Cách tính toán máy phát điện gió: công thức + ví dụ thực tế về tính toán

Năng lượng thay thế nhận được từ các tuabin gió là mối quan tâm lớn trong xã hội. Có nhiều xác nhận về điều này ở cấp độ thực hành hộ gia đình.

Chủ sở hữu của bất động sản ngoại ô xây dựng cối xay gió bằng tay của chính họ và hài lòng với kết quả, mặc dù hiệu quả có thể là ngắn ngủi. Lý do - trong quá trình lắp ráp, máy phát điện gió không được tính toán chính xác.

Đồng ý, tôi sẽ không muốn dành thời gian và tiền bạc cho dự án, để có được một cài đặt không hiệu quả. Do đó, điều quan trọng là phải hiểu làm thế nào để tính toán máy phát điện gió, và bằng cách tham số để chọn các đơn vị làm việc chính của tuabin gió.

Bài viết được dành cho giải pháp của những câu hỏi này. Phần lý thuyết của vật liệu được bổ sung bằng các ví dụ minh họa và các khuyến nghị thực tế để lắp ráp một máy phát điện gió.

Tính toán của một máy phát điện gió

Bắt đầu tính toán hệ thống tái tạo điện từ năng lượng gió từ đâu? Xem xét rằng chúng ta đang nói về một máy phát điện gió, một phân tích sơ bộ về gió tăng ở một khu vực cụ thể có vẻ hợp lý.

Các thông số thiết kế như tốc độ gió và hướng đặc trưng của nó cho một lãnh thổ nhất định là các thông số thiết kế quan trọng. Họ ở một mức độ nào đó xác định mức độ sức mạnh của cối xay gió, sẽ có thể đạt được.

Thật khó để tưởng tượng máy phát điện gió có sức mạnh như vậy. Nhưng thiết kế tương tự tồn tại và hoạt động hiệu quả. Tuy nhiên, tính toán của các cấu trúc như vậy cho thấy một sức mạnh tương đối nhỏ so với các nguồn năng lượng truyền thống.

Điều đáng chú ý, quá trình này có tính chất dài hạn (ít nhất 1 tháng), điều này khá rõ ràng. Không thể tính toán các thông số có thể xảy ra nhất của tốc độ gió và hướng thường xuyên nhất của nó với một hoặc hai phép đo.

Hàng chục phép đo sẽ được yêu cầu. Tuy nhiên, hoạt động này là thực sự cần thiết nếu có mong muốn xây dựng một hệ thống sản xuất hiệu quả.

Cách tính công suất của cối xay gió

Máy phát điện gió gia đình, đặc biệt là những máy làm bằng tay của họ, vẫn chưa làm mọi người ngạc nhiên với công suất cao. Đó là điều dễ hiểu. Người ta chỉ cần tưởng tượng một cột buồm khổng lồ cao 8-10 m, được trang bị một máy phát điện với một dải cánh quạt dài hơn 3 m. Và đây không phải là cài đặt mạnh mẽ nhất. Chỉ khoảng 2 kW.

Để phục vụ các cối xay gió có sức mạnh như vậy, máy bay trực thăng và đội chuyên gia, số lượng lên tới hàng chục người, được sử dụng. Để tính toán một nhà máy điện như vậy, một số lượng lớn người biểu diễn thậm chí còn tham gia

Nói chung, nếu bạn dựa vào một bảng tiêu chuẩn cho thấy tỷ lệ công suất của máy phát điện gió và nhịp cần thiết của các cánh quạt, không có gì phải ngạc nhiên. Theo bảng, một cánh quạt 10 mét là cần thiết cho một cối xay gió 10 W.

Một ốc vít có đường kính 14 m sẽ được yêu cầu cho thiết kế 500 watt. Ngoài ra, thông số nhịp lưỡi phụ thuộc vào số lượng của chúng. Càng nhiều lưỡi, phạm vi càng nhỏ.

Nhưng đây chỉ là một lý thuyết, do tốc độ gió không vượt quá 4 m / s. Trong thực tế, mọi thứ có phần khác nhau và sức mạnh của việc lắp đặt trong nước đã có hiệu lực trong một thời gian dài chưa bao giờ vượt quá 500 watt.

Do đó, sự lựa chọn công suất ở đây thường giới hạn trong phạm vi 250-500 W với tốc độ gió trung bình 6-8 m / s.

Bảng về sự phụ thuộc sức mạnh của hệ thống năng lượng gió vào đường kính của cánh quạt và số lượng cánh quạt. Bảng này có thể được sử dụng để tính toán, nhưng có tính đến phần tổng hợp của nó cho tham số tốc độ gió lên tới 4 m / s (+)

Từ quan điểm lý thuyết, sức mạnh của một nhà máy điện gió được tính theo công thức:

N = p * S * V³/2,

trong đó:

• p - mật độ khối không khí;
• S - tổng diện tích thổi của cánh quạt;
• V - tốc độ dòng khí;
• N - tốc độ dòng khí.

Do N là một tham số ảnh hưởng đáng kể đến công suất của máy phát gió, nên công suất thực của quá trình cài đặt sẽ gần với giá trị tính toán của N.

Tính toán vít tuabin gió

Khi thiết kế cối xay gió, hai loại ốc vít thường được sử dụng:

• có cánh - quay trong mặt phẳng ngang;
• Rôto Savonius, rôto Daria - quay trong mặt phẳng thẳng đứng.

Thiết kế của các ốc vít có vòng quay trong bất kỳ mặt phẳng nào có thể được tính bằng công thức:

Z = L * W / 60 / V

trong đó:

• Z - mức độ tốc độ (tốc độ thấp) của trục vít;
• L - kích thước của chiều dài được mô tả bởi các lưỡi của vòng tròn;
• W - tốc độ (tần số) vòng quay của trục vít;
• V - tốc độ dòng khí.

Dựa trên công thức này, người ta có thể dễ dàng tính được số vòng quay W - tốc độ quay.

Đây là thiết kế của ốc vít có tên "Daria Rotor". Phiên bản cánh quạt này được coi là hiệu quả trong sản xuất máy phát điện gió có công suất và kích thước nhỏ. Tính toán của vít có một số tính năng

Một tỷ lệ làm việc của vòng quay và tốc độ gió có thể được tìm thấy trong các bảng có sẵn trên mạng. Ví dụ, đối với một ốc vít có hai lưỡi dao và Z = 5, mối quan hệ sau là đúng:

Ngoài ra một trong những chỉ số quan trọng của một cánh quạt gió là một bước.

Tham số này có thể được xác định bằng cách sử dụng công thức:

H = 2πR * tan α,

trong đó:

• 2π - hằng số (2 * 3.14);
• R - bán kính được mô tả bởi lưỡi dao;
• tg - góc phần.

Thông tin bổ sung về việc lựa chọn hình dạng và số lượng lưỡi dao, cũng như hướng dẫn cho sản xuất của họ được đưa ra trong bài viết này.

Lựa chọn máy phát điện cho cối xay gió

Có giá trị tính toán của tốc độ quay của trục vít (W) thu được bằng phương pháp trên, có thể chọn (chế tạo) máy phát tương ứng.

Ví dụ: khi mức độ tốc độ Z = 5, số lượng lưỡi bằng 2 và tốc độ 330 vòng / phút. Ở tốc độ gió 8 m / s. công suất máy phát nên xấp xỉ 300 watt.

Máy phát điện lắp đặt điện gió "trong phần".Một ví dụ đại diện cho một trong những thiết kế có thể có của một máy phát điện của hệ thống điện gió gia đình, được lắp ráp độc lập

Với các thông số này, động cơ được sử dụng trong việc chế tạo xe đạp điện hiện đại có thể là một lựa chọn phù hợp làm máy phát điện cho một trang trại gió gia đình. Tên truyền thống của bộ phận là một động cơ chu kỳ (sản xuất PRC).

Nó trông giống như một động cơ chu kỳ điện, trên cơ sở nó được đề xuất để chế tạo một máy phát điện cho một tuabin gió gia đình. Thiết kế của động cơ chu kỳ là lý tưởng để thực hiện mà hầu như không có tính toán và cải tiến. Tuy nhiên, sức mạnh của họ là nhỏ

Các đặc tính của động cơ chu kỳ điện là khoảng như sau:

Một tính năng tích cực của động cơ chu kỳ là thực tế chúng không cần phải làm lại. Chúng được phát triển xây dựng như động cơ điện tốc độ thấp và có thể được sử dụng thành công cho máy phát điện gió.

Để làm một cối xay gió, bạn có thể sử dụng máy phát điện ô tô hoặc thu thập đơn vị máy giặt.

Tính toán và lựa chọn bộ điều khiển sạc

Một bộ điều khiển sạc pin là cần thiết cho bất kỳ loại cài đặt năng lượng gió, bao gồm cả xây dựng trong nước.

Việc tính toán thiết bị này được giảm xuống thành việc lựa chọn mạch điện của thiết bị, tương ứng với các thông số tính toán của hệ thống gió.

Trong số các tham số này, các tham số chính là:

• điện áp định mức và tối đa của máy phát điện;
• công suất máy phát tối đa có thể;
• sạc pin tối đa có thể hiện tại;
• điện áp pin;
• nhiệt độ môi trường xung quanh;
• độ ẩm môi trường.

Dựa trên các thông số được trình bày, lắp ráp bộ điều khiển sạc tự làm hoặc lựa chọn một thiết bị đã hoàn thành.

Bộ điều khiển sạc pin được sử dụng như một phần của nhà máy điện gió. Một thiết bị sản xuất công nghiệp, lựa chọn mà bạn chỉ cần nghiên cứu kỹ các thông số kỹ thuật để phối hợp chính xác với hệ thống hiện có

Tất nhiên, mong muốn chọn (hoặc lắp ráp) một thiết bị có mạch sẽ cung cấp chức năng khởi động dễ dàng trong luồng không khí yếu. Một bộ điều khiển được thiết kế để sử dụng với pin có điện áp khác nhau (12, 24, 48 volt) cũng được chào đón.

Cuối cùng, khi tính toán (chọn) mạch điều khiển, không nên quên sự hiện diện của chức năng như điều khiển biến tần.

Lựa chọn pin cho hệ thống

Trong thực tế, các loại pin khác nhau được sử dụng và hầu như tất cả đều khá phù hợp để sử dụng như một phần của hệ thống năng lượng gió. Nhưng sự lựa chọn cụ thể sẽ phải được thực hiện bằng mọi cách. Tùy thuộc vào các thông số của hệ thống cối xay gió, việc lựa chọn pin được thực hiện theo điện áp, công suất, điều kiện sạc.

Các thành phần cổ điển cho cối xay gió gia đình được coi là pin axit chì cổ điển. Họ đã cho thấy kết quả tốt trong một ý nghĩa thực tế. Ngoài ra, giá thành của loại pin này dễ chấp nhận hơn so với các loại khác.

Pin chì-axit đặc biệt không chú ý đến các điều kiện sạc / xả, nhưng không thể chấp nhận đưa chúng vào hệ thống mà không có bộ điều khiển.

Nếu có một bộ điều khiển sạc được chế tạo chuyên nghiệp trong bộ máy phát điện gió có hệ thống tự động đầy đủ, có vẻ hợp lý khi sử dụng pin AGM hoặc helium.

Bộ pin máy phát điện gió. Không phải là lựa chọn tốt nhất, với sự hỗn loạn của dây và yêu cầu lưu trữ. Với trạng thái lưu trữ năng lượng này, người ta không thể tin vào tác dụng lâu dài của chúng.

Cả hai loại thiết bị lưu trữ năng lượng được đặc trưng bởi hiệu quả cao hơn và tuổi thọ dài, nhưng chúng có yêu cầu cao đối với điều kiện sạc.

Điều tương tự cũng áp dụng cho cái gọi là pin bọc thép loại helium. Nhưng việc lựa chọn các loại pin này cho một cối xay gió gia đình bị hạn chế đáng kể bởi giá cả. Tuy nhiên, tuổi thọ của những pin đắt tiền này là dài nhất so với tất cả các loại khác.

Những pin này cũng được phân biệt bởi một chu kỳ sạc / xả đáng kể hơn, nhưng tùy thuộc vào việc sử dụng bộ sạc chất lượng cao.

Tính toán biến tần cho tuabin gió gia đình

Cần lưu ý ngay: nếu thiết kế của tuabin gió năng lượng gia đình có chứa một pin 12 volt, thì việc lắp đặt một biến tần trên một hệ thống như vậy là hợp lý.

Trung bình, mức tiêu thụ điện của hộ gia đình ít nhất là 4 kW khi tải cao điểm. Do đó, kết luận: số lượng pin cho công suất như vậy ít nhất là 10 chiếc và tốt nhất là dưới điện áp 24 volt. Đối với một số lượng pin như vậy, việc cài đặt một biến tần là điều hợp lý.

Tuy nhiên, để cung cấp năng lượng đầy đủ cho 10 pin với điện áp 24 W mỗi pin và để duy trì ổn định điện tích của chúng, một tuabin gió có công suất ít nhất 2-3 kW sẽ được yêu cầu. Rõ ràng, đối với các thiết kế đơn giản trong gia đình, không thể kéo được một sức mạnh như vậy.

Một biến tần công suất nhỏ (600 W) có thể được sử dụng để lắp đặt nguồn điện gia đình nhỏ. Bạn có thể cấp nguồn cho TV hoặc tủ lạnh nhỏ từ các thiết bị như vậy với điện áp 220 volt. Có đủ dòng điện cho đèn trong đèn chùm

Tuy nhiên, công suất biến tần có thể được tính như sau:

1. Tóm tắt sức mạnh của tất cả người tiêu dùng.
2. Xác định thời gian tiêu thụ.
3. Xác định tải trọng cực đại.

Đối với một ví dụ cụ thể, nó sẽ trông như thế này.

Hãy để các thiết bị gia dụng như một tải: đèn chiếu sáng - 3 chiếc. Mỗi máy 40 W, đầu thu tivi - 120 W, tủ lạnh nhỏ gọn 200 W. Chúng tôi tóm tắt công suất: 3 * 40 + 120 + 200 và chúng tôi nhận được 440 watt sản lượng.

Chúng tôi xác định sức mạnh của người tiêu dùng trong khoảng thời gian trung bình là 4 giờ: 440 * 4 = 1760 watt. Dựa trên giá trị công suất thu được theo thời gian tiêu thụ, có vẻ hợp lý khi chọn một biến tần trong số các thiết bị như vậy có công suất đầu ra là 2 kW.

Dựa trên giá trị này, đặc tính điện áp hiện tại của thiết bị cần thiết được tính: 2000 * 0,6 = 1200 V / A.

Sơ đồ cổ điển tái tạo và phân phối năng lượng nhận được từ một máy phát điện gió kiểu hộ gia đình. Tuy nhiên, để cung cấp năng lượng lâu dài với số lượng thiết bị như vậy, cần cài đặt đủ mạnh (+)

Trên thực tế, tải từ hộ gia đình cho một gia đình ba người, nơi có đầy đủ thiết bị cho các thiết bị gia dụng, sẽ cao hơn so với tính toán trong ví dụ. Thông thường, về thời gian kết nối tải, tham số vượt quá 4 giờ. Theo đó, biến tần của hệ thống điện gió sẽ yêu cầu mạnh hơn.

Tính toán sơ bộ của cối xay gió rất hữu ích không chỉ cho việc lắp ráp độc lập. Cần xác định các tham số tối ưu khi chọn một máy phát điện gió thành phẩm.

Kết luận và video hữu ích về chủ đề này

Cách phân tích dữ liệu nguồn và cách áp dụng các công thức được trình bày trong video:

Nó là cần thiết để sử dụng dữ liệu tính toán trong mọi trường hợp. Cho dù đó là nhà máy điện công nghiệp hay được sản xuất cho điều kiện sống, việc tính toán từng nút luôn mang theo hiệu quả tối đa của thiết bị và quan trọng nhất là sự an toàn khi vận hành.

Tính toán được thực hiện trước xác định tính khả thi của dự án, giúp thiết lập dự án tốn kém hoặc kinh tế như thế nào.

Có kinh nghiệm trong việc giải quyết các vấn đề như vậy? Hoặc có câu hỏi về chủ đề này? Hãy chia sẻ kỹ năng của bạn trong việc tính toán và thiết kế một máy phát điện gió. Bạn có thể để lại ý kiến ​​và đặt câu hỏi trong mẫu dưới đây.