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系統識別號 U0026-2908201610214700
論文名稱(中文) 外罩式風力發電機利用風門控制發電量的研究
論文名稱(英文) Ducted Wind Turbine Power Output Control Using Airflow Deflector
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 航空太空工程學系碩士在職專班
系所名稱(英) Department of Aeronautics & Astronautics (on the job class)
學年度 104
學期 2
出版年 105
研究生(中文) 王志豪
研究生(英文) Chih-Hao Wang
學號 P47991130
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 66頁
口試委員 指導教授-陳世雄
口試委員-鄭敦仁
口試委員-陳建霖
中文關鍵字 外罩式風力發電機  限速保護  風洞測試  風門. 
英文關鍵字 Diffuser Augmented Wind Turbine  Over Speed Protection  Wind Tunnel Test  Deflector. 
學科別分類
中文摘要 小型風力發電機的限速保護是安全操作很重要的一環,過去常用的方法包含電磁短路煞車、偏航、離心錘變矩、失速保護等,但各有其優缺點。本研究的目的是在探討一個有外罩設計的風力發電機,利用其獨特外罩導管,設計風門結構控制流量,量測比對發電功率的差異,使風力發電機能夠有效的在高風速下達到限速保護作用。試驗方法是將風力發電機置放在風洞中測試,分別在風力發電機入風口位置及出風口位置設計安裝風門結構,風門角度動作控制係利用步進馬達與程式搭配控制調整,使步進馬達能夠保持在最大扭力輸出及精準度範圍下,進行風門角度由小至大的動作變換。
  本研究分別針對入風口及出風口風門開關的情況下風力發電機的輸出做量化的探討,實驗中將風機額定功率輸出的風速作為設定風速,分別為入風口及出風口位置風門角度調整,角度變換設定由90度至0度遞減,量測輸出電壓、電流後,統計數據轉換成功率來比對差異。試驗結果發現風門確實可以針對外罩式風力發電機限速保護達到一定的功效,且入風口的風門控制效果優於出風口的風門限制,本研究的機構設計上較為單純,無須考慮變矩機構中的離心力或是尾舵偏航偏心力矩計算,單純的風門角度控制,即可以達到有效的限速保護作用。
英文摘要 The purpose of this study is to design and test airflow deflectors added to a diffuser augmented wind turbine to see the effectiveness in regulating the airflow and thus control the power output for wind turbine safety operation at high wind speed conditions.
The test was performed at a wind tunnel facility. The results indicated both the inlet and outlet deflectors can effectively reduce the power output and protect the turbine when the wind speed is high. The inlet deflectors were found to be more effective than the outlet deflectors because of more effective airflow control.
論文目次 摘要 i
Extended Abstract iii
誌謝 vi
目錄 vii
符號說明 xiv
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 文獻回顧 2
1.2.1 HAWT 2
1.2.2 VAWT 3
1.2.3 DAWT 4
1.3 風力發電機限速保護 4
1.3.1電磁短路煞車 5
1.3.2變槳矩控制限速 6
1.3.3尾舵偏航限速 6
1.3.4葉片失速限速 6
1.4 研究動機 6
1.5 組織章節 7
第二章 風力發電機理論 8
2.1 HAWT貝茲極限 8
2.2 DAWT 的性能 11
第三章 實驗設備及量測 16
3.1實驗流程 16
3.2實驗設備 17
3.2.1 風力發電機 JETPRO JPS-200 17
3.2.2 AMCA 210-85 標準風洞 17
3.2.3 DC電源供應器 17
3.2.4蝸桿蝸輪 18
3.2.5步進馬達 18
3.2.6程式控制器 18
3.2.7風門機構設計 18
3.2.8 數位式電壓電流表 19
第四章 實驗結果與討論 20
4.1 風門安裝於出風口位置 20
4.1.1 出風口風門1/2面積 20
4.1.2 出風口風門全面積 20
4.2 風門安裝於入風口位置 20
4.2.1 入風口風門1/2面積 21
4.2.2 入風口風門全面積 21
4.3 實驗結果討論 21
4.3.1 風門位置及最佳低功率輸出 21
4.3.2 風門角度與設定角度差異值比較 22
4.3.3 風口面積比與功率關係 22
第五章 結論與建議 24
5.1 綜合討論 24
5.2 未來工作 25
文獻參考 28
附錄一 專有名詞 30
附錄二HAWT 產品規格 31
附錄三VAWT 產品規格 33
附錄四DAWT產品規格 34
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