Електрична енергія з енергії вітру - вплив швидкості вітру, напряму вітру та навантаження з ADM3

Схема досліду - вітряк

Електрична енергія з енергії вітру - вплив
швидкості вітру та навантаження

Вітрові установки перетворюють кінетичну енергію, яку містить потік вітру, на електричну енергію. Вітряки для цього автоматично повертаються за напрямом вітру, щоб оптимізувати свою потужність.
У цьому досліді виробленою електричною енергією засвічують лампу розжарювання, введену в електричне коло. При цьому можна спостерігати залежність віддаваної потужності від швидкості вітру та навантаження.

Попередні знання

Основи вимірювання сили струму й напруги, а також обчислення потужності за цими величинами мають бути відомі.

Принцип

Під дією вітру обертаються ротори, які, своєю чергою, приводять у рух генератор. Цей генератор перетворює механічну енергію на електричну.

У цьому досліді розглядають, як генератор поводиться за різних навантажень і як зміни впливають на електричні вимірювані величини.

Навчальна мета

Учні усвідомлюють зв'язок між швидкістю вітру та віддаваною потужністю на моделі вітряка.

Вказівка

Повітродувку дозволено живити напругою щонайбільше 12 В, бо інакше двигун може вийти з ладу.

Обережно поводься з генератором. Не можна братися руками за лопаті ротора, що обертаються.

Енергія вітру

Як працює вітряк?

• Вітряки використовують енергію вітру, щоб виробляти електричний струм.
  
• Кінетична енергія вітру приводить вітряки в рух.
  
• Застосувавши генератор, кінетичну енергію можна перетворити на електричну.
  
• Вітряки зазвичай мають 3 лопаті ротора, щоб коефіцієнт корисної дії був найкращим.
  
• Віддавану потужність обчислюють за

• З лівого боку дошки закріпити повітродувку з тримачем (див. рисунок).
  
• Спрямувати повітродувку так, щоб вона створювала горизонтальний струмінь повітря вздовж дошки.
  
• Для вітряка скласти штативну лаву. Насунути ковзун на обидва штативні стрижні й провести стрижні крізь обидва отвори в затискних тримачах.

• Приставити штативну лаву до дошки і вирівняти горизонтально.
  
• Закріпити 6 лопатей ротора на вітрогенераторі. Для доброго результату матову сторону лопатей спрямувати на бік, відвернений від вітру.
  
• Вставити вітрогенератор в отвір ковзуна.
  
• Відстань між вітрогенератором і повітродувкою має становити приблизно 5 см.

• За потреби скоригувати відстань від повітродувки до дошки і встановити висоту генератора, посунувши його в ковзуні.
  
• Зібрати за рисунком коло лампи з лампою розжарювання на 1,5 В. Вимикач замкнений.
  
• З'єднати повітродувку з виходом постійної напруги блока живлення.
  
• Блок живлення вимкнений.

1-ша частина досліду: зміна швидкості вітру

• Установити на блоці живлення напругу 0 В.
  
• Увімкнути блок живлення.
  
• Дуже повільно підвищити напругу на блоці живлення до 12 В.
  
• Спостерігати за яскравістю лампи розжарювання

Лампа розжарювання на 1,5 В

• Зачекати приблизно 15 секунд.
• Розімкнути вимикач в електричному колі, звертаючи при цьому увагу на звук вітрогенератора.

Лампа розжарювання на 3,5 В

• Замінити лампу розжарювання на 1,5 В лампою на 3,5 В.
• Замкнути вимикач. Зачекати 15 секунд і знову розімкнути вимикач.

Лампа розжарювання на 4 В

• Замінити лампу розжарювання на 3,5 В лампою на 4 В.
• Зачекати 15 секунд. Вимкнути блок живлення.

Одержані значення:

Лампа 1,5 В 3,5 В 4 В

Сила струму

Напруга

Потужність

1,5V 3,5V 4V

Спостереження

Зі збільшенням швидкості вітру потужність вітрогенератора зростає і лампи розжарювання світяться яскравіше, проте повної яскравості не досягають.

Якщо електричне коло розімкнути, потужність спадає до нуля, частота обертання вітрогенератора зростає і виразно чути, що він стає гучнішим.

Якщо вітер дме на вітряк не спереду, а збоку, то за більших кутів потужність помітно зменшується.

За наведеними для ламп розжарювання даними напруги та сили струму можна обчислити їхні номінальні потужності (див. таблицю), за яких лампи розжарювання світилися б яскраво.