Испытательный стенд, согласование винта и генератора

Неоспоримым преимуществом конструкции описанной в статье Винт ветрогенератора является то, что ветряк может менять угол атаки лопасти в зависимости от снимаемой нагрузки, что дает конструкции регулируемый крутящий момент. Данная особенность дает возможность использовать генератор с изменяемой схемой подключения катушек обмотки, что в свою очередь сулит нам увеличение выходной мощности ветрогенератора, за счет минимизации потерь при трансформации электроэнергии.

Для этого нам необходимо четко согласовать возможности винта и параметры генератора.

Рассматриваемый винт всегда вращается со скоростью ветра это дает нам возможность точно рассчитать на каких оборотах какой крутящий момент он может выдать. К примеру зная диаметр конструкции и воспользовавшись формулой длинны окружности мы легко можем узнать при какой скорости ветра какое количество оборотов делает ветряк. Зная обметаемую поверхность и воспользовавшись формулой мощности потока мы узнаем какую мощность может выдать конструкция при конкретной скорости ветра. Объединив эти вычисления мы узнаем при какой скорости вращения какой крутящий момент выдает ветряк.

В статье винт ветрогенератора на рисунке 7 условно изображено одно плечо с лопастью, системой ориентирования и валом для съема мощности 12. На практике вместо вала 12 будет стоять генератор а зубчатая передача будет заменена на ременную. Но принцип остается тот же меняя передаточное число мы сможем регулировать обороты и крутящий момент передаваемый на генератор подгоняя его под оптимальные параметры. То есть данная конструкция позволяет нам точно рассчитать отношение скорости ветра к числу оборотов и мощности крутящего момента на генераторе для конкретного ветряка.

С генератором все не так просто, одних вычислений будет мало, придется изготовить испытательный стенд.

На рисунке условно изображен испытательный стенд где: А амперметр, V вольтметр, ЧП частотный преобразователь, М двигатель, Г генератор.

Регулируя обороты двигателя частотным преобразователем, мы увидим при каких оборотах какое напряжение выдает наш генератор. А самое главное сможем наблюдать по входным приборам частотного преобразователя как увеличивается тормозящий эффект нагружаемого генератора. Подключая на выход генератора шунтирующие нагрузки мы сможем построить кривую зависимости частоты вращения и возникающего тормозящего эффекта нагруженного генератора.

И так с одной стороны мы имеем кривую изменения количества оборотов и крутящего момента ветряка, с другой зависимость скорости вращения генератора и возникающего тормозящего эффекта. Другими словами растет скорость ветра увеличивается количество оборотов и крутящий момент ветряка но при увеличении оборотов генератора с фиксированной шунтирующей нагрузкой будет расти и тормозящий эффект генератора. Необходимо совместить эти кривые, так чтобы ветряк мог полностью вложить полученную энергию от потока в работу генератора, и при этом генератор не мог затормозить винт, при максимальной отдаче мощности на даных оборотах.

Работа ветрогенератора выглядит так, алгоритм коммутации катушек генератора определяется величиной напряжения на клеммах аккумулятора, для кислотных аккумуляторов это 13.6 – 14 вольт. Ветрогенератор всегда вращается со скоростью ветра и передает крутящий момент на генератор. Значит и скорость вращения генератора жестко привязана к скорости ветра. Если при данной скорости ветра выходное напряжение генератора ниже допустимого, мы меняем коммутацию катушек генератора, повышая выходное напряжение. Если выше допустимого понижаем напряжение переключая катушки. То есть наша задача переключением катушек генератора обеспечить допустимые параметры напряжения на клеммах аккумулятора при данной силе ветра.