1.

Wstęp teoretyczny

Silnik wiatrowy, nazywany również turbiną wiatrową, jest urządzeniem,

które służy do zamieniania energii kinetycznej wiatru na pracę mechaniczną.
Silniki wiatrowe można podzielić na trzy grupy:
-silniki wirnikowe, w których oś obrotu wirnika jest równoległa do kierunku
wiatru. Ta grupa dzieli się jeszcze na silniki z wirnikiem wielołopatkowym, silniki
z wirnikiem o małej liczbie łopatek oraz silniki szybkobieżne z wirnikiem o małej
liczbie łopatek.
-silniki, w których oś obrotu wirnika jest prostopadła do kierunku wiatru. Tą
grupę można jeszcze podzielić na silniki karuzelowe i silniki rotacyjne.
-silniki bębnowe, w których oś obrotu wirnika jest pozioma i prostopadła do
kierunku wiatru.

Ważnym

parametrem

określającym

silniki

wiatrowe

jest

ich

szybkobieżność. Jest to stosunek prędkości obrotowej końca łopaty wirnika do
prędkości wiatru. Dzięki temu parametrowi można podzielić silniki wiatrowe na
wolnobieżne, średniobieżne i szybkobieżne. Obecnie najczęściej stosowanymi
silnikami wiatrowymi o dużych mocach są silniki szybkobieżna z wirnikiem
z trzema łopatami.

2.

Cel ćwiczenia

Celem tego ćwiczenia jest zapoznanie się z silnikami wiatrowymi

i zasadami działania tych silników. W tym ćwiczeniu jest także badane jaki
wpływ na uzyskiwane moce ma kąt, pod jakim są ustawione łopatki wirnika.

3.

Schemat stanowiska

4.

Tabela pomiarowa

Lp.

V

przed

R

75°

60°

45

U

V

za

U

V

za

U

V

za

-

m/s

Ω

V

m/s

V

m/s

V

m/s

1

13,5

1

0,80

12,5

0,52

12,2

0,36

11,0

2

2

1,41

0,93

0,62

3

3

1,89

1,24

0,83

4

4

2,27

1,47

0,97

5

5

2,63

1,64

1,09

6

6

2,92

1,78

1,20

7

7

3,16

1,91

1,29

8

8

3,40

2,07

1,35

9

9

3,59

2,16

1,40

10

10

3,67

2,27

1,41

11

12

4,02

2,36

1,49

12

14

4,35

2,47

1,58

13

16

4,53

2,64

1,70

14

18

4,74

2,73

1,77

15

20

4,88

2,79

1,79

16

30

5,31

3,07

1,94

17

50

5,79

3,25

2,16

18

100

6,19

3,54

2,47

19

200

6,55

3,77

2,54

20

300

6,55

3,86

2,60

21

500

6,69

3,97

2,70

22

1000

6,71

4,03

2,77

23

2000

6,98

4,10

2,74

24

3000

7,00

4,12

2,80

25

5000

7,00

4,13

2,80

26

10000

6,93

4,11

2,77

5.

Tabela wynikowa

Lp.

75°

60°

45°

I

P

η

I

P

η

I

P

η

-

A

W

-

A

W

-

A

W

-

1

0,80

0,64

0,06

0,52

0,27

0,03

0,36

0,13

0,01

2

0,71

0,99

0,10

0,47

0,43

0,04

0,31

0,19

0,02

3

0,63

1,19

0,12

0,41

0,51

0,05

0,28

0,23

0,02

4

0,57

1,29

0,12

0,37

0,54

0,05

0,24

0,24

0,02

5

0,53

1,38

0,13

0,33

0,54

0,05

0,22

0,24

0,02

6

0,49

1,42

0,14

0,30

0,53

0,05

0,20

0,24

0,02

7

0,45

1,43

0,14

0,27

0,52

0,05

0,18

0,24

0,02

8

0,43

1,45

0,14

0,26

0,54

0,05

0,17

0,23

0,02

9

0,40

1,43

0,14

0,24

0,52

0,05

0,16

0,23

0,02

10

0,37

1,35

0,13

0,23

0,52

0,05

0,14

0,20

0,02

11

0,34

1,35

0,13

0,20

0,46

0,04

0,12

0,19

0,02

12

0,31

1,35

0,13

0,18

0,44

0,04

0,11

0,18

0,02

13

0,28

1,28

0,12

0,17

0,44

0,04

0,11

0,18

0,02

14

0,26

1,25

0,12

0,15

0,41

0,04

0,10

0,17

0,02

15

0,24

1,19

0,12

0,14

0,37

0,04

0,09

0,16

0,02

16

0,18

0,94

0,09

0,10

0,31

0,03

0,06

0,13

0,01

17

0,12

0,67

0,06

0,07

0,21

0,02

0,04

0,09

0,01

18

0,06

0,38

0,04

0,04

0,13

0,01

0,02

0,06

0,01

19

0,03

0,21

0,02

0,02

0,07

0,01

0,01

0,03

0,003

20

0,02

0,14

0,01

0,01

0,05

0,005 0,001

0,02

0,002

21

0,01

0,09

0,01

0,008

0,03

0,003

0,01

0,01

0,001

22

0,007

0,05

0,004 0,004

0,02

0,002 0,003

0,01

0,0007

23

0,003

0,02

0,002 0,002 0,001 0,001 0,001 0,004 0,0003

24

0,002

0,02

0,002 0,001 0,001 0,001 0,001 0,003 0,0003

25

0,001

0,01

0,001 0,001 0,003 0,001 0,001 0,002 0,0002

26

0,001 0,004 0,001 0,001 0,002 0,001 0,001 0,001 0,0001

6.

Przykładowe obliczenia

Natężenie prądu

ܫ =

ܷ

ܴ

=

2,27

4

= 0,57 ܣ

Moc prądu

ܲ =

ܷ

ଶ

ܴ

=

2,27

ଶ

4

= 1,29 ܹ

Sprawność silnika

ܿ =

ܲ

ߩߨݎ

ଶ

ܸ

ଷ

2

=

1,29

1,19 ∗ ߨ ∗ 0,0475

ଶ

13,5

ଷ

2

= 0,12

7.

Wykresy

Rys. 1. Wykres prądowo-napięciowy dla wirnika z łopatkami nachylonymi pod kątem 75°

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0,8

2,63

3,59

4,53

5,79

6,69

7

I,

A

U, V

Rys. 2. Wykres prądowo-napięciowy dla wirnika z łopatkami nachylonymi pod kątem 60°

Rys. 3. Wykres prądowo-napięciowy dla wirnika z łopatkami nachylonymi pod kątem 45°

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,52

1,64

2,16

2,64

3,25

3,97

4,13

I,

A

U, V

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,36

1,09

1,4

1,7

2,16

2,7

2,8

I,

A

U, V

Rys. 4. Wykres przedstawiający zależność mocy od napięcia

Rys. 5. Wykres przedstawiający zależność sprawności od napięcia

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1

5

9

16

50

500

5000

P

,

W

R, Ω

75

60

45

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0,16

0,8

2,63

3,59

4,53

5,79

6,69

η

U, V

75

60

45

8.

Wnioski

Jak można zauważyć w tym ćwiczeniu wykresy prądowo-napięciowe dla

silnika wiatrowego, w zależności od kąta nachylenia łopatek w wirniku, różnią
się przyjmowanymi wartościami zarówno natężenia jak i napięcia prądu
elektrycznego. Na wykresie przedstawiającym zależność mocy od oporu
wyraźnie daje się zauważyć fakt, że im większy kąt pochylenia łopatek
w wirniku, tym jest osiągana większa wartość mocy. Na ostatnim wykresie
można zaobserwować, że podobnie jak z wykresami prądowo-napięciowymi,
największe wartości przyjmuje silnik wiatrowy o największym kącie pochylenia
łopatek. Przyjmowanie tak niskich wartości sprawności prawdopodobnie jest
spowodowane tym, że badany silnik wiatrowy jest silnikiem z wirnikiem
wielołopatkowym.