Undersøkelse av generatorløsning for vertikalakslet vindturbin

Abstract

Bacheloroppgaven omhandler videreutviklingen av konseptet for en vertikalakslet vindturbin med navnet Vindorku, som består av tre roterende skovler og som er utviklet av Wind El Norway AS. Hovedformålet med oppgaven er å finne en generatorløsning for denne vindturbinen, i tillegg til en løsning for anvending av generert energi.

To av skovlene på vindturbinen kobles sammen ved hjelp av et kilereimsystem. Reimsystemet ble koblet til en permanentmagnet synkrongenerator, som ble brukt til produksjon av elektrisk effekt. Den produserte effekten likerettes ved hjelp av en full-bro trefase likeretter og brukes deretter til oppladning av batteri.

Den mekaniske effekten ble estimert til 6 W per skovl ved en vindhastighet på 4 m/s, og 93,75 W per skovl ved 10 m/s. Ved praktiske målinger av elektrisk effekt ble den målt til 2,33 W ved vind på 6,8 m/s og 5,77 W ved vindkast på 10 m/s. Senere ble både elektriske tap beregnet og mekaniske tap estimert, og det viser seg at systemet lider under forholdsvis store tap som skyldes reimsystemet. Gruppen kommer frem til at reimsystemet er en mindre god løsning for prototypen på grunn av det lave momentet i systemet. Senere ble det utført simuleringer av det elektriske systemet i Simulink for å sammenligne de simulerte elektriske tapene med beregnede elektriske tap.

Gruppen har konkludert med at hele vindturbinen må rekonstrueres dersom Vindorku skal bli et konkurransedyktig produkt.

This bachelor thesis is about the further development of the concept for a vertically axled wind turbine called Vindorku, which consists of three rotating blades and has been developed by Wind El Norway AS. The main purpose of the thesis is to find a generator solution suitable for this wind turbine, in addition to finding a solution for the use of the generated energy.

Two of the blades on the wind turbine are connected together using a V-belt system. The V- belt system was connected to a permanent magnet synchronous generator, which was used for the production of electrical power. The produced power is rectified using a full-bridge three phase rectifier and is then used to charge a battery.

The mechanical power was estimated to be about 6 W per blade at a wind speed of 4 m/s and 93.75 W at 10m/s. By doing practical measurements on the wind turbine, the power was measured to be about 2.33 W at a constant wind speed of 6.8 m/s and 5.77 W at gusts of 10 m/s. Later, both electrical losses were calculated and mechanical losses were estimated, and it turns out that the system suffers from a large amount of losses due to the low efficiency of the V-belt system. The group concludes that the belt system isn’t a good solution for power transmission in this system because of the low torque. Thereafter, simulations of the electrical system were performed in Simulink to compare the simulated electrical losses with the calculated electrical losses.

The group has come to the conclusion that in order for Vindorku to be a compeditive product, the design needs to be reconsidered.