Муки выбора ветряка

Михаил26 зачем-то 3 короткие лопасти к 3-м длинным приделывал. В соседней ветке про мини-ветрогенераторы.
Получились 6-лопастные недо-колёса, наверное для повышения момента страгивания.

Если ветра долго нет, такую гарантию даст только 200-метровая мачта

А генератор для прикидок можно предположить максимально хреновый - 50Вт при 600RPM

 

Что было впервее курица или яицо? Так же и тут... без данных генератора что обсуждать?

 

У меня Debian и китайский ARM-процессор - так что доса не найдется

Спасибо, не знал о таком. Теперь буду знать.

Я говорил именно о средней за целый год выработке, а не ежедневной. Еще раз обращаю внимание - средней.
То ли объяснил свои желания криво, то ли меня тут многие почему-то не поняли. А поняли меня именно как будто бы я хочу иметь гарантированную ежедневную выработку 0.5квтч. Нет и еще раз нет. Среднюю, причем на очень длительных промежтках времени. Сейчас я говорю про год, но метеоданные продолжают собираться и на следующий год я уже буду говорить о двухлетнем усреднении. Это дачнику важно чтобы электричество гарантированно было имнно тогда когда у него получилось добраться до своей дачи. А я тут постоянно живу и за счет альтернативной энергии просто экономлю топливо для генераторов. Экономлю, а не заменяю ветром и солнышком генераторы с двс. С точки зрения среднегодовой экономии - безразлично, есть ли ветер в каждый конкретный момент времени. Не сэкономится сегодня - сэкономится завтра. Или в следующем месяце. Важно лишь то, что за год должно быть извлечено из ветра 365*0.5=182.5квтч. Ну разве что сразу учесть не особо высокий кпд преобразования механической энергии в электрическую и заложить некоторый запас процентов 20-30 при расчете винта. Думаю это будет не особо далеко от реальности.

Можно и так, но я предлагаю вообще абстрагироваться пока от генератора, о говорить только и исключительно о механической мощности и механической энергии на валу винта. Как ее потом дальше преобразовывать - это отдельный вопрос, достойный отдельного обсуждения. Вот когда определимся с винтом, наиболее эффективно собирающем энергию из воздуха и будем знать что у него на выходе (на валу) - тогда уже под это будем подбирать генератор, благо сейчас выбор есть. Это полтора десятка лет назад делали винт под тот генератор который удалось какими-то левыми путями добыть. Сейчас же всяких разных BLDC электромашин с постоянными магнитами продается очень много. А во выбор воздушных винтов намного меньше, поэтому винт придется считать и делать. Подобрать готовый скорее всего не получится. Да, я видел ссылку на китайские лопасти - только вот по ним там нет никакой технической информации и невозможно прикинуть как они будут работать в моих условиях.

Не согласен. Инженерные проблемы надо решать двигаясь от задачи. Здесь задача - наиболее эффективное извлечение энергии из воздуха при имеющихся параметрах ветра.

 

Стало интересно понять, насколько вообще может нагреться обмотка генератора.

Нужно, наверно, прикинуть массу нагреваемых обмоток ветрогенератора, их теплоёмкость и посмотреть, насколько они нагреются от пришедшей в них энергии
Ветряк: 2 метра диаметр,
Площадь ветроколеса 3,14 кв. метра.
Скорость ветра 33 м/с.
Сквозь ветряк проходит 100 кубометров воздуха в секунду.
За 10 секунд проходит, соответственно, 1000 кубов воздуха.
Плотность воздуха примерно 1,25 кг/кубометр.
Значит, за 10 секунд через ветряк проходит 1250 кг воздуха.
1250 кг, их скорость 119 км/ч (33 м/с),
значит, кинетическая энергия, поступающая за 10 секунд на генератор, равна
1250*33*33/2= ~ 680000 Дж
Допустим, масса обмоток 2 кг.
Теплоёмкость меди 385 Дж/кг градус, значит у двух кг меди будет теплоёмкость 385 * 2 = 770 Дж/градус.
Делим весь приход энергии 680000 Дж на 770 Дж/градус, получаем максимум 883 градуса температура обмоток после 10 секунд давления ветра на ветроколесо D=2м (S=3,14кв.м).
Температура плавления меди 1083 градуса Цельсия.

Если ветер дует не 10 секунд, а часть энергии отбирается на нагрузку (до 30%) - мы вообще не учитываем пока. Но ветер порой дует по полчаса и более.

Мне кажется, действительно критичны штормовые ветра для обмоток.

Но тут нужно понимать, какие максимальные скорости ветра были за последние 25 лет в даной точке (не в порту, открытом западному ветру, на высоте 30 метров, а именно у Вас в лесу)

У Вас на лесной опушке может никогда и не было ветра 33 м/с, а максимум, допустим, был 20 м/с, тогда конечно 2 кг медных обмоток нагреются меньше, всего до 321 градуса, за 10 секунд такого давления ветра 20 м/с, ну и т. д).

Возможно, обмотки - весят больше, тогда их разогрев будет, соотв. - меньше.
Я весьма условно взял 2 кг.

 

С этим никто и не спорит. При шторме тормозить винт надо не закорачиванием обмоток, а уводом его из-под ветра.
Например у меня при слишком сильном ветре ветряк опрокидывается винтом вверх. Не самый лучший вариант потому что возврат в рабочее положение сопровождается заметным ударом, но за десять лет ветряк не сломался.

Кстати, в Вашем расчете я не увидел поправку на неидеальность преобразования энергии движения воздуха в механическую энергию вращения вала генератора.

Опять подход не с той стороны. Винт и его защиту надо считать исходя из реального ветра в данной местности, а не прятать его специально за препятствиями. Если есть лес - значит ветряк надо или поднять или отодвинуть или то и другое.

 

Коэффициент использования энергии ветра у среднего ветроколеса порядка 30%, так что "урежьте осетра" втрое.

А нужен класс нагревостойкости изоляции обмоток, он 120...155°С обычно.

И многие электромашины имеют встроенный (на главном валу) вентилятор, который тепло сдувает.
Внешний ветер с осадками пускать нельзя - пыль принесёт вместе с коррозией.

Диаметр есть и число лопастей, по ним считается быстроходность и ометаемая площадь, остальное мелочи, кроме макс. скорости до разрушения и стойкости к ультрафиолету.

 

Не, я про другое имел ввиду.

Если ветряк стоит на 13 метрах, всё есть, всё работает, а Вы решили чуть увеличить ветроколесо, то тогда, если не менять высоту и место мачты, легко рассчитать, зная вес обмоток генератора, приход энергии до вывода ветряка из-под ветра.

Да, согласен, я там не посчитал теплоотвод от генератора, корпус генератора эффктивно охлаждается огромными массами воздуха в ураган.

Исходил из максимальных значений разогрева, чтобы с форой, гарантией.

 

Согласен, но, понимая, сколько энегрии выделится на обмотке, в меди, можно затем уже легко и сопоставить с макс. Т изоляции.

 

Массу аккумуляторов и проводов к ним не учли, а там тоже энергия ветра выделяется!
И в токах Фуко магнитной системы, при росте частоты.
Ненагруженные обмотки (разомкнутая цепь) не сгорят в любой ураган.
Паразитные межвитковые ёмкости учитывать рано.

Я ушёл из этого дурдома ПТУ, пока троллем не обозвали

 

Профиль лопасти - мелочи? Позвольте не согласиться. И с шагом винта вопрос мне не ясен.

Анализ исходной задачи - получения энергии из ветра - позволит определить степень влияния разных факторов
на выработку энергии. И начать оптимизацию с самых существенных, а не с второстепенных, мало влияющих на результат.

Напрасно Вы обижаетесь. Все мы когда-то чего-то не знали или не умели.
И уж тем более расчет выделения энергии в меди вполне имеет право на жизнь, надо только в него кпд винта добавить. Однако и так он показывает что тормозить винт закороткой генератора - весьма чревато неприятностями.
Интуитивно я и раньше так думал, несмотря на то что такие примеры встречаются в интернете.

 

Вот тут есть одна неувязка. Ветер может и будет давить в течении 10 сек (да хоть 5 часов, без разницы), но такого огромного количества энергии "выдавить" не сможет.
Причина в том, что как только будет обеспечена полная утилизация (в данном случае на нагрев обмоток генератора, то есть КЗ обмоток) генерируемой энергии, частота вращения генератора немедленно начнет падать. При этом будет уменьшаться количество вырабатываемой энергии и увеличиваться углы атаки лопастей (если они с неизменным углом установки), что в свою очередь будет снижать КПД ветроколеса. Если диаметр ветроколеса примерно соответствует возможностям ветрогенератора, то торможение доведет до того, что наступит срыв потока на лопастях и о сколь нибудь эффективной генерации говорить вообще не придется, ветроколесо не остановится, но и выработки сколь-нибудь значительного количества энергии не будет.
Мой ВГ с диаметром ветроколеса 2.7 м. и генератором номинальной мощностью 1 кВт (максимальная 1.5 кВт) уже 4 года останавливается закорачиванием обмоток.
От ВГ до места установки магнитного пускателя, посредством которого "коротятся" обмотки, расстояние около 30 метров и еще 8 метров высота мачты.
Площадь сечения каждой из троех жил кабеля, которым подключен ВГ - 5 мм. кв.
В прошлом году в течении 5-ти месяцев гонял ВГ в диком режиме: при напряжении на АКБ 57 В ВГ останавливался (КЗ обмоток), при напряжении АКБ 52 В ВГ разрешалось работать. То есть "коротыш" обмоток устраивался именно во время работы ВГ (пусть не всегда, если напряжение выросло из-за работы СБ, но все же).
Никаких негативных последствий такого режима не обнаружил, контакты магнитного пускателя не чистил ни разу, так как они не подгорели.
Я это к тому, что если возможности ветроколеса с неизменным углом установки лопастей и генератора подобраны правильно, то и бояться нечего.

 

Нет опасности при мало-мальском грамотном подходе.

 

Спасибо большое!
А как быстро будет падать частота оборотов?
Скажем, за те же 10 секунд насколько упадёт? Допустим даже почти до ноля, но тогда ещё
любопытно, а, скажем, за 5 секунд, за 3 секунды и так далее .. ?
Вы примерно не замеряли на своём ветрогенераторе?

И ещё вопрос, может быть тоже удалось заметить, при каких максимальных скоростях ветра удавалось тормозить и останавливать ветрогенератор путём закорачивания обмоток?

 

Так и у меня ничего не горит если генератор замкнуть. Но у меня винт заведомо "меньше" генератора.
Поэтому про грамотный подход совершенно верно сказано. От балды любой произвольно взятый ветряк коротить всё же нельзя.

 

1. не более 1 секунды, практически сразу после закорачивания обмоток. Силу тока при этом не измерял, наверняка не маленький, но и щетки токосъемного узла генератора за 5-й год эксплуатации еще не менял, терпят
2. Не могу сказать, но затормозить удавалось всегда.
Наблюдал процесс торможения "родным" китайским контроллером (давно не использую) при сильном порывистом ветре, когда подошел заряд с градом.
Вот внутренности того контроллера:

Справа балластные сопротивления. Если правильно понимаю, то тут даже КЗ не устраивалось, и этого хватало.