固定风速时升力型与阻力型转子的电流电压特性研究*

2015-12-23何景恒万泽华

物理通报 2015年7期

关键词：升力风力发电机

何景恒　程霞　万泽华

*国家大学生科研创新基金资助，编号：201410256154；上海市大学生科研创新基金资助．

指导教师：陈东生(1978-　)，男，博士，主要研究方向为薄膜电池．

(上海电力学院　上海　201400)

张庚华

(武警政治学院　上海　200435)

陈东生

(上海电力学院　上海　201400)

固定风速时升力型与阻力型转子的电流电压特性研究*

何景恒程霞万泽华

*国家大学生科研创新基金资助，编号：201410256154；上海市大学生科研创新基金资助．

指导教师：陈东生(1978-)，男，博士，主要研究方向为薄膜电池．

(上海电力学院上海201400)

张庚华

(武警政治学院上海200435)

陈东生

(上海电力学院上海201400)

摘要：搭建了风力发电的实验装置，并利用该装置研究了固定风速时升力型与阻力型转子的电流-电压特性曲线的关系，同时测定不同情况下的功率关系．

关键词：固定风速升力型转子阻力型转子电流-电压

1引言

风是一种潜力很大的新能源，目前全世界每年燃烧煤所获得的能量，只有风力在一年内所提供能量的三分之一．风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视．其蕴量巨大，全球的风能约为2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍．20世纪30年代，丹麦、瑞典、前苏联和美国应用航空工业的旋翼技术，成功地研制了一些小型风力发电装置．现在，人们感兴趣的，首先是如何利用风来发电，以及不同类型的转子的电流-电压特性曲线．

2实验原理

风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电．依据目前的风车技术，大约是3m/s2的微风速度(微风的程度)，便可以开始发电．尽管风力发电机多种多样，但归纳起来可分为两类：一是水平轴风力发电机，风轮的旋转轴与风向平行；二是垂直轴风力发电机，风轮的旋转轴垂直于地面或者气流方向．

水平轴风力发电机可分为升力型和阻力型两类．升力型风力发电机旋转速度快，阻力型旋转速度慢．对于风力发电，多采用升力型水平轴风力发电机．

正常运行中，风力发电装置的负载也对转子有影响；通过测量升力型以及阻力型转子的能效，我们将观察到，风力发电装置的安装式是能量转换性能的决定因素．固定风速下，测量风力发电装置的输出特性曲线即可了解升力型以及阻力型转子的特性．其实验原理图如图1所示．

图1　实验原理图

3固定风速时升力型与水平轴转子的电流-电压特性曲线

3.1实验步骤

(1)建立好实验系统．风力转换器作为升力型或者阻力型．

(2)将电压表的测量范围调至“DCV20V”，电流表的测量范围调至“DCA200mA”．鼓风机设定一个确定的风速，在整个试验中风速不变，首先将风能转换器以升力型模式来使用．

(3)负载中的电位器在0～100Ω取不同的值．

(4)在测量表格中记录每次测量的电压和电流值．

(5)计算其输出功率．并且针对无负载运行状况，添加额外的测量点(电流为零时)．为此，断开负载与电流表间的连线．再将风能转换器以阻力型模式，重复做之前的实验．为此，先将风扇叶片倾斜角度设置为零．然后去掉保护罩，安装挡风板．将转换器从先前实验中的位置，再向右旋转90°，之后将其与底座板固定安装好．设置如表1.