风力发电DIY之风速与风功率
动手制作制作简易的风车并测试风力
动手制作制作简易的风车并测试风力动手制作简易的风车并测试风力简介：风车是一种利用风力转动的装置，常见于农村和风力发电场，具有环保和可再生的特点。
在本文中，我们将学习如何制作一个简易的风车，并且通过测试不同风力条件下的转动效果来探索风的力量。
材料准备：1. 一张正方形硬纸板（边长约15厘米）2. 一只剪刀3. 一根铅笔或竹签4. 一只小胶圈或胶带5. 一根大头钉6. 一台风力风扇（或者可以用自然环境中的风代替）制作步骤：1. 首先，将正方形硬纸板平铺在桌面上，确保它的边长为15厘米。
2. 用剪刀将硬纸板按对角线剪成两个三角形，使之呈现一个大写字母"X"的形状。
3. 将两个三角形对称叠放，使得它们的顶点在同一点上，并且底边保持平行。
4. 在顶点的位置用铅笔或竹签插入，固定两个三角形，形成一个四翼风车的形状。
5. 使用小胶圈或胶带将纸板与铅笔或竹签固定在一起，确保它们不会松脱。
6. 取出一个大头钉，并将其插入硬纸板的中心点处。
7. 风车制作完成！测试步骤：1. 将风扇或站在自然环境中的风放置在风车前方，并调至适宜的档位或风力。
2. 打开风扇或等待自然风来吹动风车。
3. 观察风车在风力作用下的旋转情况。
4. 比较不同风力条件下风车的转动速度和旋转角度。
5. 根据观察结果，总结不同风力对风车转动的影响。
实验小结：在这个简易的风车实验中，我们可以通过制作风车并测试风力的实验来了解风的力量是如何影响物体转动的。
通过观察和比较不同风力条件下风车的转动情况，我们可以得出以下结论：1. 风力越大，风车的转动速度越快。
2. 风力越小，风车转动的角度会受到限制，转动速度较慢。
3. 风向对风车的转动没有明显影响，只要有风力即可令风车转动。
结论：通过这个简易的风车制作和测试实验，我们对风的力量有了更深的理解。
风力是一种重要的可再生能源，可以利用它驱动风车发电或进行其他机械工作。
这个实验也可以激发我们对环境保护和可持续发展的思考，并促使我们更加珍惜和利用好自然资源。
小学科学实验如何制作一个简易的风力发电机
塑料片：用于制 作风叶和发电机 叶片
胶水或胶带
用于固定叶片和发电机主体
防止叶片和发电机主体松动或脱 落
添加标题
添加标题
连接各部件，保证其牢固性
添加标题添加标题保 Nhomakorabea风力发电机能够稳定运行
LED小灯泡或其他小电器
简介：制作简易风力发电机需要准备LED小灯泡或其他小电器，以便 展示风能发电的原理和应用。
实验观察：观察风力发电机在风 吹下的转动情况
实验结果：风力发电机成功将风 能转化为电能
实验结论：简易风力发电机能够 点亮LED小灯泡或其他小电器， 证明了风能转化为电能的可行性
06
实验总结与思考
实验收获：通过本次实验，我们了解了风力发电机的原理 和制作过程，提高了动手能力和科学素养
实验原理：通过风能驱动扇叶旋 转，进而带动发电机产生电能
纸杯
纸杯可以作为风 力发电机的底座
纸杯可以用来制 作风叶
纸杯可以用来制 作支架
纸杯可以用来制 作电池盒
竹签或塑料吸管
用于制作风叶的支架 连接风叶和发电机 制作简易风力发电机的重要材料之一 可根据实际情况选择合适的长度和数量
剪刀
剪刀：用于剪裁 纸板和塑料片
胶水：用于将各 部件粘贴在一起
纸板：用于制作 风叶和发电机主 体
05
实验操作与观察
实验操作：对着简易风力发电机扇叶吹气，观察小电器是 否亮起
操作步骤：将扇 叶固定在支架上， 将小电器连接到 扇叶上，对着扇 叶吹气
观察内容：观察 小电器是否亮起， 记录实验结果
注意事项：确保 扇叶与小电器连 接牢固，避免吹 气过猛导致扇叶 飞出
实验目的：通过 观察小电器是否 亮起，验证风力 发电机的原理
外国牛人自制风力发电机1.5KW
外国牛人自制风力发电机1.5KW
转载自互联网
自制风力发电机
一．框架：
焊接好的机架！
加装追风尾冀
给机架上防锈色之后
二．发电机：
（１）转子磁体：
上图为转子模板，利用空隙放磁铁，在这个机上放置１６块磁铁，该磁铁磁力非常之大，７．６＊３．８＊２ＣＭ
线圈大小应该和磁场位置相合，所以所示为线圈的定子模，线圈按此大小制作！
加工好的转子磁铁！
（２）定子线圈：
这些是用作做线圈的绕线模！
这是用此绕线模做出的单线圈！
定子线圈模板
放置的１２只线圈
按照需要连接好连线，用胶带固定好！
用聚酯树脂粘好
加工好的成品定子线圈
装上螺丝，在装的时候防止螺丝被周围的磁铁吸引住！
调整轴承间隙，以转动无间隙，不卡！
装上转子，调整间隙，保持旋转间隙最小，不碰到！
三．叶片：
风叶采用松木３Ｍ＊３０ＣＭ＊８ＣＭ的松木
用木工机械加工
四，安装：
直至目前为止，工程完成差不多了。
在16km/每小时，它的功率约400瓦以及２０km/每小时，它的功率为1.5千瓦 .整个整项工程历时3周。
风力发电系统中的风速预测与功率优化控制
风力发电系统中的风速预测与功率优化控制随着环境保护和可再生能源的重要性日益凸显，风力发电作为一种清洁而可持续的能源形式，受到了广泛关注。
然而，风力发电系统的效率和稳定性仍然是一个挑战。
在实际应用中，风速的预测和功率的优化控制是提高风力发电系统性能的关键因素。
风速是风力发电系统中至关重要的参数，它直接影响风力机的转速和功率输出。
准确预测风速可以帮助优化风力发电系统的运行策略，提高发电效率和可靠性。
目前，针对风速预测的方法主要包括基于物理模型和统计模型两种。
基于物理模型的风速预测方法利用大气流体力学原理建立数学模型来描述风的运动规律，然后将实时气象数据输入模型中进行计算。
这种方法需要准确的气象数据，以及对大气细节的深入了解，因此适用范围相对有限。
统计模型则是通过对历史气象数据进行分析和建模来推测未来一段时间的风速。
常用的方法包括时间序列分析、人工神经网络和回归分析等。
这些方法不需要对大气现象进行深入研究，但对历史数据的准确性和完整性要求较高。
除了风速预测，功率优化控制也是提高风力发电系统性能的关键。
风力发电机组在不同的风速条件下具有不同的功率-转速特性，通过调整叶片角度和转子转速，可以实现最大化功率输出和最小化损失。
而功率优化控制算法的设计则需要综合考虑风速预测、机械结构和发电机组等因素。
传统的功率优化控制方法主要是基于PID控制器或模糊控制器等经典控制理论，这些方法在一定程度上能够提高风力发电机组的性能，但仍存在局限性。
近年来，人工智能算法如遗传算法、粒子群优化算法和模糊推理等被应用到功率优化控制中，并取得了良好的效果。
人工智能算法能够通过对大量数据进行训练和学习，自动寻找最优解，实现对风力发电系统的智能优化控制。
风力发电系统中的风速预测与功率优化控制的研究旨在提高风电发电的可靠性、稳定性和经济效益。
准确的风速预测可以帮助预测发电量，合理安排发电计划和稳定电网负荷。
功率优化控制则能够最大化风力机组的发电效率，延长设备的使用寿命。
学生自制简易风力发电机制作流程
学生自制简易风力发电机制作流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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风电场风速分布及风速功率曲线分析
14 12 10 8 6 4 2 0
风 速 (m/s)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
时 间 (min)
图 2 风电场 6 个测风点平均风速功率 P 1 和 P2 应分别是
3 P 1 = 0.296η1 ρ Av
(6) (7)
P2 = 0.296η1η 2 ρ Av 3
布，并进行对比，结果表明 Weibull 分布更能准 确拟合此风电场风速分布实际情况。 本文利用国内某风电场实测风电机输出功率 与风速数据，通过对风电机输出功率与风速关系 的拟合，验证了幂函数可以近似表示风速在切入 风速到额定风速之间时风速与功率的关系。最后 利用拟合出的风速功率曲线计算实际风速对应的 功率值并与实测风速功率数据进行对比，结果表 明可以由风速功率拟合结果结合风速预测值给出 风电场未来出力情况，可以为风电场及电网调度 人员提供有效信息。
隔的风速对应的功率。从图 6 可以看出可以由风 力机输出特性结合预测的风速来给出未来时间风 力机的出力。
700 功率(kW) 600 500 400 300 4 200 100 0 0 2 4 6 8 10 12 12
风 速(m/s)
10 8 6
explained-theory， design and application．Amherst，USA： University of Massachusetts； 2002 [3] Jangamshetti S H，Rau V G Site matching of wind turbine generators： a case study .IEEE Trans on Energy Conversion， 1999，14(4)：1537-1543 [4] Yacob Mulugetta．Frances Drake.Assessment of solar and wind energy resources in Ethiopia．Ι．Wind energy．Solar energy，1996，57(3)：205-217 [5] A． Garcia， J． L． Torres， E． Prieto， A． de Francisco． Fitting wind speed distribution ： A case study.Solar energy， 1998， 62(2)：139-144 [6] 谢建民，邱毓昌，张治源．风力发电机 优化选型 与云南省 风力 发电厂规划研究．电力 建设，2001，22(5)：27-31
风力发电实验指导详解
max
Pmax
1 2
SV13
16 27
0.593
(12)
风力机的实际风能利用系数（功率系数）CP 定义为风力机实际输出功率与流过风轮截面 S 的风能之比。 CP 随风力机的叶片型式及工作状态而变，并且总是小于贝兹极限，商品风机工作时，CP 一般在 0.4 左 右。
风力机实际的功率输出为：
P
1 2
图 2 表示某风轮叶尖速比与功率系数 CP 的关系， 0.1
由图可见在一定的叶尖速比下，风轮获得最高的
风能利用率。
0
2
4
6
8
对于同一风轮，在额定风速内的任何风速，
叶尖速比与功率系数的关系都是一致的。
图 2 风轮叶尖速比与功率系数 CP 关系
不同翼型或叶片数的风轮，CP 曲线的形状不一样，CP 最大值与最大值对应的 λ 值也不一样。 叶尖速比在风力发电机组的设计与功率控制过程中都是重要参数。
3. 恒速恒频发电机
恒速恒频机组一般采用感应发电机，感应发电机又称异步发电机，它是利用定子绕组中 3 相交流电产
生的旋转磁场与转子绕组内的感应电流相互作用而工作的。运行时定子直接接外电网，转子不需外加励
磁。转子以超过同步速 3%～5%的转速运行，定子旋转磁场在转子绕组中感应出频率为 f1 的感应电流， （5）式中 f1 的前面取负号。当转子转速略有变化时，f1 的频率随之改变，而输出电流频率始终与电网 频率一致，无需加以调节。
1
P
1 2
mV12
பைடு நூலகம்
1 2
SV13
(1)
空气的动能与风速的立方成正比。
（1）式中为空气密度，由气体状态方程，密度与气压 p，绝对温度 T 的关系为：
风功率-风速-级别
已知风力、风量，计算公式表达式风能的功率=0.5pAv^3风能转换极限效率：0.593理论上发电机功率= 0.593*0.5pAv^3实际上风能转换过程中还有更多损耗，另外发电机选型也要留一定系数A：扫风面积v：风速p:空气密度：在一个标准大气压下,每立方米空气所具有的质量(千克)就是空气密度. 空气的密度大小与气温，海拔等因素有关，海拔越高密度越低，我们一般采用的空气密度是指在0摄氏度、绝对标准指标下，密度为1.293g/LW=0.5*1.293*A*V^3; A=W/0.5*1.293*V^3垂直轴风力发电机叶片在旋转一周所产生的功率已知条件为,选用的翼型为NACA0012,风轮直径为1m,在风速为10m/s时风轮的转速为20 0r/min,就相当于一秒钟转3转,计算一秒种内风轮所产生的功率,风轮功率的计算公式为P=1/2ρv3acρ:空气密度kg/m3a:风轮的扫风面积m2v:风速m/sc:力矩c=crxh cr:为升力和阻力的合力通过两个力的平方开根号求得,升力和阻力要通过α,合成速度与弦线的夹角,然后在通过查K曲线求得,h:合力到风轮圆心的垂直距离,要通过作图求得。
风速与级别风通常用风向和风速（风力和风级）来表示。
风速是指气流在单位时间内移动的距离，用米/秒或千米/小时表示，目前人们把风划分12级。
风级0 ：概况无风；陆地静，烟直上海岸相当风速（m/s）0-0.2风级 1 ：概况软风；陆地烟能表示方向，但风向标不能转动海岸渔船不动相当风速（m/s）0.3-1.5风级 2 ：概况轻风陆地人面感觉有风，树叶微响，寻常的风向标转动海岸渔船张帆时，可随风移动相当风速（m/s） 1.6-3.3风级 3 ：概况微风陆地树叶及微枝摇动不息，旌旗展开海岸渔船渐觉簸动相当风速（m/s） 3.4-5.4风级 4 ：概况和风陆地能吹起地面灰尘和纸张，树的小枝摇动海岸渔船满帆时，倾于一方相当风速（m/s） 5.5-7.9风级 5 ：概况清风陆地小树摇摆海岸水面起波相当风速（m/s）8.0-10.7风级 6 概况强风陆地大树枝摇动，电线呼呼有声，举伞有困难海岸渔船加倍缩帆，捕鱼须注意危险相当风速（m/s）10.8-13.8风级7 ：概况疾风陆地大树摇动，迎风步行感觉不便海岸渔船停息港中，去海外的下锚相当风速（m/s）13.9-17.1风级8：概况大风陆地树枝折断，迎风行走感觉阻力很大海岸近港海船均停留不出相当风速（m/s）17.2-20.7风级9 ：概况烈风陆地烟囱及平房屋顶受到损坏（烟囱顶部及平顶摇动）海岸汽船航行困难相当风速（m/s）20.8-24.4风级10：概况狂风陆地陆上少见，可拔树毁屋海岸汽船航行颇危险相当风速（m/s）24.5-28.4风级11 ：概况暴风陆地陆上很少见，有则必受重大损毁海岸汽船遇之极危险相当风速（m/s）28.5-32.6风级12 ：概况飓风陆地陆上绝少，其摧毁力极大海岸海浪滔天相当风速（m/s）32.6以上。
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风能与风功率
风功率与风压
为m的空气以速度v运动，它所具有的动能
直于风向的平面，面积为S，见图1
图1 风速与截风面积
时间通过该平面的空气质量m为
空气密度标准状态下ρ=1.2928kg/m3，考虑到气温等因素本处计算取ρ=1.2kg/m3，代入（1：
（2）
同样面积下风功率的增加是按风速增加的三次方倍增加，例如，对于1平方米风速为5米时的风功率为0米时的风功率为600W。
在1秒时间里通过单位面积的动能也称为“风能密度”，在此风能密度
压”就是垂直于气流方向的平面所受到的风的压力，在计算风力机载荷时需要参考。
风压以单位面积上
增加是按风速增加的二次方倍增加。
准，把风力发电机组的分为5级，按年平均风速10 m/s、8.5 m/s、7.5 m/s、6 m/s四种风速和特殊设），我们再增加停机风速20 m/s和起动风速3 m/s共七个风速来计算单位面积（每平方米）的风功率与表：
表1 风速、风功率、风压对照表
风力发电机的效率
风功率是速度为v的空气经过平面S后速度减为0所产生的功率，这是理想的情况，事实上空气经过平
流走，速度不可能为0，所以说风只可能把一部分能量传给平面S。
机中风通过风轮扫掠面积时把一部分动能传给风力机，把风轮接受的风的动能与通过风轮扫掠面积的全风能利用系数，根据贝茨理论，风力机的最大风能利用系数是59%，风能利用系数是衡量风力机性能的的风力机是达不到这个理想数据的，各种形式的风轮接受风力的风能利用系数是不同的，阻力型风力机升力型风力机的风能利用系数较高。
风力发电机组除了风轮的风能利用系数外，还有机械传动系统效率些效率的乘积就是风力发电机的全效率。
在表2中列出了各种形式的风力发电机的全效率：
表2 风力发电机的全效率表
风力发电机的扫风面积
转扫过的面积在垂直于风向的投影面积是风力机截留风能的面积，称为风力机的扫掠面积，图2是一个扫掠面积示意图。
图2 水平轴风力机的扫风面积一个四叶片的H型升力垂直轴风力发电机的扫掠面积示意图。
图3 垂直轴风力机的扫风面积
前面两表可由所需发电功率估算出风力机所需的扫风面积，例如200W的升力型垂直轴风力发电机工作效率按25%计算所需扫风面积约为6.2m2,如果工作风速为10m/s则所需扫风面积约为1.4m2即可；例如轴风力发电机工作风速为10m/s，全效率按30%计算所需扫风面积约为56m2,如果工作风速为13m/s则所即可。
按高风速设计的风力机体积小成本相对低些，但必须用在高风速环境，例如把一台设计风速为1风速为6m/s的环境工作，其功率会下降80%；按风速6m/s设计的风力机风轮会很大，虽在6m/s时运行速损坏电机，为抗强风时需增加结构强度使成本大大增加。
工作风速范围选择要适当，既要在较宽的风速范围内高效安全的发电又要有足够的抗强风能力，首先要速，在“风轮尺寸与额定风速”一节中将讨论如何确定额定风速。