Статические характеристики

 

Каждый режим работы ВЭУ характеризуется рядом взаимосвязанных параметров: угловая скорость вращения ВК (w), вырабатываемая мощность (N), момент ВК (М), угол поворота лопасти (j). Зависимости параметров ВЭУ на рабочем режиме от скорости ветра называются статическими характеристиками ВЭУ. Совокупность статических характеристик определяет статику регулирования ВЭУ, т.е. те зависимости, по которым управляется ВЭУ.

Рабочий режим работы ВЭУ соответствует изменению скорости ветра от минимальной (V _min) до максимальной (V _max) и может быть разделен на три диапазона, каждый из которых характеризуется своим подходом к определению статических характеристик.

 

I диапазон [ V _p, V _max] – диапазон больших скоростей ветра.

Этот диапазон характеризуется постоянным и максимальным значением вырабатываемой мощности, равным номинальному значению   N = N _ном.

Значение угловой скорости вращения ВК в этом диапазоне скоростей ветра также постоянно и равно номинальному значению w_н, соответственно вращающий момент ВК постоянный и равен

 

.

 

Постоянно растущая с увеличением скорости ветра мощность ветрового потока компенсируется поворотом лопастей в сторону флюгирования (j > 0), что приводит к уменьшению коэффициента использования ветра, позволяя тем самым сохранять значения вырабатываемой мощности, частоты вращения и крутящего момента постоянными.

Для определения потребного угла отклонения скорости необходимо воспользоваться графиками рис. 5.2. (или рис. 5.1.), определяя угол поворота исходя из потребного значения коэффициента использования ветра (или коэффициента аэродинамического момента).

 

II диапазон соответствует скорости ветра [ ].

В этом диапазоне ВЭУ для каждого значения скорости ветра развивает соответствующую этой скорости максимальную мощность, а статические характеристики рассчитываются исходя из максимального значения коэффициента использования ветра x_max.

Это условие определяет угловую скорость вращения, поскольку величина x_max достигается при номинальном значении быстроходности z_н, откуда следует, что величина угловой скорости определяется соотношением:

 

,

 

т.е. угловая скорость меняется линейно в функции от скорости ветра.

       Вырабатываемая мощность может быть рассчитана исходя из соотношения

 

,

 

а момент ВК определяется из соотношения .

       Проведенный в п.5 анализ аэродинамических коэффициентов показывает, что в этом диапазоне скоростей ветра угол поворота лопастей должен быть постоянным

 

j_л = 0.

 

III. Диапазон скоростей ветра [ ] характеризуется постоянным значением частоты вращения ВК (w_min), при этом w_min определяется соотношением

 

.

 

       Угол поворота лопасти в этом диапазоне скоростей ветра определяется исходя из обеспечения максимального значения коэффициента использования ветра (или максимального коэффициента аэродинамического момента) для каждого значения ветра. Полученные при этом значения коэффициента использования ветра (или коэффициента аэродинамического момента) дают возможность рассчитать вырабатываемую мощность и момент на ветроколесо как функцию скорости ветра.

       Расчет статических характеристик заканчивается определением минимальной скорости V_min, которая ограничивает снизу диапазон скоростей ветра рабочего режима и получается исходя из соотношения:

 

N (V _min) = 0.04 N _ном.

 

       Статические характеристики должны быть представлены на графиках N = N (V), M _в = M (V), j (V), w (V) и n (V), причем зависимость частоты вращения в об/мин получается из угловой скорости пересчетом по формуле

 

.