何景恒　程 霞　萬澤華

*國家大學(xué)生科研創(chuàng)新基金資助，編號：201410256154；上海市大學(xué)生科研創(chuàng)新基金資助．

指導(dǎo)教師：陳東生(1978-　)，男，博士，主要研究方向為薄膜電池．

(上海電力學(xué)院　上海　201400)

張庚華

(武警政治學(xué)院　上?！?00435)

陳東生

(上海電力學(xué)院　上海　201400)

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固定風(fēng)速時升力型與阻力型轉(zhuǎn)子的電流電壓特性研究*

何景恒程 霞萬澤華

*國家大學(xué)生科研創(chuàng)新基金資助，編號：201410256154；上海市大學(xué)生科研創(chuàng)新基金資助．

指導(dǎo)教師：陳東生(1978-)，男，博士，主要研究方向為薄膜電池．

(上海電力學(xué)院上海201400)

張庚華

(武警政治學(xué)院上海200435)

陳東生

(上海電力學(xué)院上海201400)

摘 要：搭建了風(fēng)力發(fā)電的實驗裝置，并利用該裝置研究了固定風(fēng)速時升力型與阻力型轉(zhuǎn)子的電流-電壓特性曲線的關(guān)系，同時測定不同情況下的功率關(guān)系．

關(guān)鍵詞：固定風(fēng)速升力型轉(zhuǎn)子阻力型轉(zhuǎn)子電流-電壓

1引言

風(fēng)是一種潛力很大的新能源，目前全世界每年燃燒煤所獲得的能量，只有風(fēng)力在一年內(nèi)所提供能量的三分之一．風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到世界各國的重視．其蘊量巨大，全球的風(fēng)能約為2.74×109MW，其中可利用的風(fēng)能為2×107MW，比地球上可開發(fā)利用的水能總量還要大10倍．20世紀(jì)30年代，丹麥、瑞典、前蘇聯(lián)和美國應(yīng)用航空工業(yè)的旋翼技術(shù)，成功地研制了一些小型風(fēng)力發(fā)電裝置．現(xiàn)在，人們感興趣的，首先是如何利用風(fēng)來發(fā)電，以及不同類型的轉(zhuǎn)子的電流-電壓特性曲線．

2實驗原理

風(fēng)力發(fā)電的原理，是利用風(fēng)力帶動風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再透過增速機將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來促使發(fā)電機發(fā)電．依據(jù)目前的風(fēng)車技術(shù)，大約是3m/s2的微風(fēng)速度(微風(fēng)的程度)，便可以開始發(fā)電．盡管風(fēng)力發(fā)電機多種多樣，但歸納起來可分為兩類：一是水平軸風(fēng)力發(fā)電機，風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸與風(fēng)向平行；二是垂直軸風(fēng)力發(fā)電機，風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸垂直于地面或者氣流方向．

水平軸風(fēng)力發(fā)電機可分為升力型和阻力型兩類．升力型風(fēng)力發(fā)電機旋轉(zhuǎn)速度快，阻力型旋轉(zhuǎn)速度慢．對于風(fēng)力發(fā)電，多采用升力型水平軸風(fēng)力發(fā)電機．

正常運行中，風(fēng)力發(fā)電裝置的負(fù)載也對轉(zhuǎn)子有影響；通過測量升力型以及阻力型轉(zhuǎn)子的能效，我們將觀察到，風(fēng)力發(fā)電裝置的安裝式是能量轉(zhuǎn)換性能的決定因素．固定風(fēng)速下，測量風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出特性曲線即可了解升力型以及阻力型轉(zhuǎn)子的特性．其實驗原理圖如圖1所示．

圖1　實驗原理圖

3固定風(fēng)速時升力型與水平軸轉(zhuǎn)子的電流-電壓特性曲線

3.1實驗步驟

(1)建立好實驗系統(tǒng)．風(fēng)力轉(zhuǎn)換器作為升力型或者阻力型．

(2)將電壓表的測量范圍調(diào)至“DCV20V”，電流表的測量范圍調(diào)至“DCA200mA”．鼓風(fēng)機設(shè)定一個確定的風(fēng)速，在整個試驗中風(fēng)速不變，首先將風(fēng)能轉(zhuǎn)換器以升力型模式來使用．

(3)負(fù)載中的電位器在0～100Ω取不同的值．

(4)在測量表格中記錄每次測量的電壓和電流值．

(5)計算其輸出功率．并且針對無負(fù)載運行狀況，添加額外的測量點(電流為零時)．為此，斷開負(fù)載與電流表間的連線．再將風(fēng)能轉(zhuǎn)換器以阻力型模式，重復(fù)做之前的實驗．為此，先將風(fēng)扇葉片傾斜角度設(shè)置為零．然后去掉保護罩，安裝擋風(fēng)板．將轉(zhuǎn)換器從先前實驗中的位置，再向右旋轉(zhuǎn)90°，之后將其與底座板固定安裝好．設(shè)置如表1.

表1　設(shè)置參數(shù)

3.2實驗數(shù)據(jù)及分析

固定風(fēng)速時升力型與阻力型轉(zhuǎn)子的數(shù)值如表2所示.

表2　固定風(fēng)速時升力型與阻力型的數(shù)值

圖2　固定風(fēng)速時升力型與阻力型轉(zhuǎn)子的特性關(guān)系

由圖2可知：在固定風(fēng)速下，升力型與阻力型的電流電壓關(guān)系均呈現(xiàn)出直線關(guān)系．在相同的電壓下，升力型轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的電流要遠(yuǎn)大于阻力型的轉(zhuǎn)子．

同時，為了研究不同轉(zhuǎn)子的功率大小，其升力型轉(zhuǎn)子與阻力型的轉(zhuǎn)子的功率如圖3所示.

圖3　固定風(fēng)速時升力型與阻力型轉(zhuǎn)子的功率關(guān)系

4結(jié)論

由圖3可知，升力型與阻力型轉(zhuǎn)子的功率均呈現(xiàn)出先增大后減小的特性曲線關(guān)系．升力型產(chǎn)生的功率最高．與阻力型轉(zhuǎn)子相比，升力型轉(zhuǎn)子的所有風(fēng)扇葉片能全部被鼓風(fēng)機產(chǎn)生的風(fēng)吹到．所以升力型轉(zhuǎn)子能產(chǎn)生更大的功率．越高的負(fù)載電阻，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)速越高．越低的電流，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)速越高．

參 考 文 獻(xiàn)

1姚興佳,王士榮，等.風(fēng)力機的工作原理.技術(shù)講座,2006,2(126)：87～89

2Mathew,Sathyajith.WindEnergyFundamentals,ResourceAnalysisandEconomics.Netherlands.Springerlink,2006

3李濱波,段向陽. 風(fēng)力發(fā)電機原理及風(fēng)力發(fā)電技術(shù).湖北電力,2007，31(6):54～55

4張照煌,劉衍串，等. 中型水平軸風(fēng)力發(fā)電機原理的研究.電力情報,1998(3):36～38

5Jelavic,M.Peric,N.&Ivan.P.IdentificationofWindTurbineModelforControllerDesign.IEEE,2006.1 608～

1 613

6林閩, 張崇巍，等.小型風(fēng)力發(fā)電機葉輪設(shè)計.風(fēng)機技術(shù),2007(1):28～47

7A.Stabile,A.J.MarquesCardoso.Efficiencyanalysisofpowerconvertersforurbanwindturbineapplications.IEEE,2010,6～9

收稿日期：(2013-05-07)