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作者:曾梓松(2004-02-11);推薦:徐業良(2004-02-13)

風力發電機AIR-X組裝及測試

本文介紹風力發電機AIR-X的組裝方法,並對其發電性能作初步測試。

1.         AIR-X之基本規格

風能是近年頗受重視低污染的綠色能源,藉由大自然中風的力量來推動風車葉片的轉動,帶動旋轉軸旋轉並使另一端所連接的發電機作動而產生電能。圖1所示為風力發電機AIR-X的各部零件圖,包括有發電機主體、旋轉葉轂、圓錐頭、轉子葉片、六角扳手、內六角螺絲和螺帽、使用者手冊。AIR-X的啟動風速是3m/s,當風速達到12.5m/s時,AIR-X可產生400watts的電能,表1AIR-X之性能規格。

1. 各部零件圖

1. AIR-X之性能規格

葉片直徑

46 inches (1.17 meters)

重量

13 lb (6 kg)

啟動風速

7mph (3.0 m/s)

輸出額定功率

400 watts at 28 mph (12.5 m/s)

調整電壓範圍

12&24VDC max

旋轉軸內徑

46mm

旋轉軸外徑

48mm

2.         組裝方法

2AIR-X風力發電機的組裝流程圖,風力發電機主要是由兩大部分組裝而成,即底盤支架和發電機本體兩部分,圖中箭頭方向即為組裝方向。

2. 風力發電機組裝流程圖

如圖3使用鋁矩型組裝風力發電機AIR-X底盤支架,有三根支撐架和一根外徑為48mm的白鐵管組合而成,支撐架是將鋁矩型裁切出所需長度後,將夾角為30°和60°的A型架置放在鋁矩型適當的位置後,使用六角扳手將鋁矩型和A型架連接的六角螺絲鎖緊,接著把白鐵管上鑽出三組ψ6的圓孔後,使用內徑ψ6,長度為65mm的內六角螺絲將支撐架鎖在白鐵管上,底盤支架即完成。

3. 組裝底盤支架

4所示為風力發電機的葉片組裝,風力發電機有三片轉子葉片,葉片上的螺絲孔為承窩頭螺絲所用的埋頭孔。使埋頭孔面朝上,放上其中1支葉片,對齊螺絲孔,插入1支承窩頭螺絲使它穿過葉片和輪轂。將螺帽套到螺絲的端部並用3/16”六角扳手鎖緊到10-12呎-磅(13.6-16.3牛頓-米)的扭矩。重覆此程序安裝所有葉片依序鎖在旋轉葉轂上,即完成葉片組裝部分。

4. 葉片組裝

5所示是風力發電機主體組裝,從交流發電機轉軸取下5/8”的螺帽。小心地將葉片總成滑移到交流發電機轉軸上。將螺帽放到轉軸上並轉動葉片總成將螺帽旋上。將5/16”的六角扳手插入到交流發電機轉軸中,握住輪轂組並用扭力扳手鎖緊轉軸將螺帽旋緊。螺帽應以50-65呎-磅(68-88牛頓-米)的扭矩鎖緊。葉片組總成鎖緊後,轉動它,確定能自由地旋轉,接著小心地將圓錐頭放到輪轂和葉片的中心上面。將鼻錐卡到定位。確定三個邊都有搭上。用力拉圓錐頭確定它有裝緊壓到喀一聲,則主體組裝部分完成。

5. 風力發電機主體組裝

6所示是底盤和主體組裝,先將風力發電機主體上旋轉軸上的四顆內六角螺絲鬆開後,將主體套在白鐵管上,一旦主體旋轉軸裝到白鐵管上,就用5/32”的六角扳手鎖緊旋軸的夾緊螺絲,則風力發電機底盤和主體部分組裝完成。

6. 底盤與主體組裝

經過了以上的組裝步驟後,風力發電機的組裝即完成,圖7為風力發電機全貌。

7. 風力發電機

3.         實地測試

組裝完成後,進行風力發電機AIR-X的初步測試。測試前需先瞭解AIR-X各輸出電線所代表的極性,AIR-X輸出電線顏色代碼,輸出紅色電線為正,黑色電線為負,綠色電線為接地線。

實際測試時受天候及測試場所的影響,無法測得數據,因此使用手轉動葉片並配合光學轉速計測量葉片從啟動至停止所得到的圈數,並使用碼表計時所需的時間。圖8為使用的光學轉速計,圖9是使用光學轉速計測量圈數,當反光膠條接收到由發射端發射的紅外線後,即得到一次的圈數,經由LCD螢幕所顯示的數字即可知道風力發電機葉片所轉圈數,圖10為經計算後所得轉速和瞬間電壓圖。

8. 光學轉速計

9. 光學轉速計測量圈數

10. 轉速電壓圖

11AIR-X風力發電機功率曲線,圖左為瞬間風速和輸出功率曲線,紅色曲線是為穩定風速時的曲線,橘色曲線為不穩定風速時的曲線,而圖右橫軸為年平均風速而縱軸是每月測量一次的能量輸出曲線。

11. AIR-X風力發電機功率曲線

參考資料

Southwest Windpower,Inchttp://www.windenergy.com/PRODUCTS/airxland.html

冠宇宙股份有限公司,http://www.uniergy.com.tw/frame-home.htm

AIR-X風力發電機使用者說明書。

光學轉速計(Digital Photo TachometerRM1501)說明書。