|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Вітряна електростанція з урахуванням асинхронного електродвигуна. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Альтернативні джерела енергії Проблеми дешевої енергії розбурхують уми багатьох. Мене вони теж не оминули. Але, як з'ясувалося, лиха біда почала. Питання при проектуванні та будівництві станції виникли практично відразу. Ось тільки деякі з них: "Який генератор використовувати?", "Як досягти стабільності вихідної напруги при сильних змінах вітру, швидкість якого коливається від 2 до 25, а то й 30 м/с?", "Що робити, коли вітер пропаде повністю ?", Як розвантажити вітродвигун при сильних бурях і ураганах?", "Як бути у випадках, коли вітер є, а енергія не використовується або, навпаки, коли енергія потрібна, а вітру немає?", "Як зберегти та ефективніше використовувати надлишки енергії?" і, нарешті, "Яка конструкція самого "вітряка" краща?". У ролі генератора використовувалися автомобільні генератори, і синхронні двигуни. Але в обох випадках один і той же недолік: потрібні надто великі оберти ротора вітродвигуна, а це, у свою чергу, призводить до збільшення передавального числа редуктора, а отже, і збільшення габаритів вітрового крила. Сюди також додаються велика нестабільність частоти та складність надійної стабілізації вихідної напруги, а у разі використання синхронного двигуна ще й великі габарити та маса. У ході довгих пошуків віддали перевагу генератору на базі асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором. Переваги даного генератора воістину вражають: невеликі габарити та маса при досить великій потужності; немає необхідності у напрузі збудження; якщо використовувати тихообіговий двигун, то й потужність ротора можна зменшити; вихідна частота практично залежить від швидкості обертання ротора генератора. Однак є і суттєвий недолік: цей генератор не можна перевантажувати. Схема включення асинхронного двигуна із короткозамкненим ротором показана на рис.1.
Технічні характеристики вітрогенераторної установки:
При обертанні ротора двигуна залишкове магнітне поле діє одну з обмоток статора. При цьому виникає невеликий електричний струм, який заряджає один із конденсаторів С1-C3. Завдяки тому, що фаза напруги на конденсаторі відстає на 90°, на роторі виникає магнітне поле вже більшої величини, яке діє наступну обмотку. Відповідно, наступний конденсатор зарядиться на більшу напругу. Цей процес триває до тих пір, поки ротор генератора не увійде до насичення (1...1,5 с). Після цього можна включати автомат В2 і використовувати енергію, що виробляється генератором. Причому для нормальної роботи двигуна в режимі генератора потужність навантаження повинна становити не більше 80% застосованого як генератор двигуна. Інші 20% застосовуються підтримки напруги на конденсаторах, тобто. підтримки генератора у робочому стані. При перевищенні даної умови напруга на конденсаторах зникне, а значить, зникне магнітне поле на якорі, що призведе до зникнення напруги на клемах автомата В2. Причому це відбувається майже миттєво. У цьому є свій недолік і гідність. Недоліком є те, що повторна подача напруги можлива лише тоді, коли буде усунуто причину перевантаження та вимкнено автомат В2. Генератор знову увійде до робочого режиму (через 1...1,5 с). Після цього можна включати В2 та використовувати енергію. До гідності належить той чинник, що генератор практично неможливо спалити, оскільки напруга з його клемах зникає миттєво, протягом 0,1...0,5 з. Вихідна напруга має синусоїдальну форму та цілком придатна для подальшого використання. Вихідна частота генератора 46...60 Гц, що у більшості випадків достатньо для домашнього використання. Через нестабільність напруги на виході генератора довелося виготовити стабілізатор. Декілька слів про додаткові конденсатори. У таблиці вказана ємність конденсаторів на один кіловат встановленої потужності двигуна, а для роботи з навантаженням - додаткова ємність на кожен кіловат навантаження. Наприклад, є двигун потужністю 3 кВт. До нього передбачається підключати реактивне навантаження (електродвигун, зварювальний апарат...) сумарною потужністю приблизно 2 кВт. При цьому ми хочемо, щоб між фазами було 380 В. Отже, ємність конденсатора С1 становитиме (3х5) + (2х6) мікрофарад. Оскільки С1=С2=С3, то нам знадобляться три конденсатори ємністю 30 мкФ. Якщо конденсатора необхідної ємності немає, можна паралельно з'єднати конденсатори меншої ємності. Конденсатори повинні бути паперові або металообладнання на напругу не нижче 450 В, а краще - на 630 В. За своїм досвідом можу сказати, що найкраще включати генератор на напругу між фазами 220 В, а між нулем та фазою 127 В. Це викликано тим, що для нормальної роботи генератора перекіс фаз не повинен перевищувати 45 °. Електропроводку у разі можна зробити за схемою, показаної на рис.2. За такої схеми вдається максимально розвантажити генератор.
Крім того, живлення освітлювальних ламп розжарювання та деякі нагрівальні прилади краще живити постійним струмом. Для генератора необхідно використовувати тихообіговий двигун із короткозамкненим ротором. Найкраще застосувати двигун на 360...720 об/хв, але підійде двигун на 910 об/хв. Це викликано необхідністю обертати ротор з більшою приблизно вдвічі швидкістю, ніж зазначено в паспорті на двигун, та зменшенням числа передачі редуктора. Сама вітрогенераторна установка може бути виконана за будь-якою зручною для вас схемою. Я ж пропоную таку конструкцію. Вітродвигун є комбінацією роторів Даре і Савоніуса, яка трохи спрощена і доопрацьована. Принцип роботи показаний на рис.3 і пояснення не потребує.
Вітродвигун (рис.4) складається з вітряного крила 1, опори 2 і власне генератора 3. Опора жорстко забетонована та укріплена трьома натяжними тросами 4. Опору можна виготовити з дерева, бетону, металу.
Можна застосувати опору, яку використовують для передачі електрики, або палю. Як розтяжки краще використовувати сталевий трос діаметром 6...9 мм або сталевий дріт діаметром 10...12 мм. Милиці, за які кріпляться розтяжки, також потрібно добре забетонувати. Каркас крил вітродвигуна можна виготовити із труб діаметром 1 дюйм, його креслення показано на рис.5.
Елерони можна виготовити із сталевого прутка діаметром 6 мм. Як провідний вал використана товстостінна труба діаметром 2...2,5 дюйма, в нижній кінець якої впресований вал довжиною 300...400 мм. У нижньому кінці валу зроблено канавку під шків. Підшипники взяті сферичні з конусними затискачами марки 2000810 із відповідними корпусами. Після збирання крило необхідно збалансувати. До опори зібране крило кріпиться будь-яким зручним способом, але, головне, щоб кріплення було досить жорстким та надійним. Експериментально було встановлено, що найкращим матеріалом для обтягування крила є поліетиленова плівка товщиною 80...120 мкм. Вона досить міцна, легка та дешева, дозволяє відмовитися від гальмівного механізму, який, до речі, в даному пристрої неприйнятний, тому що при сильному вітрі крило буде знищено. Обтягувати поліетиленовою плівкою потрібно кілька шарів, спаюючи по швах паяльником через шматок поліпропіленової плівки. Рекомендую спочатку потренуватися у пайці. Спаяний шов має бути рівним та міцним. Крило, звичайно, можна обтягнути й іншими матеріалами, наприклад парусинової тканини, фанерою або навіть металом, але при цьому потрібно подумати про пристрій, який дозволить розвантажити його при сильному вітрі. Обтяжка металом чи фанерою не рекомендується через збільшення маси крила. Сам каркас можна зробити з дюралюмінію, що зменшить його масу, але цей матеріал дорожчий. Також було випробувано крило з соснових рейок перетином 50Ч50 мм, проте результат був не дуже, так як при першому сильному вітрі його рознесло на шматки. Для приводу валу генератора застосовано редуктор. Можна використовувати редуктор будь-якої системи, окрім черв'ячної. Як було зазначено, вал генератора потрібно обертати приблизно з подвоєною швидкістю, а вал вітродвигуна обертається зі швидкістю 500 об/хв при швидкості вітру 5 м/с. Звідси й обмеження на використовувані двигуни як генератор. Найкращим варіантом може бути двигун на 360 об/хв, але можна застосувати двигун на 720 об/хв. У разі використання двигуна на 910 об/хв потрібно збільшити висоту крила на 500 мм. Збільшувати крило по ширині не рекомендується, тому що при цьому зменшиться частота обертання, зменшувати теж не слід, тому що при збільшенні швидкості обертання сильно зменшиться потужність, причому закон нелінійний зменшення. При підборі редуктора потрібно керуватися наступним правилом: за номінальні обороти крила вітродвигуна потрібно брати величину 500 об/хв, що відповідає швидкості вітру 5 м/с, частота обертання валу двигуна збільшується на 2,3 далі шляхом нескладних обчислень отримуємо коефіцієнт передачі Варіант кріплення генератора до опори із застосуванням ремінного редуктора показаний на рис.6. Сам кронштейн легко прикріпити до опори за допомогою шести шпильок. Із зубчастим редуктором кріплення набагато простіше.
Не рекомендую робити вал вітродвигуна надто довгим, тому що його може просто перекрутити. Монтаж вітродвигуна потрібно проводити у безвітряну погоду з використанням страхових поясів та монтажних кігтів. Всю конструкцію необхідно заземлити. Опір заземлення має бути трохи більше 2 Ом. У підніжжя потрібно встановити шафу, в якій необхідно розмістити конденсатори С1-C3, автомати В1-В2, діоди V1-V6, стабілізатор напруги, автомат управління, чотири акумулятори та потужний перетворювач напруги для забезпечення електроенергією за часів штилів. Автомат управління забезпечує перемикання ланцюгів живлення залежно від навантаження та швидкості вітру. Потужний перетворювач напруги забезпечує заряд акумуляторів під час роботи генератора в холосту, а також живлення мережі від акумуляторів за відсутності вітру або сильно заниженої напруги на генераторі. Коли немає вітру та акумулятори розряджені, автомат керування забезпечує подачу енергії зі штатної мережі. На жаль, автомат управління та потужний перетворювач напруги не входять у рамки цієї статті. Кабель, яким виробляється з'єднання генератора і силової шафи, має бути трифазним з перетином жили не більше 4 мм2. Кабелі, якими здійснюється з'єднання шафи зі споживачами, можуть бути такими ж. Шина заземлення має бути перетином не менше 12 мм2. Увага! Усі роботи з монтажу електроустановок потрібно виконувати при вимкненому автоматі В1 та розряджених конденсаторах С1-C3. Багато проблем таки вирішити не вдалося. Наприклад, яким чином зберігати енергію, що не використовується, щоб можна було скористатися нею в часи штилів? Звичайні свинцеві та лужні акумулятори показали не найкращі результати. Сподіваюся, що читачів теж зацікавить ця проблема, і вихід таки буде знайдено. Даний генератор можна підключити до двигуна внутрішнього згоряння і використовувати його як баластний. Однак паливо для таких двигунів все-таки потрібно купувати, а це не дуже вигідно. Ємності конденсаторів, що включаються до фаз, у мікрофарадах на 1 кВт потужності наведені в таблиці:
Автор: В.В. Чирка
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Професійний 32" 4K-монітор ASUS PA328Q ▪ Контролер навантаження для систем живлення через Ethernet ▪ Акумуляторні аноди з крабових панцирів
▪ Розділ сайту Передача даних. Добірка статей ▪ стаття Ракетоплан S-4-D. Поради моделісту ▪ стаття Як довго триває Фауст Ґете? Детальна відповідь ▪ стаття Майстер дільниці основного виробництва. Посадова інструкція ▪ стаття Блок запалення бензинового обігрівача. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Сучасні кремнієві фотодіоди. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page