Режим работы ветроколеса с переменной быстроходностью.

зависит от отношения скорости конца лопасти к скорости ветрового потока, которое называется коэффициентом быстроходности. На рис.2,27 показана зависимость коэффициента мощности от быстроходности. Как видно, характеристика имеет единственный максимум при определенном значении Z. Поэтому при вращении ротора с постоянной скоростью коэффициент мощности будет максимален в случае одной единственной скорости ветра. Чтобы величина генерируемой мощности была наибольшей, необходимо поддерживать на максимальном уровне независимо от скорости ветра. Максимальное теоретическое значение составляет 0,59, но на практике удается получить лишь 0,5. Если достигается значение больше 0,4, то это считается хорошим результатом. Для поддержания максимального значения коэффициента мощности скорость ветроколеса должна изменяться с изменением скорости ветра. Чтобы это условие выполнялось, в состав ВЭУ необходимо включить контроллер скорости, который увеличивает скорость ветроколеса при сильном ветре и снижает ее при слабом ветре.

На рис.2,28 показана зависимость мощности на валу ветроколеса от скорости вращения ветроколеса при скоростях ветра U₁, U₂, U₃. Для получения максимально возможной энергии в течение года ВЭУ должна работать в точке максимума мощности при любых скоростях ветра. На рис. Эти точки обозначены Р₁- Р₃ для скоростей U₁-U₃ соответственно. Общим для всех точек максимума является высокое значение Z-около0,5.

Работа ВЭУ с постоянным коэффициентом быстроходности, соответствующим максимуму мощности, означает, что ветроколесо будет вращаться с большой скоростью при порывистом ветре. Центробежные силы, развивающиеся в лопастях, могут вызвать механическое разрушение ветроколеса. Кроме того, может быть поврежден генератор, если значение выходной мощности превысит допустимые пределы. Это приведет к повышению температуры обмоток и тепловому износу изоляции. По этой причине скорость ветроколеса и величина выходной мощности генератора должны контролироваться.

Области контроля скорости. Контроль скорости и мощности ВЭУ имеет три области (рис.2,29):

Область оптимального и постоянного коэффициента мощности;

Область ограничения скорости;

Область ограничения мощности.

Обычно ВЭУ начинают работать при скоростях ветра 4…5 м/с и останавливаются при 25…30. При скоростях между этими значениями ВЭУ работает в одной из трех областей. На типичном интервале ВЭУ работает в течение 70-80% времени, остальное время скорость ветра либо слишком низка, либо слишком высока.

Область максимального - это зона нормальной работы, в которой контроллер скорости управляет системой таким образом, чтобы поддерживать постоянное оптимальное значение , сохраненное в системном компьютере в качестве уставки.

В области постоянного значения система управления увеличивает скорость ветроколеса с ростом скорости ветра, но лишь до определенного предела. Когда этот предел достигнут, ВЭУ попадает в область ограничения скорости. становится меньше оптимального значения, и эффективность преобразования мощности ротора снижается.

Если скорость ветра продолжает повышаться, то режим ВЭУ будет перемещаться в область ограничения мощности, выдаваемой генератором. Когда это произойдет, скорость ветроколеса снизится и уменьшится. Выходная мощность генератора останется постоянной и будет равна оптимальному значению. Когда ограничения по скорости и мощности не могут обеспечивать нормальной работы при сильных порывах ветра, ВЭУ останавливается.