РАСЧЕТ И ИСПЫТАНИЕ ВЕТРЯНОГО ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОРА ВЕРТИКАЛЬНОГО ТИПА ВГШ-1
Зияданов ?уат
Студент Казахского университета технологии и бизнеса, г. Астана
Научный руководитель д. т.н.
Научно-Производственное Объединение «ЭнергоСберегающие Технологии»
Ветрогенератор изготавливается на заводе ТОО «ШИЛКА»
Т?йіндем: Ма?алада баламалы энергия к?зі болып табылатын, ВГШ-1 вертикальды желгенераторыны? сына? н?тижелері мен есептеу н?тижелері баяндалады.
Summary:The article shows the theoretical calculations and practical test wind turbine vertical type WTS-1.
XXI век является не только эпохой великих открытий и достижений в науке и технике, но это еще и время задуматься о том, что энергетические ресурсы не безграничны. Энергия была и остается главной составляющей жизни человека. Как предсказывают многие аналитики в сфере энергетики, уже к 2050 году запасы нефти на планете могут иссякнуть, и тогда человечеству придется придумать альтернативные виды энергетики.
С каждым годом наблюдается нехватка энергетических ресурсов, повышение цен, аварии на производстве повлекшие за собой экологические катастрофы. За время существования нашей цивилизации много раз происходила смена традиционных источников энергии на новые, более совершенные. В наши дни ведущими видами топлива пока остаются нефть и газ, но суть в том, что они относятся к истощаемым ресурсам [1].
Главной целью нашего проекта является разработать наиболее эффективный способ получений энергии, не вызывающей опасности окружающей среде.
Ветрогенераторы – один из символов меняющегося мира и источник альтернативной энергии. Принцип действия ветряных электростанций прост: ветер крутит лопасти ветряка, приводя в движение вал электрогенератора. Электрогенератор в свою очередь вырабатывает электрическую энергию [2].
В процессе работы над проектом, были поставлены задачи:
- Сопоставить какой из типов ветрогенераторов более эффективнее в работе Разработать ветрогенератор обладающей наибольшим количеством преимуществ Произвести расчеты и практические испытание ветряного электрогенератора
Сегодня существует огромное количество ветрогенераторов, они могут квалифицироваться по следующим параметрам:
- установка с осью вращения по горизонтали
- установка с осью вращения по вертикали
Горизонтальные генераторы могут использоваться для получения электричества из энергии ветра, благодаря подъемной силе и силе сопротивления. Установки с использованием подъемной силы более востребованы, так как могут вырабатывать большую силу. Ветряное колесо может иметь разное количество лопастей от одного до пятидесяти или даже больше. Ветряные колеса на установках с осью вращения по горизонтали иногда имеют фиксированное направление, что не позволяет им вращаться по отношению к вертикальной оси, которая может быть перпендикулярна ветру. Этот тип ветряного генератора может использоваться только при условиях, что на местности есть сильный ветер одного направления. Маленькие ветряные генераторы, как правило, используют обычное хвостовое оперение, а большие и более дорогие ветряные установки имеют специальную электронику [3].
Основные преимущества ветрогенераторов с вертикальной осью (ВВО):
- генератор с вертикальной осью вращения не страдает от гироскопических неустоек, как это может позволить себе ветрогенератор с горизонтальной осью (ВГО);
- лопасти из стекловолокна очень жесткие, но они надежны при очень сильном ветре. Они поддерживаются на обоих концах, поэтому конструкция более надежная;
- ВВО прекрасно работает с генераторами прямого двигателя;
- благодаря безопасному кронциркулю шахты можно легко добиться торможения установки, причем это не требует больших затрат;
- генератор находится на уровне земли, что позволяет снизить стоимость обслуживания по сравнению с ВГО.
Следует отметить, что наиболее перспективным видом ветрогенераторов принято считать модели, которые имеют вертикальную ость [4].
Нами был разработан ветрогенератор вертикально-осевого типа, который носит названия ВГШ-1(Ветровой генератор Шилка), обладающий целым рядом преимуществ по сравнению со своими родственными моделями:
• почти бесшумный при самых сильных порывах ветра;
• обеспечивает оптимальный КПД при любых ветровых капризах;
• ловит любые направления движения воздуха;
• берёт старт при минимальном дуновении ветерка до 1 м/сек;
• его можно располагать вблизи дома, на уличных фонарях, на столбах, на опорах видеонаблюдения, на крыше дома;
• не требует дополнительных приборов для запуска;
• совершенно безобиден для птиц, пчёл, окружающей среды;
• не боится мокрых снегопадов и обледенений.
Расчеты были сделаны с учетом на погодных условий города Астаны, так как связи с проведением международной выстовки EXPO-2017, потребуется дополнительный источник энергии.
Технические характеристики электрогенератора:
• магнитная индукция в зазорах между магнитными полюсами и сердечниками катушек - до 0.4 Тл
• выходное напряжение в режиме холостого хода при частоте вращения 1 оборот в секунду - 7 В (действующее значение)
• выходное напряжение растет прямо пропорционально частоте вращения
• максимальный выходной ток в режиме короткого замыкания - 0.6 А
• частота вращения, при которой достигается максимальный выходной ток в режиме короткого замыкания - 2 оборота в секунду
• внутреннее сопротивление - 11 Ом [5]
• размеры - не более 250 х 250 х 120 (с осью) мм3
• масса - не более 6 кг
ЗАКЛЮЧЕНИЕ:
Учитывая увеличение максимального изгибающего момента для столбов с уменьшением высоты столба для повышения эффективности на высоте 14 м можно поставить только один модуль, на высоте 10 м возможна установка 2 модулей ветрогенераторов, а на высоте 6 метров 3 модуля, что значительно увеличит объем вырабатываемой энергии. Схема электрогенератора с ротором на постоянных магнитах аксиального (дискового) типа. Количество постоянных магнитов 33-32 шт. (параметры магнита – кольцевой аксиальной намагниченностью, размерами 20*6,5*3,5*4 мм, цена 195 тг/шт), расположение очередное по полярности; Количество катушек 32 шт (параметры катушки – больший диаметр 16 мм, малый диаметр 5 мм, высота 5 мм, провод медный изолированный эмалью диаметром 0,25 мм, число витков 300) катушку возможно изготовить из пластика, в центре имеется вертикальное отверстие для крепления. Соединение катушек последовательное. Ветрогенератор ВГШ-1 работает в бесшумном режиме при самых сильных порывах ветра, ловит любые направления ветра. Аппарат можно установить как в городе, так и в сельской местности.СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Энергетика: проблемы и надежды, Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 5 (Электронный журнал).
2. Шефтер Я. И. и Изобретателю о ветродвигателях и ветроустановок, Издательство Министерство сельского хозяйства СССР, Москва-1957
3. Альтернативная энергетика и экология, 2010 г.
4. Павленко, генераторы автономных ветроэлектрических установок / , , // Актуальные проблемы энергетики АПК: материалы II Междунар. науч.-практ. конф. / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». – Саратов, 2011
5. Coil: Программа для расчета параметров и магнитного поля цилиндрического соленоида.
