виэ. 3 лаб. раб. ИВИЭ. Внешние характеристики ветроэлектрогенератора
 Скачать 1.05 Mb.
|
|
Некоммерческое акционерное общество «АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ ИМЕНИ ГУМАРБЕКА ДАУКЕЕВА» ОТЧЕТ По лабораторной работе 3 Тема: Внешние характеристики ветроэлектрогенератора Специальность: Электроэнергетика Кафедра «Электроснабжения и возобновляемых источников энергии» Дисциплина: Использование возобновляемых источников энергии Выполнил: ЭЭ-20-16 Бейсенов Т.М. Проверил: преподаватель Расмухаметова Айнур Алматы 2022 Лабораторная работа №3. Часть 1. Внешние характеристики ветроэлектрогенератора 3.1.1 Цель работы: снятие внешних характеристик ветрогенератора на различных частотах вращения. 3.1.2. Программа работы Ознокомиться с описанием лабораторной установки (рисунок 1.1). 2. Изучить мнемосхему и назначение элементов управления ветроэлектроустановки. 3. Произвести снятие зависимостей, оформить отчет по лабораторной работе. 3.1.2 Описание работы Перед началом лабораторной работы синхронный ветрогенератор должен находиться в режиме холостого хода, а батарея – отключена от шины постоянного тока. Для этого перед началом работы со стендом необходимо при выключенном автоматическом выключателе QF1 модуля питания стенда: -перевести переключатель клемм АКБ модуля аккумуляторной батареи в полпжение «ОТКЛ»; -перевести переключатели SA1-SA5 модуля «Нагрузка» в нижнее положение; -переключатель «Пуск» блок здания скорости ветра установить в нижнее положение. При этом блокируется работа преобразователя частоты; -потенциометр задания скорости ветра установить в крайнее положение по часовой стрелке. Лабораторную работу можно проводить, фиксируя показания измерительных приборов. Для измерения параметорв ветроэлектроустановки можно также использовать персональный компьютер. Для этого необходимо включить компьютер, дождаттся полной загруски Windowsи запустить прогамму «DeltaProfi», ярлык к которой при поставке оборудования находится на рабочем столе. В меню «Работы» необходимо выбрать работу №4, затем запустить прцесс сбора данных нажатием кнопки «Пуск» (илиF5). Опыт по снятию внешних характеристик ветрогенератора заключается в снятии зависимости ЭДС генератора (напряжение на шине постоянного тока U1) от величины тока нагрузки (выходной ток выпрямителя I1) U1=f(I1). Схема проведения опыта представлена на рисунке 3.1. Подающий вентилятор приводится во вращение асинхронным электродвигателем, получающим напряжение от преобразователя частоты инверторного типа, расположенного в блоке задания скорости ветра (фазы А, В, С) подключается к модулю «Выпрямитель» (клеммы А, В, С). К шинам постоянного тока «+» и «-»модуля «Выпрямитель» подключены приборы, измеряющие ток и напряжение на выходе выпрямителя.  Рисунок 3.1 – Схема опыта по снятию внешних характеристик генератора При проведении опыта аккумуляторная батарея отключена, выходы постоянного тока модуля «Выпрямитель» подключаются ко входам модуля «Нагрузка». Введение резисторов осуществляется переключателями SA1 – SA5 модуля «Нагрузка». Порядок проведения опыта следующий: -включением автоматического выключателя QF1 модуля питаниястенда подать напряжение на необходимые элемениы лабораторного стенда; -включением клавишного включателя «Сеть» модуля «Блок здания скорости ветра» подать напряжение на преобразователь частоты; -подать сигнал «Пуск» на преобразователь частоты и установить такую скорость ветра, при которой ветрогенератор приходит во врщение и вырабатывает ЭДС; -зафиксировать в таблице 3.1 значение ЭДС генератора на холостом ходу и, последовательно вводя нагрузочные сопротивленеия в цепь постоянногои тока снять внешнюю характеристику, занеся результаты измерений в таблицу. При проведении опыта требуется поддерживать скорость вращения генератора на постоянном уровне. Для этого при каком –либо изменении его скорости требуется регулировать скорость ветра потенциометром модуля «Блока здания скорости ветра» Таблица 3.1 - Параметры внешней характеристики ветрогенератора
   После снятия внешних характеристик на заданной скорости требуется изменить скорость воздушного потока и повторить исследования. Характеристики необходимо снять на минимальной и максимальной скоростях потока. После проведения опыта необходимо перевести все переключатели SA1 – SA5 модуля «Нагрузка» в нижнее положение, остановить приводной двигатель, установив потенциометр задания скорости ветра в крайнее положение против часовой стрелки, убрать сигнал «Пуск» блока задания скорости ветра, остановить обмен данных с персональным компьютером (нажать кнопку «Стоп» или F6). После этого выключить автоматический выключатель QF1 модуля питнаия стенда. 3.1.4. Оформление отчета по лабораторной работе Дать краткое описание работы. По результатам опытов построить внешнюю характеристику ветрогенератора. Привести ответы на контрольные вопросы. Часть 2. Изучение работы автономной ветроэнергетической системы с аккумуляторной батареей и нагрузкой Цель работы: Изучить принцип и особенности работы автономной ветроэнергетический системы при параллельной работе на аккумуляторную батарею и активную нагрузку. Программа работы Ознакомиться с описание установки (рисунок 3.2) и лабораторной работы. 1. Изучить мнемосхему и назначение элементов управления ветроэлетроустановки. 2. Исследовать режим параллельной работы ветрогенератора на аккумуляторную батарею и активную нагрузку. 3. Построить опытные зависимости, оформить отчет по лабораторной работе. 3.2.3 Описание работы Перед началом лабораторной работы синхронный ветрогенератор должен находиться в режиме холостого хода, а батарея – отключена от шины постоянного тока. Для этого перед началом работы со стендом необходимо при выключенном автоматическом выключетеле QF1 модуля питания стенда: - перевести переключатели клемм АКБ модуля аккумуляторной батареи в положение «ОТКЛ»; - перевести переключатели SA1 - SA5 модуля «Нагрузка» в нижнее положение; - переключатель «Пуск» блока задания скорости ветра установить в нижнее положение. При этом блокируется работа преобразователя частоты; - потенциометр задания скорости ветра установить в крайнее положнеие против часововй стрелки. Лабораторную работу можно проводить, фиксируя показания измерительных приборов на стенде или используя персональный компьютер. Для этого необходимо включить компьютер, дождаться полной загрузки Windows и запустить программу «DeltaProfi», ярлык к которой при поставке оборудования находится на рабочем столе. В меню «Работы» необходимо выбрать работу №5, а затем запустить процесс сбора данных нажатием кнопки «Пуск» (или F5).Схема для проведения лабораторной работы представлена на рисунке 3.2. Подающий вентилятор приводится во вращение асинхронным электродвигателем, получающим напряжение от преобразователя частоты инвверторного типа, расположенного в блоке задания скорости ветра (на рисунке не показан). Статор синхронного генератора (фазы А, В, С)подключается к модулю «Выпрямитель» (клеммы А, В, С). К шинам постоянного тока «+» и «-» модуля «Выпрямитель» подключены измерительные приборы, измеряющие ток и напряжение на выходе выпрямителя. Параллельно выходным клеммам «+» и «-» модуля «Выпрямитель» включаются аккумуляторная батарея с контроллером заряда батареи, а также дискретно регулируемая активная нагрузка.  Рисунок 3.2 – Схема исследования работы ветроэлектроустановки на аккумуляторную батарею и активную нагрузку Ток и напряжения на выходе выпрямителя фиксируются соответственно амперметромI1 и вольтметром U1, ток поступающий на аккумуляторную батарею, измеряется амперметромI2, а ток, потребляемыйактивной нагрузкой, измеряется амперметром I3. Порядок проведения опыта следующий: - выключение автоматического выключателя QF1 модуля питания стенда подать напряжение на необходимые элементы стенда; - выключением кнопки «Сеть» подать напряжение на преобразователь частоты; - подсоединить аккумуляторную батарею к шинам постоянного тока установкой переключателя контроллера заряда батареи в положение «ВКЛ»; - подать сигнал «Пуск» на преобразователь частоты и установить потенциометром задания скорости ветра такую скорость, ччтобы аккумуляторная батарея потребляла ток и происходил ее заряд; - последовательным включение переключателей SA1 – SA5 модуля «Нагрузка» вводят активную нагрузку в цепь поятоянного тока, при этом фиксировать результаты измений в таблице 3.2. При увеличении нагрузки ток заряда аккумулятора уменьшается, а затем происходит его переход на режим источника электроэнергии (разряд). При проведении опыта следует зафиксировать все указанные режимы. После проведения опыта необходимо перевести все переключатели SA1-SA5 модуля «Нагрузка» в нижнее положение, отключить аккумуляторную батарею от шин постоянного тока (переключатель контроллера заряда батареи установить в положение «ОТКЛ»), остановить приводной двигатель, установив потенциометр задания скорости ветра в крайнее положение против часовой стрелки, убрать сигнал «Пуск» блоказадания скорости ветра, остановить обмен данных с персональным компьютером (нажать кнопку «Стоп» или F6). После этого выключить автоматический выключатель QF1 модуля питания стенда. Таблица 3.2 - Параметры работы ветроэнергетический системы
3.2.4 Оформление отчета по лабораторной работе Дать описание работы. При обработке результатов эксперимента необходимо рассчитать мощности в контрольных точках системы. Мощность на выходе выпрямителя, Вт: PB = U1·I1. (2.1) Мощность, потребляемая или отдаваемая аккумуляторной батареей, Вт: PАКБ= U1·I2. (2.2) Мощность, потребляемаяактивной нагрузкой, Вт: PH=U1·I3. (2.3) Контрольные вопросы Как рассчитать кинетическую энергию воздушного потока? Для нас это движущийся воздушный поток (ветер), который и обладает кинетической энергией Эв.п.: Эв.п. = ½ mv² - это формула для кинетической энергии воздушного потока с площадью сечения F и скоростью движения v. Поскольку за секунду через сечение F проходит масса воздуха m = ρFv [кг/с], то мощность воздушного потока Nв.п. [Ватт] пропорциональна площади сечения воздушного потока F (радиус ветроколеса (лопастей) у данной ВЭУ – 1,5 м) и кубу скорости движущегося воздушного потока v³: Как рассчитывается мощность ВЭУ? Методика расчета 1. Вычислить аэродинамическую мощность с помощью электрической мощности. Электрическая мощность ВЭУ PЭ вычисляется через аэродинамиче-скую мощность PА через коэффициент использования энергии ветра (КИЭВ) ξ: Как определяется энергия и мощность воздушного потока? Эв.п. = ½ mv² - это формула для кинетической энергии воздушного потока с площадью сечения F и скоростью движения v. Поскольку за секунду через сечение F проходит масса воздуха m = ρFv [кг/с], то мощность воздушного потока Nв.п. [Ватт] пропорциональна площади сечения воздушного потока F (радиус ветроколеса (лопастей) у данной ВЭУ – 1,5 м) и кубу скорости движущегося воздушного потока v³: Укажите характерные рабочие скорости ветра ВЭУ. Максимальная рабочая скорость ветра (υM, м/с) - скорость ветра, превышение которой может привести к разрушению ВЭУ. При υB>υM производят так называемое штормовое (или буревое) отключение ВЭУ. Значение υM для различных типов ВЭУ лежит в пределах 25...60м/с. С какой целью удлиняют лопасти ветроколес? Чтобы увеличить площадь ометаемой ветровым генератором Каким образом снимается мощность с вала ветроколеса? Мощность ветроагрегата определяется диаметром ветроколеса, коэффициентом использования энергии ветра и расчетной скоростью ветра: , кВт/м2. Так как ‚мощность на валу есть мощность, развиваемая вегроколесом Р Механизмы каких типов применяются для передачи мощности от ветротурбины к электрогенератору (рабочим механизмам)? В настоящее время применяются две основные конструкции ветроагрегатов: горизонтально-осевые и вертикально-осевые ветродвигатели. Наибольшее распространение получили ветроагрегаты первого типа. СГ - синхронный генератор; АсГ - асинхронизированный генератор; ПЧ - преобразователь частоты. Опишите принципиальную схему трансмиссии ВЭС. Ветродвигатель, генератор, выпрямительно зарядное устройство, аккумуляторная батарея, автономный инвентор, электрические нагрузки станции. Вывод: Лабораторная работа номер 4 и 5 была направлена на изучение внешних характеристик ветроэлектрогенератора. В данной лабораторной работе мы сняли внешние характеристики ветроэлектрогенератора изменив скорость ветра. При выявлении значении было замечено снижение напряжения и оборотов в минуту при увеличении тока. Изменив скорость мы получили тот же результат. |