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研究生:郭俊賢
研究生(外文):Chun-shien Kuo
論文名稱:小型風力充電系統之開發
論文名稱(外文):The Development of A Battery Charging System with The Small Wind Turbines
指導教授:賴光哲
指導教授(外文):Guang-jer Lai
學位類別:碩士
校院名稱:大同大學
系所名稱:機械工程學系(所)
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:128
中文關鍵詞:風力發電水平軸式風車垂直軸式風車蓄電池充電系統
外文關鍵詞:wind power generationhorizontal axis wind turbinevertical axis wind turbinebattery charging system
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為了改善能源短缺與地球暖化問題,人們應積極地開發如風能、太陽能……等等,取之不盡、用之不竭的潔淨再生能源。目前國內已引進可與供電系統連結的大型風力發電系統,為了充分發揮已導入系統的性能,或自行研發更適合台灣本土風況的新型風力發電系統,必須培育充分瞭解風能特性,且具備開發新型系統能力的機電設計人才。因此,本研究室計畫配合台北市區風況,開發一套能在微風中啟動,且大小適合於教育現場展示的小型風力充電系統,以供進行風力能源系統設計開發人才之培育。
  本研究針對在教育現場展示並用之進行教學的用途,開發出一套翼片數為4、迴轉半徑0.5m,可於2m/s微風下啟動,並在流入風速達4m/s時開始對6V蓄電池進行充電,且擁有基本的過度充電保護功能之小型風力充電系統,包含「高速螺旋槳型水平軸式風車」、「充電系統」、「發電量量測紀錄系統」與「旋翼型垂直軸式風車」四個部份,並對其效能進行測試。由測試結果顯示出本系統是一適合於台北市區風況下運作的小型風力充電系統,亦能夠在教育現場以工業電扇提供風源,進行教學展示,符合設計目標。
To make the problems of energy lacking and global warming better, people should positively develop clean and renewable energy like wind power and solar energy. Some huge wind turbine systems which can be connected with power supply systems have been introduced into Taiwan. To do justice to these systems, or to develop new wind turbine systems which are more appropriate for civil wind, it is necessary to train people to have sufficient understanding of the characteristics of wind and to have the ability to develop new wind turbine systems. So our lab planned to develop a battery charging system with small wind turbines. The system will be appropriate for using in Taipei city, i.e. can start in the breeze, and its size will be appropriate to be demonstrated in education field. Then this system can be used to train people for developing wind turbine systems.
Aiming at the purposes of demonstrating in education field and helping teaching, we have developed and tested a battery charging system with small wind turbines, which has the following characteristics: 1.The wind turbines are four-bladed. 2.The revolution radiuses are both 0.5m. 3.The wind turbine can start in the breeze of 2m/s velocity. 4.The system will start to charge a 6V battery after the wind velocity is up to 4m/s. 5.The charging system can basically protect batteries from overcharging. This system contains four parts, a high speed propeller type horizontal wind turbine, a battery charging system, an output power measuring and recording system, and a gyromill type vertical axis wind turbine. According to the test result, this system is appropriate for operating in Taipei city, and can be demonstrated in education field by industrial electric fan. It fits in with the goal of designing.
誌謝 i
中文摘要 ii
ABSTRACT iii
目錄 v
圖目錄 ix
表目錄 xiii
符號索引 xiv
第一章 緒論 1
  1.1研究動機 1
  1.2研究目的 2
第二章 風車之運作原理 4
  2.1應用於風車翼片的白努力定律 4
  2.2水平軸式風車之運作原理 5
  2.3垂直軸式風車之運作原理 7
    2.3.1雙致動圓盤理論 7
    2.3.2垂直軸式風車旋轉原理 8
  2.4鉛蓄電池運作原理 9
    2.4.1鉛蓄電池的放電原理 9
    2.4.2蓄電池的特性 10
    2.4.3充電的相關知識 12
第三章 小型風力充電系統之設計 15
  3.1風力發電機之選用 15
  3.2水平軸式風車之設計 18
    3.2.1翼片之設計 18
    3.2.2翼片hub與發電機連接器之設計 19
    3.2.3發電機夾具與其固定方式 21
    3.2.4風車支座之設計 22
    3.2.5組裝要點 24
  3.3垂直軸式風車之設計 27
    3.3.1翼片之設計 27
    3.3.2翼片支架之設計 27
    3.3.3發電機支座與風車支座之設計 29
    3.3.4迴轉主軸之設計 33
    3.3.5組裝要點 34
  3.4充電電路之設計 39
  3.5發電量量測紀錄系統之設計 41
    3.5.1量測系統之電路設計 41
    3.5.2量測系統之程式介面 45
    3.5.3量測紀錄系統之測量準確度驗證 46
第四章 小型風力充電系統之性能測試 48
  4.1實驗設備 48
  4.2風車於固定風速下接上各種負荷之發電量測試 53
    4.2.1測試方法 53
    4.2.2測試結果 54
  4.3新型翼片性能試驗 57
    4.3.1測試方法 57
    4.3.2測試結果 59
  4.4充電電路特性測試 63
    4.4.1測試方法 63
    4.4.2測試結果 64
  4.5水平軸式小型風力充電系統性能測試 70
    4.5.1測試方法 70
    4.5.2測試結果 71
  4.6垂直軸式風車運轉測試 73
第五章 結論與展望 77
5.1結論 77
  5.2未來展望 78
參考文獻 80
附錄 82
  附錄A 零件工程圖 82
  附錄B 發電量量測紀錄系統程式碼 107
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