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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:藍威政
研究生(外文):Lan,Wei-Chen
論文名稱:垂直軸風力機特性分析
論文名稱(外文):Characteristics Of Vertical Axis Wind Turbine
指導教授:吳正鵬
口試委員:張瑞榮蔡豐欽
口試日期:2012-07-06
學位類別:碩士
校院名稱:中華科技大學
系所名稱:機電光工程研究所碩士班
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:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:95
中文關鍵詞:垂直軸風力機沙伯紐斯扭力
外文關鍵詞:vertical axis wind turbineElizabeth Vilniustorque
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台灣因地理位置及氣候環境具有豐富的風場能量,若能搭配最佳化的風力發電系統是一個非常適合發展風力發電的環境。而垂直軸風力機特性,具有啟動風速低、不受方向影響、結構簡單等特性。因此本研究將以垂直軸風力機中的沙伯紐斯型(Savonius)風力機組為設計基礎。
本研究主要是探討不同橫向扭力值下對發電量及效率之影響。其次設定不同風速及不同截面積大小的整流罩將所量測到之參數(電壓值、電流值、CP、風力功率等)帶入風的特性公式及效能公式計算出風力機發電系統各屬性參數尋找出最佳的發電係數CPmax,並比較分析其優劣。

Due to their location and climate, Taiwan has a rich energy of the wind farm, if with sharp optimized power generation system is a very suitable environment for the development of wind power generation. The vertical axis wind turbine characteristics, with low start up wind speed from the direction of the impact of simple structure. Therefore, this study will be Elizabeth Vilnius wind turbine vertical axis wind turbine for the design basis.
This study was to investigate the impact of different horizontal torque generating capacity and efficiency. Second set of different wind speed and the size of the different cross-sectional area of the fairing to the measurement of the parameters (voltage, current, CP and wind power) into the wind characteristics of formulas and effectiveness of the formula to calculate the wind turbine power generation system attribute parameter and comparative analysis of their advantages and disadvantages.

目錄

摘要............ ......................i
Abstract..............................ii
誌謝............................ ......iii
目錄............ ......................iv
表目錄................................vi
圖目錄................................vii
符號說明...............................xi
第一章 緒論...... ......................1
1.1前言..... ......................1
1.2文獻回顧........................4
1.3研究動機與目的.... ..............6
第二章 垂直軸風力機設計........... ......10
2.1風力機運作原理...................10
2.2風力機原理 ......................11
2.3風力機設計......................15
第三章 風力機製作.......................17
3.1風力機製作 ......................17
3.2使用設備介紹....................26
第四章 性能測試與數據分析................33
4.1發電量測試......................33
4.2風力機轉數測試..................33
4.3風力速度測試....................33
4.4發電機選取......................34
4.5施加扭力量測....................34
4.6實驗步驟.......................34
4.6.1施加不同扭力量測..............35
4.6.2不同整流罩性能量測架構.........35
4.7實驗結果.......................36
4.8施加扭力.......................38
4.9整體分析.......................44
第五章 結論及未來展望...................79
5.1結論...........................79
5.2未來展望........................80
參考文獻...............................81

表目錄

表1-1蒲福風級表.........................8
表1-2風向符號與度數對照表................9
表3-1風力機規格表.......................19
表3-2單階式Savonius半桶形葉輪參數設計.....19
表3-3風力機尺寸參考資料1.................20
表3-4風力機尺寸參考資料2.................20
表4-1變頻器輸出頻率與鼓風機整流後輸出風速對照表1.............48
表4-2變頻器輸出頻率與鼓風機整流後輸出風速對照表2.............49
表4-3變頻器輸出頻率與鼓風機整流後輸出風量對照表1.............50
表4-4 變頻器輸出頻率與鼓風機整流後輸出風量對照表2............51
表4-5風力發電系統施加力量與無施加力量各項性能參數最大值比較表1........52
表4-6 風力發電系統施加力量與無施加力量各項性能參數最大值比較表2.......53
表4-7 一階式垂直軸無風罩參數表.............................54
表4-8 不同整流罩CPmax值(%)參數表..........................55
表4-9 不同整流罩時啟動風量與Cpmax..........................56

圖目錄

圖1-1水平軸型式.................................................7
圖1-2垂直軸型式.................................................7
圖2-1 Savonius型風力機動作示意圖.................................10
圖2-2風力機氣流圖...............................................12
圖2-3各類型風力機Cp值曲線圖......................................15
圖3-1風力機定義圖...............................................21
圖3-2風力機葉片切割圖............................................22
圖3-3風力機葉片完成圖............................................22
圖3-4風力機頂版圖...............................................23
圖3-5風力機支撐塔架圖............................................23
圖3-6發電機圖...................................................24
圖3-7風力發電系統完成圖..........................................24
圖3-8整流罩圖...................................................25
圖3-9雷射切割機圖...............................................29
圖3-10三用電表圖................................................29
圖3-11光電式轉速計圖............................................30
圖3-12風速量測計圖..............................................30
圖3-13變頻器圖..................................................31
圖3-14扭力計圖..................................................31
圖3-15鼓風機圖..................................................32
圖4-1系統架設圖.................................................47
圖4-2系統架設示意圖..............................................47
圖4-3扭力量測架構圖..............................................47
圖4-4整流罩50×17mm²下施加扭力時風量與發電機輸出電壓關係圖...................57
圖4-5整流罩50×17mm²下施加扭力時風量與發電機輸出電流關係圖...................57
圖4-6整流罩50×17mm²下施加扭力時風量與發電機輸出功率關係圖...................58
圖4-7整流罩50×17mm²下施加扭力時風量與風力機轉速關係圖.......................58
圖4-8整流罩50×20mm²下施加扭力時風量與發電機輸出電壓關係圖...................59
圖4-9整流罩50×20mm²下施加扭力時風量與發電機輸出電流關係圖...................59
圖4-10整流罩50×20mm²下施加扭力時風量與發電機輸出功率關係圖..................60
圖4-11整流罩50×20mm²下施加不同扭力時風量與風力機轉速關係圖..................60
圖4-12整流罩50×25mm²下施加扭力時風量與發電機輸出電壓關係圖..................61
圖4-13整流罩50×25mm²下施加扭力時風量與發電機輸出電流關係圖..................61
圖4-14整流罩50×25mm²下施加扭力時風量與發電機輸出功率關係圖..................62
圖4-15整流罩50×25mm²下施加扭力時風量與風力機轉速關係圖......................62
圖4-16整流罩50×30mm²下施加扭力時風量與發電機輸出電壓關係圖..................63
圖4-17整流罩50×30mm²下施加扭力時風量與發電機輸出電流關係圖..................63
圖4-18整流罩50×30mm²下施加扭力時風量與發電機輸出功率關係圖..................64
圖4-19整流罩50×30mm²下施加扭力時風量與風力機轉速關係圖.....................64
圖4-20整流罩50×40mm²下施加扭力時風量與發電機輸出電壓關係圖..................65
圖4-21整流罩50×40mm²下施加扭力時風量與發電機輸出電流關係圖..................65
圖4-22整流罩50×40mm²下施加扭力時風量與發電機功率關係圖......................66
圖4-23整流罩50×40mm²下施加扭力時風量與風力機轉速關係圖......................66
圖4-24整流罩50×50mm²下施加扭力時風量與發電機輸出電流關係圖...................67
圖4-25整流罩50×50mm²下施加扭力時風量與發電機輸出電流關係圖...................67
圖4-26整流罩50×50mm²下施加扭力時風量與發電機功率關係圖......................68
圖4-27整流罩50×50mm²下施加扭力時風量與風力機轉速關係圖......................68
圖4-28整流罩50×60mm²下施加扭力時風量與發電機輸出電壓關係圖...................69
圖4-29整流罩50×60mm²下施加扭力時風量與發電機輸出電流關係圖...................69
圖4-30整流罩50×60mm²下施加扭力時風量與發電機功率關係圖.......................70
圖4-31整流罩50×60mm²下施加扭力時風量與風力機轉速關係圖.......................70
圖4-32整流罩50×80mm²下施加扭力時風量與發電機輸出電壓關係圖...................71
圖4-33整流罩50×80mm²下施加扭力時風量與發電機輸出電流關係圖...................71
圖4-34整流罩50×80mm²下施加扭力時風量與發電機功率關係圖.......................72
圖4-35整流罩50×80mm²下施加扭力時風量與風力機轉速關係圖.......................72
圖4-36不同整流罩下鼓風機輸出風速與風力輸入功率關係圖.......................73
圖4-37不同整流罩下風力輸入功率特性方程式.......................73
圖4-38不同整流罩下鼓風機輸出風速與風力輸入功率關係圖1..................74
圖4-39不同整流罩下鼓風機輸出風速與風力輸入功率關係圖2.......................74
圖4-40不同整流罩下鼓風機輸出風速與風力輸入功率關係圖3.......................75
圖4-41鼓風機輸出風速與風力輸入功率關係圖4.......................75
圖4-42鼓風機風力輸入功率特性方程式圖.......................76
圖4-43不同整流罩下輸出風量與發電機輸出電壓關係圖.......................76
圖4-44不同整流罩下輸出風量與發電機輸出電流關係圖.......................77
圖4-45不同整流罩下輸出風量與發電機功率關係圖.......................77
圖4-46不同整流罩下輸出風量與風力機轉速關係圖.......................78
圖4-47不同整流罩下輸出風量與發電機功率係數Cp關係圖.......................78

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[10] 牛山泉‚ 長井浩‚ 篠田仁吉‚″Experimentally Determining the Optimum Design Configuration for Savonius Rotors″‚日本機械學會論文集‚ No.85–0266A

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[13] D. W. Lobitz, T. D. Ashwill‚ ″Aeroelastic Effects in the Structural Dynamic Analysis of Vertical Axis Wind Turbines″‚ 1986

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[16] 張文璟‚ ″垂直軸風力發電機非穩態起動流場分析″‚ 中華科技大學機電光研究所論文‚ 2009

[17] 溫宗修‚ ″風力發電機之混合式最大功率追蹤法″‚ 大同大學電機工程研究所碩士論文‚ 2009

[18] 張瑞榮‚賴峯民‚蘇承佑‚林純華‚韓麗龍‚鐔孝明‚ ″垂直軸式FRP多階式風力機轉子之研製″‚中華科技大學學報‚vol. 51‚ 2012

[19] 關合市‚牛山泉合著‚林輝政審定‚″垂直軸風車″‚ 台大出版中心‚2011年4月初版

[20] 牛山泉編著‚張振燦譯著‚ ″風力能源與風力發電系統設計″‚ 科技圖書股份有限公司‚ 2011年10月初版

[21] 綠色能源資訊網 http://www.taiwangreenenergy.org.tw

[22] 中央氣象局 http://www.cwb.gov.tw/V7/index.htm

[23] 台灣電力公司 http://www.taipower.com.tw

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