ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ. Энергетический институт
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
Энергетический институт
Кафедра «Электроснабжения промышленных предприятий»
Лабораторная работа №2
«Исследование автономной системы электроснабжения на базе ветрогенератора AIR-X»
Выполнили студент гр.5АМ14 _______ Тентиев У.
__________ _________ Илебаева Н.
__________ _________ Нунеметте Р.
__________ _________ Алмамбетова Г.
__________ _________ Крашенинников А.
Подпись Дата
Проверил: ________ _______ Лукутин Б.В.
Подпись Дата
Томск 2012
Цель работы:
· изучение особенности конструкции ветроустановок и принцип действия автономных ветроэлектростанций;
· экспериментально установить влияние скорости ветра и электрической нагрузки на основные энергетические характеристики ветрогенератора AIR-X.
В ходе проведения данной лабораторной работы мы определили коэффициент использования энергии ветра, а также электрическую и механическую мощность и момент ветрогенератора и быстроходность ветроколеса. Для определения этих значений была изменена частота преобразователя в диапазоне от 27 до 45 Гц и нагрузка ветрогенератора от минимальной до максимальной. Результаты экспериментальных данных приведены в таблице №1.
Рис. 1 Схема подключения Air-X 12V
| № | f, Гц | нагрузка 1 | нагрузка 2 | нагрузка 3 | нагрузка 4 | нагрузка 5 | ||||||||||
| I, A | U, B | n, об/мин | I, A | U, B | n, об/мин | I, A | U, B | n, об/мин | I, A | U, B | n, об/мин | I, A | U, B | n, об/мин | ||
| 0,05 | 1,8 | 0,02 | 0,01 | 0,3 | 0,05 | 0,01 | 0,1 | 0,2 | ||||||||
| 0,09 | 0,05 | 1,5 | 0,01 | 0,5 | 0,1 | 0,2 | 0,2 | 0,3 | ||||||||
| 0,10 | 3,8 | 0,2 | 2,5 | 0,2 | 0,2 | 0,5 | 0,2 | 0,4 | ||||||||
| 1,10 | 4,5 | 0,75 | 3,4 | 0,23 | 1,3 | 0,3 | 0,9 | 0,29 | 0,5 | |||||||
| 1,10 | 0,3 | 4,0 | 0,31 | 1,9 | 0,3 | 0,35 | 0,5 | |||||||||
| 1,30 | 5,8 | 0,35 | 4,5 | 0,4 | 2,2 | 0,4 | 1,4 | 0,42 | 0,6 | |||||||
| 1,50 | 6,4 | 0,38 | 5,2 | 0,58 | 3,4 | 0,5 | 1,8 | 0,5 | 0,8 | |||||||
| 1,80 | 0,4 | 5,8 | 0,64 | 3,7 | 0,7 | 0,6 | ||||||||||
| 1,80 | 7,5 | 0,42 | 6,5 | 0,75 | 4,5 | 0,7 | 2,80 | 0,68 | 1,2 | |||||||
| 1,80 | 0,48 | 7,0 | 0,84 | 0,8 | 0,75 | 1,4 |
Таблица №1
Найдем мощность каждой нагрузки.
| P, Вт | ||||
| Нагрузка 1 | Нагрузка 2 | Нагрузка 3 | Нагрузка 4 | Нагрузка 5 |
| 0,09 | 0,02 | 0,003 | 0,0005 | 0,02 |
| 0,27 | 0,075 | 0,005 | 0,02 | 0,06 |
| 0,38 | 0,5 | 0,2 | 0,1 | 0,08 |
| 4,95 | 0,85 | 0,299 | 0,225 | 0,145 |
| 5,5 | 1,2 | 0,589 | 0,32 | 0,175 |
| 7,54 | 1,575 | 0,88 | 0,56 | 0,252 |
| 9,6 | 1,976 | 1,972 | 0,9 | 0,4 |
| 12,6 | 2,32 | 2,368 | 1,1 | 0,6 |
| 13,5 | 2,73 | 3,375 | 2,016 | 0,816 |
| 14,4 | 3,36 | 4,2 | 2,4 | 1,05 |
При обработке опытных данных воспользовались зависимостью (Рис. 2.),позволяющей определить скорость воздушного потока у ветроколес при изменении частоты ПЧ.
| скорость ветра, м/с | |
| 6,3 | |
| 6,7 | |
| 7,2 | |
| 7,7 | |
| 8,1 | |
| 8,6 | |
| 9,1 | |
| 9,5 | |
| 10,0 | |
| 10,5 |
Рис.2. Зависимость скорости ветра от частоты ПЧ
1. Коэффициент использования ветра 
определяет максимум части ветрового потока, которая может быть принята 0,48.
2. Быстроходность ветроколеса оценивается числом модулей Z равным,
| нагузка 1 | нагузка 2 | нагузка 3 | нагузка 4 | нагузка 5 | |
| 2,40 | 1,44 | 0,96 | 0,67 | 0,58 | |
| 2,68 | 1,52 | 1,16 | 0,71 | 0,62 | |
| 3,26 | 2,25 | 1,25 | 0,83 | 0,75 | |
| 3,53 | 2,67 | 1,33 | 1,10 | 0,78 | |
| 3,62 | 2,96 | 1,63 | 1,11 | 0,74 | |
| 3,85 | 3,08 | 1,75 | 1,19 | 0,84 | |
| 3,98 | 3,32 | 2,32 | 1,33 | 0,86 | |
| 4,10 | 3,47 | 2,46 | 1,51 | 0,95 | |
| 4,21 | 3,61 | 2,71 | 1,81 | 0,90 | |
| 4,31 | 3,74 | 2,88 | 1,84 | 0,98 |
3. Электрическая мощность, развиваемая ветроэнергетической установкой определяется из выражения 
| Эл. Мощность, Вт |
| 333,2 |
| 412,8 |
| 504,3 |
| 608,3 |
| 725,8 |
| 857,4 |
| 1004,1 |
| 1166,6 |
| 1345,8 |
| 1542,5 |
Рис.3 Зависимость мощности от скорости ветра
4. Момент на валу ветроколеса 
| Момент на валу,Н*м |
| 19,8 |
| 22,8 |
| 26,1 |
| 29,6 |
| 33,3 |
| 37,2 |
| 41,3 |
| 45,6 |
| 50,2 |
| 55,0 |
Рис.4 Зависимость частоты от момента на валу ветрогенератора
Рис.5 Зависимость момента на валу от скорости ветра
5. Мощность ветрового потока 
| мощность ветрового потока, Вт | |
| 61,5 | |
| 76,2 | |
| 93,0 | |
| 112,2 | |
| 133,9 | |
| 158,2 | |
| 185,2 | |
| 215,2 | |
| 248,3 | |
| 284,5 |
Рис.6 Зависимость мощности каждой нагрузки от скорости ветра
Рис.7 Зависимость мощности ветроустановки от скорости ветра
Вывод
В ходе проведения данной работы было выявлено, что работа энергоблока с переменной частотой вращения более эффективна, поскольку может обеспечить максимальный объем мощности при любой скорости ветра. Так же выявили, что чем больше число лопастей рабочего колеса, их ширина и угол поворота лопастей относительно плоскости вращения, тем при прочих равных условиях, быстроходность двигателя ниже.
Опыт ветрогенератора AIR –X показал, что маломощные ветрогенераторы надежны и удобны. Легкие в установке, не требующие квалифицированного обслуживания, так же они идеальны для заряда аккумуляторов и поддержки автономного оборудования в стационарных и мобильных вариантах. Автономно работающий ветрогенератор это наиболее простой и пригодный для обеспечения потребителей электроэнергией по третьей категории надежности (бытовая нагрузка частного сектора).