М ОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Кафедра электроснабжения промышленных предприятий

Лабораторная работа №2

«Изучение работы ветроэнергетической установки»

Студент:

Группа:Эл-06-09 Преподаватель: Грозных В.

Москва 2013

Скорость ветра	n,об/мин	М, Нм	Wмех	Угол лопастей
2,5	0	0,1	0	0
3	0	0,2	0	0
3,5	95	0,3	3	0
4	220	0,4	10	0
4,5	1065	0,6	60	0
5	1260	0,6	70	0
5,5	1430	0,6	80	0
6	1630	0,6	100	0
6,5	1815	0,6	110	0
7	1900	0,6	110	5
7,5	1910	0,6	115	13
8	1906	0,6	110	20
8,5	1900	0,6	120	26
9	1900	0,6	115	30
9,5	1900	0,6	115	32
10	1900	0,6	115	35
10,5	1900	0,6	115	37
11	1900	0,6	115	38
11,5	1900	0,6	115	40
12	1900	0,6	115	40
12,5	2187	0,6	130	40
13	2280	0,6	140	40
13,5	2400	0,6	150	40
14	2500	0,6	150	40

Таблица результатов:

[об/мин]

[м/сек] [Нм] [м/сек]

[Вт]

[м/сек]

[^о]

[м/сек]

Цели курса:

• Изучение конструкции и принципа действия ветроэнергетических установок.

• Проработка физических основ "От ветра к валу"

• Ознакомление с различными концепциями ветрогенераторов

• Монтаж и пуск асинхронного генератора двойного питания

• Работа генератора при переменной силе ветра и регулирование выходного напряжения и частоты

• Определение оптимальных рабочих точек при изменяющемся ветре

Лабораторная установка:

Состав:

Управляющее устройство для ветрогенератора с АГДП

Трехфазная многофункциональная машина (генератор двойного питания).

Разделительный трансформатор, трехфазный, для ветрогенератора.

Инкрементный датчик положения, 1024 импульса.

Испытательный стенд серводвигателей 1 кВт.

Электроснабжение электрических машин.

Манжета муфты сцепления 1 кВт 2шт.

Обшивка муфты сцепления 2 кВт 2шт.

Аналоговый/цифровой мультиметр, ваттметр и фазометр.

Трехфазный измеритель.

Комплект безопасных измерительных проводов 4 мм.

Комплект безопасных перемычек 4 мм 20 шт.

Безопасный штепсельный разъем 19/4 мм с отводом 5 шт.

Конструкции ветрогенераторных установок

Ветер - это движущаяся с определенной скоростью масса воздуха.

Следовательно ветер содержит кинетическую энергию. В ветрогенераторной

установке (сокращенно ВГУ) эта энергия ветра сначала преобразуется во

вращательное движение. Это происходит благодаря ветроколесу с

подсоединенным роторным валом.

Валы ветроколес на ВГУ могут располагаться вертикально или горизонтально.

К онструкции с вертикальным валом

Конструкция ветроколеса, разработанная

в конце XIX века финским капитан-

лейтенантом Сигурдом Савониусом,

нашла широкое применение, прежде

всего, как крыльчатка вентилятора на

судах или автофургонах. Иногда она

применяется также для механического

привода небольших водяных насосов.

В 1925 году француз Жорж Дарье

(Darrieus) изобрел конструкцию,

показанную на рисунке. Преимущество

этой конструкции заключается в

независимости от направления ветра,

кроме того все компоненты могут быть

смонтированы на земле. Но недостатком

является то, что ветроколесо не может

прийти в движение самостоятельно и нет

возможности регулирования числа

оборотов путем изменения положения

лопастей.

Показанный здесь H-образное

ветроколесо является

усовершенствованием ветроколеса

Дарье. До сегодняшних дней эта

конструкция не добилась особых

экономических успехов. Но благодаря

простоте этой конструкции сейчас

намечается перелом в области малых

ветрогенераторных установок

Пропеллерная конструкция

К онструкции с вертикальным валом ветроколеса

играют в сегодняшней ветроэнергетике лишь

второстепенную роль. Первое место бесспорно

принадлежит конструкциям с горизонтальным валом

ветроколеса, имеющего форму пропеллера. Можно

сказать, что понятие "пропеллер" не совсем

правильное, так как ветроколесо не создает

движущей силы, как это имеет место, например, на

самолете. Точно говоря, следовало бы применять

понятие "репеллер". Но так как понятие "пропеллер"

уже прочно вошло в обиход, мы будет его применять

в этом курсе.

Это обосновано, главным образом, следующими

признаками:

• Лопасти ветроколеса могут в этой конструкции

изменять свое положение по отношению к

своей продольной оси (изменение угла

установки лопасти). Это дает возможность

регулирования крутящего момента ветроколеса

и тем самым отдачи мощности. Кроме того

регулирование угла установки лопастей

обеспечивает надежную защиту от слишком

высокого числа оборотов при экстремальных

скоростях ветра.

• Форма лопастей ветроколеса может быть

оптимально подобрана с учетом аэродинамики.

Это позволяет получать максимальные к.п.д.

• Ветрогенераторные установки этой конструкции

имеют чрезвычайно большое технологическое

преимущество.

Так как сегодня почти все эксплуатируемые

ветрогенераторные установки имеют пропеллерную

конструкцию и используются для производства

электроэнергии, мы рассмотрим с Вами более

подробно эту конструкцию.

Ветрогенераторные установки с редуктором

Итак, содержащаяся в ветре энергия преобразуется ветроколесом ВГУ во

вращательное движение вала. Это означает следующее: На вал ветроколеса

действует момент вращения, поворачивающий его с определенным числом

оборотов соответственно на 360°. Затем число оборотов вала ветроколеса

повышается редуктором, т.е. преобразуется в высокую скорость. Быстроходный вал

на выходе редуктора приводит в движение ротор генератора. Ротор индуцирует на

статоре генератора напряжение и ток. Генератор связан с электрической сетью

через трансформатор и другие устройства.

На этих ВГУ применяются асинхронные генераторы. Их ротор нуждается в высоком

числе оборотов, т.е. должен приводиться быстроходным валом. Это необходимо

для того, чтобы обеспечить требуемые сетью параметры, например, частоту сети

50 Гц.

Число оборотов быстроходного вала (вала ротора генератора) в большинстве ВГУ

составляет 1000 - 1500 оборотов в минуту (rotation per minute, rpm), а частота

вращения "тихоходного" вала ветроколеса всего лишь 16 об./мин. Поэтому

требуется редуктор обеспечивающий повышение скорости вращения с 16 до 1000

или 1500 об./мин. В связи с высоким передаточным числом (например, 1 : 100) и

высокими усилиями здесь применяются планетарные коробки передач.

Ветрогенераторные установки без редуктора

Но уже около десяти лет эксплуатируются также ВГУ без редукторов, в которых

ротор генератора приводится в движение непосредственно тихоходным валом.

На установках такого рода применяются четырехполюсные синхронные

генераторы. Они отличаются значительно большей трудоемкостью при

изготовлении и соответственно более высокой ценой.

Основные компоненты ветрогенераторной установки:

• Башня и фундамент.

• Гондолла

• Лопасти (+молниезащита)

• Генератор

Ветрогенератор с постоянной скоростью вращения

Асинхронные генераторы, непосредственно подключаемые к сети

(непосредственная связь с сетью), применялись, прежде всего, в начальный период

получения электроэнергии на ВГУ. В увязке с трехлопастными ветроколесами

датских ВГУ, оснащенных регулированием срыва потока, он являются наиболее

распространенной электрической концепцией, прежде всего в случае небольших

установок с мощностью в киловаттном диапазоне. Применяемые на этих установках

асинхронные генераторы с короткозамкнутым ротором не требуют большого ухода

и относительно дешевы. Кроме того не требуется сложная система регулирования

угла поворота лопастей. Эта конструкция известна также под названием "датская

концепция".