высокие напряжения, чем ожидалось, от выходных кабелей турбины.Убедитесь, что все соединения от турбины через переключатель пуска / останова к батареям правильные. Если на турбину установлен предохранитель или автоматический выключатель, убедитесь, что он правильно замыкает цепь. Никогда не оставляйте турбину работать без нагрузки, так как это может привести к повреждению турбины при сильном ветре.

Турбина могла иметь неисправность внутренней проводки, которая привела к разрыву цепи. В этой ситуации турбина вращается свободно, но на выходных кабелях турбины нельзя будет измерить напряжение.Если присутствует внутренняя неисправность, обратитесь к своему дилеру или в компанию Leading Edge Turbines для получения дополнительных рекомендаций.

Вернуться к началу

Турбина работает нормально, но электрическая мощность кажется низкой.

Возможные причины:

Есть много причин, по которым турбина может демонстрировать мощность ниже ожидаемой. Эти причины могут быть связаны с турбулентностью, ошибочными измерениями, типом и состоянием батареи.

Турбулентность — это наиболее частая причина, по которой турбины не работают в соответствии со своими техническими характеристиками.Турбинам требуется чистый нетурбулентный ламинарный поток воздуха, чтобы работать с максимальной производительностью. Это означает, что турбины необходимо тщательно размещать, чтобы избежать зон турбулентности — к сожалению, это не всегда возможно, и необходимо идти на компромиссы. Пожалуйста, ознакомьтесь с нашей базой знаний для получения информации о том, как разместить турбину с максимальной производительностью. Турбулентность, создаваемая деревьями, строениями и общей топографией, будет создавать вихревые токи на ветру, которые серьезно снижают эффективность турбин.Как правило, турбину следует размещать на башне как можно выше над любыми местными особенностями рельефа.

Убедитесь, что установлены кабели правильного минимального и максимального сечения (согласно руководству пользователя). Использование слишком маленького кабеля может привести к падению напряжения, особенно в системе 12 В. В качестве альтернативы, использование кабеля большего размера, чем рекомендуемый размер, может привести к остановке или полузагрузке турбины, что снизит производительность.

Во время работы турбинный генератор становится теплым и даже горячим, особенно во время сильного ветра.Когда это происходит, сопротивление катушек генератора переменного тока резко возрастает, что приводит к резкому падению эффективности генератора. Это влияет на общую мощность турбины. Производительность упадет после того, как турбина нагреется из-за продолжительной работы на высоких оборотах.

Различные аккумуляторные технологии имеют разную скорость поглощения энергии ветровой турбины. Батареи будут потреблять всю возможную мощность от ветряной турбины, пока не достигнут своего предела поглощения.Как правило, можно добавить батареи большей емкости, чтобы увеличить скорость, с которой они могут потреблять энергию. Возраст и состояние батарей также будут влиять на скорость, с которой батареи могут потреблять энергию — старые батареи или батареи в плохом состоянии не будут потреблять такой же уровень мощности от турбины, как новые батареи в хорошем состоянии.

Номинальное напряжение батареи может сильно различаться. Например, аккумуляторная система на 12 В будет работать от 11,5 до 15,0 В. Когда турбина работает на 100 Вт, это будет равно 8.7 ампер, когда батареи на 11,5 вольт, но те же 100 ватт равняются только 6,66 ваттам, когда батареи на 15 вольт. При использовании устройства измерения тока, такого как амперметр, показания тока должны сравниваться с показаниями напряжения, чтобы рассчитать точную выходную мощность.

Ошибки измерения могут легко возникнуть при измерении как ветровой, так и выходной мощности турбины. Например, в морских приложениях измерение скорости ветра часто производится на вершине мачты, которая будет примерно на 10 м выше высоты ветряной турбины.Измеренные скорости ветра на этой высоте будут намного выше, чем скорости ветра, испытываемые турбиной. Это может привести к предположению, что турбина не работает при любой заданной скорости ветра. Кроме того, токовые шунты часто используются в низковольтных системах постоянного тока из-за протекающих токов. Убедитесь, что для точных показаний тока используются высококачественные шунты.

В начало

Определение и объяснение концепций ветряных турбин

На этой странице мы пытаемся дать краткое введение в основные концепции проектирования и изготовления ветряных турбин.

| Сайт | Башня | Анемометры | Генераторы и генераторы | Скорость включения | Генератор переменного тока |

| Дизайн и резьба ротора | Закрутка и остановка | Регулирование | Кольца скольжения | Дальнейшее чтение |

С чего начать ???

Во-первых, сделайте домашнее задание! Зачем изобретать колесо заново, если можно учиться на успехах и неудачах других? Доступно множество полезных книг, веб-сайтов и планов. Ознакомьтесь с нашим списком рекомендованной литературы ЗДЕСЬ.

Во-первых, выясните, какого размера ветрогенератор вы хотите использовать, будь то коммерческий или самодельный.2, где Pi равно 3,1415, а r — радиус вашей опоры. Доступная мощность ветра резко возрастает с увеличением площади охвата … но вместе с тем увеличивается и нагрузка на ваши лопасти, башню, подшипники, хвостовую часть. Большее напряжение означает, что требуются более сильные инженерные решения и материалы, а также гораздо более крупный, сложный и дорогостоящий проект.

Участок

• Местоположение — Сначала определите направление, с которого обычно дуют преобладающие ветры в вашем районе. Вы можете определить это, наблюдая во время урагана или глядя на деревья рядом с вашим участком.Все деревья, наклоненные в одном направлении и имеющие ветви в основном на одной стороне ствола, являются хорошим индикатором преобладающей скорости и направления ветра. Иногда эту информацию вам могут предоставить местные аэропорты и метеостанции. Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии в Голдене, штат Колорадо, бесплатно публикует в Интернете отличный Атлас ресурсов ветроэнергетики США. Здесь тоже может быть полезен каротажный анемометр, который также регистрирует направление ветра, хотя и стоит дорого.
• Высота: Полет ветрогенератора близко к земле — все равно что устанавливать солнечные батареи в тени! Ваш ветрогенератор должен быть расположен на высоте не менее 30 футов над любым препятствием в пределах 300 футов в любом направлении — многие источники рекомендуют даже больше.Короткие башни в турбулентных местах вызывают резкое снижение выходной мощности и экстремальные физические нагрузки на турбину и башню.
• Расстояние: Расстояние между вашим ветрогенератором и вашими батареями также может быть проблемой — чем ближе, тем лучше, чтобы избежать потерь в длинных проводах и сохранить требуемый размер провода до разумной толщины и стоимости. Системы на 12 В являются худшими с точки зрения потерь при передаче электроэнергии — в конечном итоге вам понадобится очень толстый провод. Аккумуляторная батарея на 24 или 48 В может сэкономить большие деньги на проводе!

Башня

Посетите нашу страницу БАШНЕЙ, чтобы узнать о некоторых домашних решениях, которые дешевы и просты в изготовлении, а также множество деталей и изображений.Также есть много информации о башнях, обсуждений и изображений, доступных через Searching the Otherpower для обсуждения «башен».

• Ваша башня должна быть чрезвычайно прочной, хорошо закрепленной и достаточно высокой, чтобы преодолевать препятствия. Мы видели 1,5-дюймовую стальную трубу, изгибающуюся как трубоочиститель при скорости ветра 50 миль в час, под ветряной машиной с 8-футовым ротором. Некоторые рекомендации по ветроэнергетике советуют планировать как минимум столько же затрат на башню и силовую проводку, сколько на сам ветрогенератор!
• Любишь лазать? Двумя основными типами опор являются подъемно-поворотные и стационарные.Стационарная вышка — самая прочная и беспроблемная, но для установки, обслуживания или снятия ветряной машины вам придется подняться на нее. Для установки часто используется кран, а это дорогое решение, хотя вы можете сделать это самостоятельно, взобравшись на башню и перемещая по ней столб для джина по мере добавления каждой новой секции. Если скалолазание вам не нравится, попробуйте наклониться вверх. После этого все операции по техническому обслуживанию можно выполнять, стоя на твердой земле.
• Крепление на крышу? Мы настоятельно не рекомендуем устанавливать ветрогенератор на крыше.Ветер около крыши очень медленный и турбулентный, и выходная мощность будет резко снижена. Это касается ВСЕХ типов ветряных турбин, не только наших. Опять же, ваша турбина должна быть установлена ​​на высоте не менее 30 футов над всем в пределах 300 футов в любом направлении. Вибрация также является проблемой. Хотя производитель AIR 403 говорит, что он работает, мы воочию наблюдали вибрацию и шум во время урагана на двух разных крышах … это ОЧЕНЬ заметно и раздражает. И имейте в виду, что AIR 403 — очень маленький блок (только 1.3 метра), что дает очень небольшую мощность … мельница большего размера была бы невыносимой и, возможно, опасной для вашего дома. Большинство коммерческих и самодельных ветряных генераторов не издают большого физического шума, но некоторая вибрация неизбежна из-за природы генераторов с постоянными магнитами. Послушайте вибрацию ветряной мельницы Уорда диаметром 7 футов (12-секундный файл .WAV, 140K) и узнайте, почему мы не рекомендуем крепление на крышу! На мельнице Уорда очень тихо; этот аудиоклип был снят с микрофоном, прижатым к стальной мачте, чтобы дать представление о вибрации, которая будет передаваться в ваш дом с помощью крепления на крыше.Жужжащий звук — это вибрация магнитов, проносящихся мимо катушек; лязг из самой секционной башни. Сам ротор мельницы издает очень мало шума.

Анемометры

• Важно знать реальную скорость ветра в любой ветряной установке, коммерческой или самодельной. Это позволяет увидеть, правильно ли работает машина, а чрезвычайно высокая скорость ветра может указывать на то, что вам следует выключить мельницу на время шторма.Если вы планируете инвестировать значительные деньги в ветроэнергетику, каротажный анемометр может помочь вам решить, стоит ли ваш местный ветровой ресурс вложения. Коммерческие анемометры и метеостанции очень дороги, но их можно найти с помощью быстрого поиска в Google … вы также можете попробовать один из вариантов домашнего пивоварения ниже.
• Создайте свой собственный анемометр: Мы построили точный анемометр менее чем за 10 долларов, используя пластиковые пасхальные яйца. Смотрите здесь! Он подсчитывает частоту с помощью простой схемы и может быть адаптирован для использования с компьютерным оборудованием для сбора данных.В другом варианте используется сборный стаканчик и велосипедный спидометр, о нем вы можете прочитать ЗДЕСЬ.
• Комплект анемометра для каротажа: Этот оригинальный комплект из Австралии стоит менее 100 долларов США, включая доставку. Он отслеживает скорость и направление ветра и записывает данные в свою память, включая средние и пиковые значения. И он напрямую подключается к ПК … ваши данные о ветре можно импортировать в реальном времени прямо в электронную таблицу! Смотрите здесь.

Генераторы и генераторы

• Термины — На нашем сайте мы пытаемся использовать термин Генератор для описания машины, вырабатывающей постоянный ток (DC), и использовать термин Alternator для описания машины, вырабатывающей переменный ток (AC). .Однако термин «генератор» также используется в общем для описания любой машины, производящей электричество при вращении вала.
• Опции — Генератор или генератор — это сердце вашей ветряной машины, и он должен иметь правильный размер, чтобы соответствовать вашей рабочей области, а также обеспечивать правильный тип и напряжение мощности, соответствующие вашему применению. К сожалению, нет коммерческих или избыточных продуктов, которые можно было бы легко сопоставить с набором лопастей для строительства ветряной турбины. НАМНОГО практичнее построить собственный генератор переменного тока, чем пытаться адаптировать коммерческий агрегат, который был разработан для совершенно другой цели.Если вы все равно попробуете это сделать, асинхронные двигатели с постоянным магнитом, генераторы постоянного тока, бесщеточные двигатели постоянного тока с постоянным током, автомобильные генераторы переменного тока и асинхронные двигатели — это варианты … но в лучшем случае они являются незначительными исполнителями. Мы подробно рассмотрим различные типы на нашей странице сравнения генераторов и генераторов.
• Приложение — Электроэнергия, генерируемая ветром, может использоваться для зарядки аккумуляторов и для подключения к электросети. Все наши разработки и информация касаются зарядки аккумуляторов в настоящее время, поскольку все мы живем в 12 милях от ближайшей линии электропередач.
• Однофазный и трехфазный — Трехфазный имеет некоторые преимущества перед однофазным в большинстве генераторов переменного тока. В большинстве небольших коммерческих ветряных турбин используются трехфазные генераторы переменного тока, которые затем переключают выход на постоянный ток (постоянный ток) для зарядки аккумуляторов. При создании генератора с нуля однофазный генератор кажется привлекательным, потому что он прост и понятен. 3 фаза на самом деле не сложнее. Для получения некоторых подробностей посмотрите на некоторые из наших более поздних экспериментов с ветряными турбинами по сравнению с некоторыми из более ранних.Переход на 3 фазы позволяет выжимать больше мощности из генератора меньшего размера. Это значительно снижает потери в линии и работает с меньшей вибрацией. Старые однофазные генераторы переменного тока, которые мы заставляли вибрировать намного больше (и производили больше шума), чем трехфазные машины.
• Скорость — Скорость вала является очень важным фактором для всех типов генераторов переменного тока и генераторов. Агрегат должен создавать более высокие напряжения при более низких оборотах, в противном случае он не подходит для использования в ветроэнергетике. Это касается всех силовых агрегатов … даже двигатели, используемые в качестве генераторов и генераторов, должны быть рассчитаны на низкие обороты.По этой же причине автомобильные генераторы не подходят для использования в ветроэнергетике. Для получения более подробной информации см. Нашу страницу «Сравнение генераторов и генераторов».
• Скорость запуска — Это скорость ветра, при которой ротор начинает вращаться. Он должен вращаться плавно и легко, когда вы поворачиваете его вручную, и продолжайте вращаться в течение нескольких секунд. Конструкции, которые «зубчатые» из-за магнитной силы или в которых используются шестерни или шкивы для увеличения скорости вала, будут плохими при запуске. Хорошая конструкция может начать вращаться при скорости ветра 5 миль в час и врезаться в скорость 7 миль в час.
• Скорость включения — Ветрогенератор не начинает подавать энергию в аккумуляторную батарею, пока напряжение генератора или генератора переменного тока не станет выше, чем напряжение аккумуляторной батареи. Более высокая скорость вала означает более высокое напряжение во всех генераторах и генераторах переменного тока, и вы хотите попытаться получить максимально возможную скорость вала при слабом ветре — без ущерба для характеристик при сильном ветре. Большинство коммерческих ветряных генераторов включаются на скорости 8–12 миль в час. Характеристики генератора при низком напряжении, конструкция ротора (лопасти и ступица) и поведение ветра — все это влияет на то, где произойдет включение.
• Регулировка напряжения — В ветряных мельницах с подзарядкой аккумуляторов регулирование напряжения обычно не требуется — до тех пор, пока аккумуляторы не заполнятся. Даже если ваш генератор вырабатывает напряжение холостого хода 90 вольт, аккумуляторная батарея будет поддерживать напряжение системы на своем собственном уровне. После того, как товары будут заполнены, вам нужно будет отправить мощность ветряной мельницы на «самосвальный груз», например, на нагревательный элемент. Это регулирование можно выполнить вручную, просто включив электрический обогреватель, стереосистему или свет.Автоматические системы тоже можно построить или купить.
• Напряжение аккумуляторной батареи — Помимо меньших потерь в линии, системы питания 24 В и 48 В дают другие значительные преимущества в системах ветряных генераторов. Однако прежде всего производитель или покупатель ветряной турбины должен учитывать, что генератор переменного тока должен быть намотан по-разному для разных напряжений в системе.
• Неэффективность — Каждый генератор имеет определенную скорость, с которой он работает наиболее эффективно. Но поскольку ветер непостоянен, мы должны попытаться создать золотую середину.По мере увеличения скорости ветра исходная мощность, поступающая в генератор от ветра, становится больше, чем генератор может эффективно использовать, и становится все более и более неэффективной. Эта мощность теряется в виде тепла в обмотках статора. Генераторы с возбужденными полями могут регулировать магнитный поток внутри для наиболее эффективной работы, но генераторы с постоянными магнитами — нет. Генератор, в котором используется много обмоток из тонкой проволоки, будет иметь лучшие характеристики на низких оборотах, чем генератор с меньшим количеством обмоток из более толстого провода, но с более высоким внутренним сопротивлением.2 * СОПРОТИВЛЕНИЕ = мощность, теряемая в виде тепла в обмотках генератора (в ваттах).

Конструкция генератора

• Факторы — Изготовление генераторов с постоянными магнитами с нуля — это своего рода «черное искусство» — на него влияет множество факторов, некоторые из которых мы попытаемся обсудить ниже. И затем вы должны добавить еще один важный фактор — дизайн лопастей. Мы также обсудим это ниже. Мы не начали строить ветряные мельницы и генераторы переменного тока, выполнив кучу математических расчетов … мы просто вскочили, сделали много ошибок и в конечном итоге пришли к удовлетворительному дизайну, наблюдая за производительностью и изменяя одну переменную за раз.Сложнее всего добиться наилучшего совпадения лопастей и генератора.
• Подшипники — Ключевое слово здесь СИЛЬНО. Помимо того, что они должны выдерживать вибрацию и высокую скорость вращения, на подшипники возникает значительная обратная сила ветра, которая геометрически увеличивается по мере увеличения размера стойки. Вот почему мы перешли на использование в наших конструкциях стандартных ступичных подшипников прицепа, они конические и рассчитаны на осевые нагрузки. Передние подшипники в наших переделанных асинхронных двигателях переменного тока до сих пор держались хорошо, но они не рассчитаны на такую ​​нагрузку.Двигатели с ленточными приводами постоянного тока особенно уязвимы — передний подшипник в конечном итоге резко выйдет из строя при сильном ветре, если не добавить дополнительные подшипники.
• Воздушный зазор — Это расстояние между магнитами и пластинами в конструкции ротора с одним магнитом или между двумя магнитами в конструкции ротора с двумя магнитами. Чем меньше расстояние, тем лучше работает генератор. Это означает, что важно, чтобы катушки были как можно более плоскими, а якорь очень точно подходил к статору…если он не идеально квадратный, воздушный зазор будет больше с одной стороны генератора, чем с другой, и производительность будет снижена. Уменьшение воздушного зазора вдвое дает в 4 раза больше магнитного потока.
• Число полюсов — «Полюс» — это северный или южный полюс магнита. Обычно при сборке генератора переменного тока нам нужен отдельный магнит для каждого полюса. Чем быстрее чередующиеся северный и южный полюса магнитов проходят через катушки, тем больше вырабатывается напряжения и тока. Но важна и площадь поверхности.Если у нас есть очень узкий магнит (необходимый для использования многих полюсов), напряженность поля на расстоянии будет намного слабее, чем у более широкого магнита. Так что, как и во всем, что связано с производством ветряных турбин, здесь следует идти на компромисс. Мы выбираем такое количество полюсов, которое позволяет использовать катушки разумного размера и хорошее сильное магнитное поле через любой воздушный зазор, который мы получим. Это всегда должно быть четное число. Для трехфазной машины нам нравится 4 полюса на каждые 3 катушки, хотя, безусловно, есть и другие очень возможные варианты.В большинстве случаев для трехфазной машины у нас будет от 8 до 16 полюсов (магнитов), если, возможно, машина не будет очень большой.
• серии или параллельно? Звезда или Дельта? При последовательном соединении катушек напряжение увеличивается, а вместе с ним и сопротивление. При параллельном подключении напряжение остается прежним, но сила тока увеличивается, а сопротивление уменьшается. Кроме того, параллельное соединение в генераторе переменного тока может вызвать протекание тока там, где вы этого не хотите, что называется «паразитными потерями».«Правильная конфигурация для вашего проекта зависит от многих факторов. На странице Windstuff теперь есть несколько отличных диаграмм, объясняющих 3 фазы, звезду и дельту. Мы подключаем все наши генераторы переменного тока к Star.
• Магниты — Чем сильнее, тем лучше. Чем больше и сильнее ваши магниты, тем большую мощность вы можете произвести в меньшем генераторе. Неодим-железо-бор («редкоземельный», NdFeB) на сегодняшний день являются самыми сильными постоянными магнитами, известными человеку, и идеально подходят для создания альтернативных постоянных магнитов.Многие старые конструкции требуют использования сильных керамических магнитов, главным образом из-за цены. Мы продаем большие высококачественные керамические магниты, которые подходят для использования в генераторах переменного тока, но на практике магниты из NdFeB в том же пространстве дают в 4 раза больше энергии, чем керамические. Кроме того, цены на большие магниты NdFeB резко упали с тех пор, как они были впервые изобретены в 1980-х годах. В нашем интернет-магазине их большой выбор, в том числе оптовые скидки на наборы больших магнитов для генераторов переменного тока. ВНИМАНИЕ! Большие магниты NdFeB ЧРЕЗВЫЧАЙНО мощные и могут вызвать серьезные травмы.
• Wire — Эмалированный магнитный провод всегда используется для намотки статора, поскольку изоляция очень тонкая и жаропрочная. Это позволяет использовать большее количество витков на катушку. Очень сложно зачистить, используйте бритвенный нож или наждачную бумагу и обязательно тщательно зачистите каждый провод! Выбор калибра провода — это еще один компромисс: более тонкий провод позволяет иметь больше витков на катушку и, следовательно, лучшее напряжение для включения на низкой скорости, но использование более длинного и тонкого провода дает более высокое сопротивление, и, следовательно, устройство становится неэффективным быстрее при высокие скорости.
• Магнитная цепь — Вообразите магнит почти как батарею. Говорят, что силовые линии от магнита исходят из одного полюса и возвращаются к другому, как батарея. Воздух — плохой проводник как для электричества, так и для магнитных силовых линий. Чтобы наилучшим образом использовать магнит (и медный провод) в генераторе переменного тока, нам необходимо иметь максимально сильное магнитное поле. Как медь — хороший проводник электричества, так и сталь — хороший проводник магнитных полей.Хорошая магнитная цепь включает сталь между полюсами с зазором (воздушный зазор), где нам нужно использовать поле. В генераторе наши провода должны занимать воздушный зазор, он не должен быть шире, чем необходимо, а все остальные части магнитной цепи должны быть из стали. Мы можем использовать стальные ламинаты (ламинированная сталь снижает вихревые токи) или иметь магниты на каждой стороне катушки (катушек), движущихся вместе со сталью позади них. Опять же, посмотрите на наши различные эксперименты с ветряными турбинами, чтобы убедиться в этом. Следует сказать, что некоторые из них, такие как деревянный генератор переменного тока и полностью деревянная ветряная мельница, имеют очень плохие магнитные цепи.

Ротор

• Ветрогенератор получает энергию от замедления ветра. Лопасти замедляют его, и генератор собирает мощность. ОБА должны быть правильно спроектированы для совместной работы и делать это эффективно. Мы не являемся экспертами в дизайне лезвий … мы начали с середины с работающей конструкции и внесли изменения оттуда. На самом деле, вы можете сделать простой набор лезвий с прямым углом наклона 5 градусов по всей длине, и они будут работать ТОЛЬКО ПРЕКРАСНО! Но чтобы по-настоящему настроить свой ветрогенератор, важно обратить внимание на несколько факторов.ТАКЖЕ — пожалуйста, простите нас, когда мы ошибаемся и называем ротор «пропеллером» или «пропеллером» — он ничего не движет! Ротор — это правильный термин, который не следует путать с ротором якоря. Но иногда мы ошибаемся …
• Материал лезвия — Дерево действительно идеальный материал для лезвий. Он очень прочен для своего веса, легко режется, недорог и устойчив к усталостному растрескиванию. Выбирайте самый лучший, самый прямой пиломатериал без сучков, который вы можете найти; сосна и ель отлично подходят.Древесина лиственных пород обычно слишком тяжелая. Лезвия из стали и алюминия слишком тяжелые и склонны к усталостному растрескиванию; листовой металл был бы плохим выбором и чрезвычайно опасен … посмотрите фото усталостных трещин на ветряной мельнице из листового металла ХВОСТ в галерее опор Уорда и представьте, что вибрация повлияет на лопасти из листового металла! Лезвия из армированного стекловолокном® очень прочны и распространены на промышленных ветряных мельницах, но процесс изготовления формы займет больше времени, чем вырезание полного набора лопастей из дерева, и прирост прочности будет незначительным или совсем не будет.
• Диаметр — Слишком короткие лопасти, прикрепленные к большому генератору переменного тока, не смогут заставить его двигаться достаточно быстро, чтобы обеспечить хорошую мощность. Лопасти, которые слишком велики для небольшого генератора переменного тока, будут подавлять и сжигать его или разгоняться до точки разрушения при сильном ветре — генератора переменного тока недостаточно для сбора энергии, поступающей от ветра.
• Количество лопастей — Идеальный ветрогенератор имеет бесконечное количество бесконечно тонких лопастей.В реальном мире большее количество лопастей дает больший крутящий момент, но меньшую скорость, и большинству генераторов требуется достаточно хорошая скорость для включения. Конструкции с двумя лопастями очень быстрые (и поэтому работают очень хорошо) и просты в сборке, но могут страдать от дребезга. явление при рыскании из-за несбалансированных сил на лопастях. Трехлопастные конструкции очень распространены и обычно являются очень хорошим выбором, но их сложнее построить, чем двухлопастные. Переход на более чем 3 лезвия приводит ко многим осложнениям, таким как проблемы с прочностью материала при использовании очень тонких лезвий.Возможны даже однолопастные конструкции с противовесом.
• Коэффициент скорости наконечника (TSR) — Это число определяет, насколько быстрее, чем скорость ветра, предназначены наконечники ваших лопастей. Ваши лезвия будут работать лучше всего на этой скорости, но на самом деле они будут хорошо работать в диапазоне скоростей. Идеальное соотношение скорости наконечника зависит от диаметра ротора, ширины лопастей, шага лопастей, оборотов, необходимых генератору переменного тока, и скорости ветра. Более высокие значения TSR лучше подходят для генераторов переменного тока и генераторов, требующих высоких оборотов, но характеристики скорости ветра на вашем конкретном участке также будут иметь большое значение.Если сомневаетесь, начните с середины и измените конструкцию лезвия в зависимости от измеренной производительности.
• Конус — Обычно лопасти ветрогенератора шире у основания и уже на концах, поскольку площадь, охватываемая внутренней частью лопастей, относительно мала. Конус также увеличивает прочность основания лопасти, где напряжение наиболее высокое, дает дополнительный импульс при запуске с более широкого основания и немного более эффективен. Можно рассчитать идеальную конусность, и она варьируется в зависимости от количества лопастей и желаемого передаточного числа наконечников.Книга Хью Пигготта «Мастерская ветроэнергетики» и его бесплатные заметки по конструкции лезвия содержат соответствующие формулы. Честно говоря, если вы просто взглянете на изображение работающих лопастей небольшого ветрогенератора и оцените конусность методом глазного яблока, вы очень близко подойдете к соответствию критериям и получите очень функциональную лопасть. Наша страница «Основные лезвия» дает общее представление о дизайне и резьбе лезвий.
• Pitch and Twist — Как мы уже говорили, простая лопасть ветрогенератора с прямым углом наклона 5 градусов по всей длине обеспечит адекватные характеристики.Тем не менее, у скручивания есть свои преимущества — как и в случае с конусом, больший шаг у основания лопасти улучшает запуск и эффективность, а меньший шаг на вершинах улучшает характеристики на высоких скоростях. Ветер ударяет по разным частям передней кромки движущейся лопасти под разными углами, что приводит к некоторому повороту. Одна из наших распространенных конструкций лопастей, которая находится прямо посередине по расчетным параметрам, — это создание равномерного поворота на 10 градусов у основания и 5 градусов на кончике, но идеальное решение также будет зависеть от скорости включения вашего генератора и его эффективности. и местные особенности ветра.
• Резьба — Наш процесс раскладки и резьбы очень прост … после обозначения глубины пропила на задней кромке у основания и кончика, две глубины соединяются линией карандаша. DanF любит использовать ручную пилу, чтобы делать надрезы в полотне через каждые пару дюймов по длине, прежде чем запускать электрический рубанок … когда пропилы пропадают, шаг правильный. DanB предпочитает с самого начала рубить его рубанком. Если вы не знаете, как все это сочетается, вам могут помочь рисунки ниже.

• Аэродинамический профиль — При проектировании аэродинамического профиля вы можете пойти на многое … У НАСА есть отличная информация и расчеты в сети. Но все, что нужно сделать аэродинамическому профилю, — это максимизировать подъемную силу и минимизировать сопротивление. У вас все будет хорошо, если вы сделаете то же, что и мы — найдите наиболее подходящее поперечное сечение аэродинамического профиля работающей лопасти ветрогенератора и скопируйте его. Электрорубанок позволяет быстро вырезать его, а тяговый нож отлично подходит для резьбы, особенно с глубокими надрезами возле основания лезвия.
• Балансировка — Лезвия должны быть очень хорошо сбалансированы для предотвращения вибрации. Это легче сделать с 2-лопастным ротором, чем с 3-лопастным. Но, как правило, мы просто используем самодельные пружинные весы, чтобы убедиться, что каждое лезвие весит одинаково и что у каждого один и тот же центр баланса. Простое балансировочное приспособление для любой конфигурации ротора может быть выполнено с вертикальным шипом, который вставляется в углубление, выбитое точно в центре ступицы. Излишки материала с тяжелых участков можно быстро удалить с помощью строгального станка.Вам также необходимо сбалансировать лезвие на месте на генераторе. Распределение веса можно отрегулировать, прикрепив свинцовые ленты к основанию лезвия.

Системы закрутки и остановки

• Системы закрутки — Мы используем термин «система закрутки» для описания механизма, который поворачивает ротор ветрогенератора под углом, направленным против ветра, горизонтально или вертикально, чтобы защитить машину от повреждений во время сильного ветра. В идеале он будет поддерживать уровни выходной мощности близкими к максимальным даже при полном свертывании.В наших ранних конструкциях ветряных турбин не использовались системы закрутки, и нам повезло, что некоторые из них все еще летают. Ветряная турбина, которая скручивает, также гораздо более щадящая для вашей башни и растяжек — сила на ветряной турбине, превышающей скорость, увеличивается по мере того, как ветер становится более жестким.
  Существуют различные конструкции систем закрутки:
• • Переменный шаг — Идеальное, но чрезвычайно сложное решение — использовать лопасти, которые изменяют шаг в зависимости от скорости ветра ….Это также имеет то преимущество, что выходная мощность остается на наиболее эффективном уровне для текущей скорости ветра. Во время слабого ветра лопасти установлены для лучшего запуска. При более сильном ветре они вращаются и регулируют скорость вала до идеальных для генератора. При сильном ветре они еще больше поворачивают лопасти, чтобы защитить устройство от повреждений. Проблема в том, как сложно заставить систему работать надежно … но это можно сделать! Эту систему используют исключительно крупные коммерческие ветряные генераторы, старинные и современные турбины Jacobs и некоторые старые WinCharger.
  • Наклон назад — В этих конструкциях корпус генератора шарнирно закреплен сразу за гондолой. Когда скорость ветра становится слишком высокой, вся гондола, ступица и лопасти в сборе отклоняются от ветра почти вертикально. По мере замедления ветра он возвращается в нормальное горизонтальное рабочее положение либо пружинами, либо действием ветра на наклонной хвостовой части, либо противовесом. Коммерческие ветряные генераторы, использующие этот метод, — это старые модели Whisper (до выкупа), Windstream и многие самодельные конструкции.
  • Хвост для закручивания — Генератор смонтирован со смещением от центра по горизонтали относительно подшипника рыскания. Хвост также наклонен по этой оси. Хвост также наклонен по вертикальной оси и откидывается. Когда сила ветра, действующая на ротор, достаточно сильна, чтобы преодолеть внеосевой генератор, вызывающий рыскание, и наклонный хвост, пытающийся удержать его от рыскания, хвост складывается и поворачивает генератор в противоположном направлении от направления ветра, заставляя ветряная турбина, чтобы отклониться от ветра. Когда скорость ветра падает, хвост возвращается в нормальное рабочее положение под действием силы тяжести или пружины.Многие коммерческие и самодельные конструкции (в том числе и наши) используют эту систему, и она оказалась очень надежной.
  • Складная лопасть — Подобна складывающейся хвостовой части, но хвостовая балка фиксированная, с шарнирной лопаткой внизу. Недостаток, используемый на некоторых старых Wincharger и самодельных конструкциях, заключается в том, что хвостовая часть и лопатка более подвержены воздействию силы ветра во время закрутки, так как они все еще торчат там в шторм.
  • Гибкие лопасти — Теоретически лопасти изгибаются как назад к башне, так и вокруг своей главной оси, и, следовательно, защищают себя от превышения скорости.Это действительно работает, если материалы и детали выбраны правильно … например, лезвия не должны прогибаться достаточно далеко, чтобы ударить по шесту, и они должны выдерживать изгиб в холодную погоду. Популярный Air 403 и новый Air X от SouthWest Windpower используют эту систему для закрутки. Одна проблема в том, что он шумный … на самом деле Air 403 шумит даже при слабом ветре 15 миль в час, ДО того, как он начнет вырабатывать мощность. Air X имеет необычную электронную схему для снижения шума.
  • Пневматические тормоза — Шумные и полные вибрации, но они работают.Старые WinCharger использовали эту систему. Металлические чашки выступают из ступицы за счет центростремительной силы во время сильного ветра и шумно замедляют машину; они втягиваются обратно в ступицу, когда ветер утихает.
• Системы отключения — Это ручное управление, полностью отключающее ветрогенератор. Ему вообще не разрешается вращаться, и в таких условиях он должен выдерживать очень сильный ветер. Он может быть электрическим или механическим.
• • Электрическое отключение — В генераторах с постоянными магнитами простое замыкание основных выходных проводов переменного тока должно эффективно отключить ветряную турбину.Проблема заключается в том, что, когда машина вращается на высоких оборотах во время урагана, отключение может быть либо невозможно электрически (турбина работает слишком неэффективно для короткого замыкания на выходе, чтобы иметь какое-либо влияние), либо слишком опасно для генератора (выделяемое тепло в катушках статора из-за отключения на высоких скоростях превращает катушки в расплавленный шлак.) Наш обычный метод — просто дождаться промежутка между сильными порывами ветра, чтобы замкнуть мельницу выключателем. Мы успешно отключили турбину Уорда, когда она подавала 30 ампер на 12 В постоянного тока… Многочисленные отключения при выходном токе 10-20 ампер не вызывали вибрации или проблем. Для этого можно использовать ручной переключатель или просто перемычку. У наших домашних пивоварен никогда не было проблем с отказом останавливаться при сильном ветре при коротком замыкании.
  • Механическое отключение — Эти системы физически тормозят ветрогенератор или вытесняют его из-под ветра, поворачивая хвост параллельно лопастям. Даже могучая ветряная турбина Bergey Excel 10 кВт оснащена механической рукояткой для аварийного отключения.Обычно трос прикрепляется к откидной хвостовой части с небольшой ручной лебедкой, расположенной в нижней части башни для оператора.

Постановление

• В ветрогенераторах с зарядкой аккумуляторов регулирование входящего напряжения осуществляется самим аккумуляторным блоком, до , когда он полностью заряжен. Хотя напряжение холостого хода генератора с постоянными магнитами или генератора постоянного тока может составлять 100 вольт, аккумуляторная батарея поддерживает напряжение цепи ветрогенератора на своем собственном уровне.Как только аккумуляторная батарея заполнится, напряжение в системе будет быстро расти, и необходимо что-то предпринять с избыточной входящей мощностью. Простое отключение ветряной мельницы — это , а не вариант — ветряная мельница, которой разрешено «свободно вращаться», быстро взорвется из-за превышения скорости. Мощность должна быть направлена ​​на какую-то нагрузку.
• Включите свет! — Это самый старый, самый простой и надежный метод регулирования. Проблема в том, что вы должны быть там, чтобы сделать это. Но включив домашнее освещение, обогреватели и т. Д.которые более или менее равны поступающей дополнительной мощности, вы предотвращаете перезарядку батарей, поддерживаете нагрузку на ветряную мельницу и поддерживаете напряжение вашей системы в нормальном диапазоне.
• Шунтирующее регулирование — Эти системы просто определяют напряжение аккумулятора и перенаправляют мощность непосредственно от аккумуляторов на нагревательные элементы (известные как «сброс нагрузки»), таким образом сохраняя нагрузку на ветряную мельницу, избегая при этом перезарядки аккумуляторов. Самым простым решением является перекидной выключатель, который отключает поступающее питание от аккумуляторов и подключает его к некоторым нагревательным элементам…просто имейте в виду, что напряжение, необходимое для нагревателей, должно соответствовать напряжению генератора, чтобы могло происходить торможение. Простые системы, которые одновременно отводят всю входящую мощность, могут быть построены с использованием контроллеров заряда Trace серии C или реле и датчиков напряжения. В более сложных системах используются силовые транзисторы или широтно-импульсная модуляция, чтобы отводить только часть входящей мощности или всю ее величину, если этого требует зарядка. В журнале Home Power Magazine и на веб-сайте Хью Пигготта есть планы и схемы для создания шунтирующих регуляторов.Некоторые коммерческие контроллеры заряда солнечных батарей могут быть настроены для работы в качестве контроллеров самосвальной нагрузки, например Trace C40. Контроллер, предназначенный только для солнечной энергии, НЕ будет работать с ветряной турбиной, как и автомобильный регулятор напряжения.
• Диоды — Генератору постоянного тока с постоянным магнитом (например, избыточному двигателю ленточного накопителя) нужен диод в цепи — в противном случае аккумуляторная батарея просто будет вращать его как двигатель. Диод должен быть рассчитан на более высокую силу тока, чем максимальная мощность двигателя, и должен иметь хороший теплоотвод.
• Мостовые выпрямители — Поскольку генераторы вырабатывают переменный ток, а батареи необходимо заряжать постоянным током, необходимо преобразование. Это достигается с помощью мостовых выпрямителей, которые представляют собой просто массив диодов. Для однофазных генераторов используются стандартные мосты с 4 диодами. Самый большой мост, который обычно доступен по разумной цене, составляет 35 ампер — для более крупных ветрогенераторов несколько мостов на 35 ампер могут быть подключены параллельно, чтобы обеспечить большую пропускную способность. Мосты должны быть хорошо опущены на большой кусок алюминия или стали с оребрением.Мы продаем эти выпрямители в нашем Интернет-магазине.

Контактные кольца

Мощность, производимая генератором, должна передаваться по вышке в вашу энергосистему. Поскольку фактический ветрогенератор должен отклоняться от курса, чтобы оставаться направленным против ветра, основные силовые провода должны справляться с этим. Есть 2 варианта …

• Подвесной трос — По нашему личному опыту здесь, в Колорадо, гораздо проще просто использовать отрезок гибкого троса и стальной страховочный трос вместо контактных колец.Используйте многожильный гибкий кабель высочайшего качества, который вы можете найти, и закрепите его свободной петлей от силовых клемм ветрогенератора до того места, где ваш питающий провод подходит к полюсу. Используйте такой отрезок проволоки, который позволяет примерно 3 или 4 витка вокруг столба. Или протяните провод по центру трубы башни и позвольте ему скручиваться внутри. Наш опыт показывает, что, хотя шнур может в конечном итоге намотаться на полюс, он также в конечном итоге размотается. Некоторые из наших моделей годами летали с такой системой и не нуждались в обслуживании.С правильно спроектированной ветряной турбиной и системой закрутки вы вряд ли когда-нибудь увидите, как мельница делает рыскание на 360 градусов. Мы просто используем вилку и розетку в нижней части башни и отключаем ее один или два раза в год, чтобы раскрутить провод. Мы видели коммерческие турбины на 120-футовых башнях, в которых успешно используется подвесная кабельная система.
• Изготовление или переделка контактных колец — Контактные кольца могут быть восстановлены из старых автомобильных генераторов и преобразованы для использования в ветрогенераторах или изготовлены с нуля с использованием медных трубок, труб из ПВХ и графитовых щеток.Журнал Home Power в прошлом публиковал статьи об обоих методах. Мы никогда не чувствовали необходимости использовать их, и они создают еще одну потенциальную точку отказа, поэтому мы не экспериментировали с ними.

Рекомендуемый список литературы для вашего «домашнего задания»:

• Серия DanF по основам малых ветряных турбин, опубликованная в Информационном бюллетене по энергоэффективности:
  • Часть 1 — Как работают ветряные турбины, доступная мощность ветра, площадь вымывания, средняя скорость ветра и что это на самом деле означает.Самое необходимое!
  • Часть 2 — Механизмы выживания при сильном ветре, типы ветряных турбин, тяговые и подъемные машины, HAWT и VAWT, соотношение конечных скоростей, конструкция лопастей и множество интересных картинок и диаграмм.
  • Часть 3 — Выбор площадки, примеры хороших и плохих площадок, анемометры, типы вышек, молниезащита, регулировка мощности, птицы и летучие мыши.
• Наша статья «Итог о ветряных турбинах» — это важное введение в ветроэнергетику. В нем рассказывается об основах того, как к нам приходит ветер, сколько энергии могут вырабатывать ветряные турбины разного размера в различных ветровых режимах, а также есть очень удобный раздел по обнаружению мошенничества с ветряными турбинами.

Руководство пользователя ветряной турбины

• Otherpower.com также следует считать обязательным к прочтению, особенно ДО того, как вы сделаете решительный шаг и купите или построите ветряную турбину. Он расскажет вам, что именно вы делаете с ветроэнергетикой, включая башни, установку, контроллеры и устранение неисправностей. Его можно бесплатно загрузить с этой страницы, а в печатном виде он доступен в нашем Интернет-магазине.
• Информация о ветроэнергетике с веб-сайта гуру доморощенной ветроэнергетики Хью Пигготта.Мы узнали ПУЧКУ от Хью.
• Книга Хью Пигготта «Мастерская ветряных электростанций» — незаменимый справочник для всех, кто думает о создании ветряной турбины. Его планы ветряных мельниц с генератором осевого потока очень подробны и настоятельно рекомендуются.
• Информация о ветроэнергетике Homebrew с очень информативного веб-сайта Ed Lenz’s Windstuffnow.com.
• Прочтите часто задаваемые вопросы о возобновляемых источниках энергии на доске обсуждений Otherpower и выполните поиск на доске обсуждений Otherpower.com. Он очень активен и населен экспертами по ветроэнергетике и любителями со всего мира.Если вы все еще не можете найти и ответить, во что бы то ни стало присоединяйтесь к доске и задавайте там свой вопрос!
• Присоединяйтесь к списку рассылки AWEA для дальнейшего обсуждения с экспертами по ветроэнергетике со всего мира.
• Ознакомьтесь с другими веб-сайтами по ветроэнергетике со всего мира на нашей странице ссылок.

Семинары по ветровым турбинам и ярмарки возобновляемых источников энергии
Это может быть очень ценный ресурс для изучения всех аспектов возобновляемой энергии! Вы сможете учиться у экспертов и других заинтересованных людей и общаться с ними.

Как работает ветрогенератор

Вот как это работает. Аккумулятор «зажимает» напряжение генератора. Операционный усилитель контролирует его через делитель R1, R2 и сравнивает с эталоном. В нормальных условиях операционный усилитель U1 остается низким, реле находится под напряжением, а Q1 выключен. Когда аккумулятор полностью заряжен и его напряжение приближается к максимально допустимому значению, U1 переходит в состояние «высокий», реле размыкается и прекращает заряд. В то же время Q1 включается и подключает турбину к сбросной нагрузке. D2 и R3 обеспечивают гистерезис, чтобы избежать режима сбоя: когда операционный усилитель высокий, он увеличивает напряжение на переходе R1-R2.В результате батарея должна разрядиться до определенного уровня, прежде чем она будет снова подключена к турбине. D3 должен быть прецизионным эталоном с температурной компенсацией, например LM4040-2.5. Для аккумулятора 12 В с максимальным зарядным напряжением 14 В мы можем установить, например, R1 = 11,3 кОм, R2 = 2,5 кОм. Это обеспечит отключение 13,8 В. При R3 = 54k реле снова активируется, когда батарея разряжается примерно до 12 В (вам может потребоваться отрегулировать R3 для достижения желаемого порога). Примеры других деталей: Q1 = STP80N70, D1, D2 = 1N4819, U1 = LM6132 (должен иметь выход на рейку), R4 = 10k.Реле должно быть автомобильного типа, например G8JN-1C7T-D-DC12.

РЕГУЛЯТОРЫ

В приведенной выше схеме часто теряется доступная энергия ветра. Кроме того, аккумулятор можно легко повредить, поскольку его номинальное напряжение заряда зависит от температуры. Намного лучший подход — использовать ШИМ-регулятор, такой как тот, что показан на этой блок-схеме.

Выпрямительный мост создает пульсирующее напряжение постоянного тока — посмотрите формы сигналов идеального трехфазного выпрямителя. Результирующий результат показан красным.Теоретически при резистивной нагрузке пульсации без конденсаторов составляют всего 4,2%.

В действительности, конечно, генератор не дает чистой синусоиды, особенно потому, что ветер обычно дует порывами. Тем не менее, пульсации на выходе здесь довольно низкие даже без сглаживающего фильтра.

Импульсный регулятор в этом примере — это так называемый преобразователь SEPIC . Его главное преимущество заключается в том, что его выходная мощность может быть больше, меньше или равна входной. Следовательно, он может обеспечивать заряд при широком диапазоне ветров.Когда Q1 включен, энергия накапливается в L1. В то же время конденсатор связи «C» передает энергию L2. Когда Q1 выключается, ток L1 продолжает течь через «C» и диод к нагрузке. Для установившегося режима работы в режиме непрерывной проводимости выходной сигнал задается как Vout = VinD / (1-D) , где D — рабочий цикл переключающего полевого МОП-транзистора. Вы можете видеть, что для D = 0,5 Vout = Vin, для D <0,5 Vout 0,5 Vout> Vin. Более подробную информацию о работе преобразователей силовой электроники можно найти в smps.сайт нас. Обратите внимание на два дополнительных компонента защиты на приведенной выше диаграмме. Твердотельный переключатель Q2 автоматически подключает «сброс нагрузки», когда мощность турбины достигает опасного уровня. Дополнительный ручной «выключатель останова» отключает регулятор и замыкает все катушки генератора. Однако механическое прерывание более надежно.

Основным недостатком SEPIC является то, что конденсатор связи «C» должен пропускать весь ток нагрузки. Это делает эту топологию наиболее подходящей для приложений с низким энергопотреблением. Для ветрогенераторов средней мощности могут быть более подходящими преобразователи « boost » и « buck ».Вот их основные концептуальные схемы. В повышающем преобразователе выход всегда больше входного: Vout = Vin / (1-D). Эта топология используется, когда требуется высокое напряжение промежуточного контура (до нескольких сотен вольт). Если звено постоянного тока находится выше пика желаемой синусоиды, его можно подавать непосредственно в бестрансформаторный инвертор. Для 115 В переменного тока это значение будет около 200 В постоянного тока. И наоборот, понижающий преобразователь подходит для низковольтных схем, таких как 12 В постоянного тока, когда выходная мощность турбины обычно выше, чем напряжение батареи.

Вся информация на этом сайте предоставляется AS IS без каких-либо гарантий или обязательств, ни явных, ни подразумеваемых — см. Полный отказ от ответственности по ссылке ниже.

Методы управления ветряными турбинами — NI

Работа ветряной турбины

Ветряная турбина — это вращающаяся машина, которая преобразует кинетическую энергию ветра в механическую. Затем эта механическая энергия преобразуется в электричество, которое отправляется в электросеть. Компоненты турбины, ответственные за преобразование энергии, — это ротор и генератор.

Ротор — это область турбины, состоящая из ступицы и лопаток турбины.Когда ветер дует на лопасти турбины, ступица вращается за счет аэродинамических сил. Это вращение затем передается через систему передачи, чтобы уменьшить количество оборотов в минуту. Система трансмиссии состоит из главного подшипника, высокоскоростного вала, коробки передач и тихоходного вала. Передаточное число коробки передач определяет деление вращения и скорость вращения, которую видит генератор. Например, если передаточное число коробки передач N к 1, то генератор видит скорость ротора, деленную на N. Это вращение, наконец, отправляется в генератор для преобразования механической энергии в электрическую.

На рисунке 1 показаны основные компоненты ветряной турбины: редуктор, генератор, ступица, ротор, тихоходный вал, высокоскоростной вал и главный подшипник. Назначение ступицы — соединение сервоприводов лопастей, которые регулируют направление лопастей, с тихоходным валом. Ротор — это область турбины, состоящая из ступицы и лопаток. Все компоненты размещены вместе в конструкции, называемой гондолой.

Рисунок 1. Основные компоненты ветряной турбины

Угол атаки

Площадь поверхности, доступная для набегающего ветра, является ключом к увеличению аэродинамических сил на лопасти несущего винта.Угол, под которым регулируется лезвие, называется углом атаки α. Этот угол измеряется относительно направления набегающего ветра и линии хорды лопасти. Также существует критический угол атаки, α _{, критический} , при котором воздух больше не течет плавно по верхней поверхности лезвия. На рисунке 2 показан критический угол атаки по отношению к клинку.

Рис. 2. Критический угол атаки (α _{критический} ) относительно лезвия

Мощность и КПД

В этом разделе объясняется, что влияет на мощность, извлекаемую из ветра, и на эффективность этого процесса.Рассмотрим рисунок 3 как модель взаимодействия турбины с ветром. Эта диаграмма показывает, что ветер существует по обе стороны от турбины, и правильный баланс между скоростью вращения и скоростью ветра имеет решающее значение для регулирования производительности. Баланс между скоростью вращения и скоростью ветра, называемый передаточным числом конечных скоростей, рассчитывается с использованием уравнения 1.

Где: частота вращения лопастей (Гц)

— длина клинка (м)

Уравнение 1.Расчет коэффициента скорости наконечника

КПД ветряной турбины называется коэффициентом мощности, или. Теоретически коэффициент мощности рассчитывается как отношение фактической извлекаемой мощности к идеальной. Вы можете найти этот расчет в уравнении 2. Кроме того, вы можете регулировать, управляя углом атаки, α, и соотношением скорости вершины,. Расчет для этого случая показан в уравнении 3. В уравнении 3 c1-c6 и x — это коэффициенты, которые производитель ветровой турбины должен предоставить.Обратите внимание, что максимальный коэффициент мощности, который вы можете достичь с любой турбиной, составляет 0,59 или предел Бетца.

Уравнение 2. Коэффициент мощности рассчитывается как отношение фактической извлекаемой мощности к идеальной.

Уравнение 3. Вы можете отрегулировать , управляя углом атаки, α и соотношением скорости наконечника.

Наконец, вы можете рассчитать полезную мощность ветра с помощью уравнения 5.Из этого уравнения видно, что основными факторами, определяющими полезную мощность, являются длина лопасти и скорость ветра.

Где: = плотность воздуха (1,2929 кг / м ³ )

Уравнение 5. Расчет полезной энергии ветра

Рисунок 3. Модель взаимодействия турбины с ветром

Кривая мощности

Важно понимать взаимосвязь между мощностью и скоростью ветра, чтобы определить требуемый тип управления, оптимизацию или ограничение.Кривая мощности, график, который вы можете использовать для этой цели, определяет, сколько энергии вы можете извлечь из набегающего ветра. На рисунке 4 представлена ​​идеальная кривая мощности ветряной турбины.

Рис. 4. Кривая идеальной мощности ветровой турбины

Скорости включения и выключения являются рабочими пределами турбины. Оставаясь в этом диапазоне, вы гарантируете, что доступная энергия будет выше минимального порога и сохранится работоспособность конструкции. Номинальная мощность, указанная производителем, учитывает как энергию, так и стоимость.Кроме того, выбрана номинальная скорость ветра, поскольку скорости выше этого значения встречаются редко. Как правило, можно предположить, что конструкция турбины, отбирающая большую часть энергии с превышением номинальной скорости ветра, не является рентабельной.

Из рисунка 4 видно, что кривая мощности разделена на три отдельных участка. Поскольку область I характеризуется низкой скоростью ветра и мощностью ниже номинальной мощности турбины, турбина работает с максимальной эффективностью для извлечения всей мощности. Другими словами, турбина управляет с учетом оптимизации.С другой стороны, регион III характеризуется высокими скоростями ветра и номинальной мощностью турбины. Затем турбина регулируется с учетом ограничения генерируемой мощности при работе в этой области.