EXPERIMENTAL RESEARCH OF CENTRIFUGAl REGULATORS FOR WIND TURBINE
The widespread introduction of low-power wind power plants raises a number of requirements for their construction. Given that these installations work in close proximity to residential spaces, safety and reliability are at the forefront, and they are directly dependent on cash flow and power control...
Gespeichert in:
| Datum: | 2018 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine
2018
|
| Online Zugang: | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/165 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Vidnovluvana energetika |
| Завантажити файл: |  |
Institution
Vidnovluvana energetika| _version_ | 1871103180262080512 |
|---|---|
| author | Holovko, V. Kokhanevych, V. Shykhaylov, M. |
| author_facet | Holovko, V. Kokhanevych, V. Shykhaylov, M. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "V. Holovko",
"institution": "Institute of Renewable Energy, NAS of Ukraine"
},
{
"author": "V. Kokhanevych",
"institution": "Institute of Renewable Energy, NAS of Ukraine"
},
{
"author": "M. Shykhaylov",
"institution": "Institute of Renewable Energy, NAS of Ukraine"
}
] |
| author_sort | Holovko, V. |
| baseUrl_str | https://ve.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T06:32:11Z |
| description | The widespread introduction of low-power wind power plants raises a number of requirements for their construction. Given that these installations work in close proximity to residential spaces, safety and reliability are at the forefront, and they are directly dependent on cash flow and power control systems. Control systems using centrifugal regulators provide sufficient reliability and are relatively simple in design. Further improvement of this type of regulators requires both theoretical studies and their experimental confirmation.
To study various types of regulators for wind power plants at the Institute of Renewable Energy, a bench and an experimental rotor with a centrifugal regulator was designed and manufactured and a research method was proposed.
In the course of the research, experimental static rotors of the wind turbine with a centrifugal regulator were obtained during floodgeneration and anti-flood control with the change: the torque at the rotor; the values of the initial tension of the regulation spring; moment of inertia of centrifugal loads; the angle of installation of centrifugal weights and deflection of rotor turns in external perturbations, namely, with a sudden increase and decrease in the load on the rotor and at a sudden change in wind speed.
The analysis of the experimental static rotor confirmed the theoretical assumption, which is based on the mathematical model, on the insignificant effect of friction on the operation of the centrifugal regulator. When comparing theoretically calculated and experimental static characteristics with weather control, the relative deviation is 1.27%, while the anti-flood control is 1.29%, respectively.
The deviations of the rotation of the rotor in external perturbations and the comparison with the corresponding static characteristics showed that the deflections of the rotations do not go beyond the boundaries of static characteristics, while the coefficients of the Vyshnegradsky diagram, which are calculated with the parameters and characteristics of the experimental rotor and centrifugal regulator, have shown that the control system should be observed aperiodic transitional process |
| first_indexed | 2025-07-17T11:37:27Z |
| format | Article |
| fulltext |
ВІТРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 3 31
УДК 621.548
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ВІДЦЕНТРОВИХ РЕГУЛЯТОРІВ
ДЛЯ ВІТРОУСТАНОВОК
В.М. Головко, професор, доктор технічних наук, В.П. Коханєвич, кандидат технічних наук, М.О. Шихайлов
Інститут відновлюваної енергетики НАН України
02094 м. Київ, вул. Гната Хоткевича, 20А.
Наведено результати експериментальних досліджень відцентрового регулятора роторів вітроустановок для його різних
параметрів при статичних і динамічних навантаженнях та проведено їхнє співставлення з теоретичними положеннями.
Бібл. 10, рис. 15.
Ключові слова: вітроенергетика, вітроустановка, ротор вітроустановки, відцентровий регулятор.
EXPERIMENTAL RESEARCH OF CENTRIFUGAl REGULATORS
FOR WIND TURBINE
V. Holovko, doctor of technical sciences, V. Kokhanievych, candidate of technical sciences, M. Shykhailov.
Institute of Renewable Energy, NAS of Ukraine
02094, 20A Hnata Khotkevycha Street, Kyiv, Ukraine.
The results of experimental investigations of the centrifugal regulator of rotors of wind turbines under various parameters at static
and dynamic loads are presented and their comparison with theoretical positions is carried out. Bibl 10, fig. 15.
Keywords: wind power, wind turbine, wind turbine rotor, centrifugal regulator.
В.М. Головко
V. Holovko
Відомості про автора: провідний науковий
співробітник Інституту відновлюваної енер-
гетики НАН України.
Освіта: закінчив в 1977 р. Українську сіль-
ськогосподарську академію за спеціальністю
«Електрифікація сільського господарства».
Наукова сфера: відновлювані джерела
енергії, вітроенергетика, вітроустановки ма-
лої потужності, автономні системи енергоза-
безпечення.
Публікації: 145.
ORCID: 0000-0003-0195-9654
Контакти: +38 (044) 206-28-09
e-mail: renewable@ukr.net
Information about the author: chief researcher
at Institute of Renewable Energy, National Acad-
emy of Sciences of Ukraine.
Education: graduated from the Ukrainian Agricul-
tural Academy in 1977 with a degree in electrifica-
tion of agriculture.
Research area: renewable sources of energy,
wind power systems, small capacity wind units,
autonomous power systems.
Publications: 145.
ORCID: 0000-0003-0195-9654
Contacts: +38 (044) 206-28-09
e-mail: renewable@ukr.net
В.П. Коханєвич
V. Kokhanievych
Відомості про автора: старший науковий
співробітник Інституту відновлюваної енер-
гетики НАН України.
Освіта: закінчив в 1979 р. Київський
політехнічний інститут за спеціальністю
«Технологія машинобудування, метало
ріжучі верстати та інструменти».
Наукова сфера: вітроенергетика, вітроуста-
новки малої потужності, системи регулюван-
ня та захисту.
Публікації: 121.
ORCID: 0000-0003-0033-1355
Контакти: +38 (044) 206-28-09
e-mail: renewable@ukr.net
Information about the author: research fellow at
Institute of Renewable Energy, National Academy
of Sciences of Ukraine.
Education: graduated from the Kyiv Polytechnic
Institute in 1979 with a degree in technology of
machine building, metal cutting machines and tools.
Research area: power systems, converting types
of energy, automation and modeling processes.
wind power systems, small capacity wind units,
control systems and protect.
Publications: 121.
ORCID: 0000-0003-0033-1355
Contacts: +38 (044) 206-28-09
e-mail: renewable@ukr.net
© В.М. Головко, В.П. Коханевич, М.О. Шихайлов, 2018
mailto:renewable@ukr.net
mailto:renewable@ukr.net
mailto:renewable@ukr.net
mailto:renewable@ukr.net
ВІТРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 3 32
М.О. Шихайлов
М. Shykhailov
Відомості про автора: науковий співробіт-
ник Інституту відновлюваної енергетики
НАН України.
Освіта: закінчив в 1979 р. Київський
політехнічний інститут за спеціальністю
«Гідропневмоавтоматика та гідропривід».
Наукова сфера: вітроенергетика, вітроуста-
новки малої потужності, системи управління.
Публікації: 191.
ORCID: 0000-0003-1845-9904
Контакти: +38 (044) 206-28-09
e-mail: renewable@ukr.net
Information about the author: researcher at
Institute of Renewable Energy, National Acad-
emy of Sciences of Ukraine.
Education: graduated from the Kyiv Polytech-
nic Institute in 1979 with a degree in hydro-
pneumatic and hydraulic drive.
Research area: wind power systems, small
capacity wind units, control systems.
Publications: 191.
ORCID: 0000-0003-1845-9904
Contacts: +38 (044) 206-28-09
e-mail: renewable@ukr.net
Перелік використаних позначень та скорочень:
V – швидкість повітряного потоку, що набігає на
ротор;
МН – момент навантаження;
HV – номінальна швидкість повітряного потоку;
номM – номінальний момент навантаження;
V – відносна швидкість повітряного потоку; n – швидкість обертання ротора;
ТJ – момент інерції відцентрових тягарців;
номn – номінальні оберти ротора;
ЛJ – моменту інерції лопаті; n – відносні оберти ротора;
0ПрF – величина початкового натяжіння пружини регу-
лювання;
Θ – кут між кривошипом і хордою лопаті;
A – параметр, що характеризує величину початково-
го натяжіння пружини регулювання;
– кут між хордою лопаті і державками відцентро-
вих тягарців.
Вступ. Широке впровадження вітроустано-
вок малої потужності [1–3] ставить ряд вимог до
їхніх конструкцій. Враховуючи те, що ці устано-
вки працюють в безпосередній близькості до жи-
тлових приміщень, на перший план виходять
безпека та надійність, які прямо залежать від на-
явних систем регулювання обертів та потужності.
Системи регулювання з використанням відцент-
рових регуляторів забезпечують достатню надій-
ність та є відносно нескладними за своєю конст-
рукцією. Подальше удосконалення цього типу
регуляторів потребує як теоретичних досліджень,
так і їхніх експериментальних підтверджень.
Постановка завдання. Математичні моделі
систем регулювання з відцентровими регулято-
рами та певні допущення, що використані в да-
них математичних моделях і наведені в роботах
[4–9], потребують експериментальної перевірки.
Для досліджень різних типів регуляторів роторів
вітроустановок в Інституті відновлюваної енерге-
тики НАН України було розроблено та виготов-
лено стенд та експериментальний ротор з
відцентровим регулятором [10], що дозволяє оці-
нити вплив сил тертя на роботу відцентрового
регулятора, отримати статичні характеристики
ротора вітроустановки для флюгерного та антиф-
люгерного регулювання і визначити відхилення
обертів ротора при динамічних навантаженнях. В
цій роботі отримані результати проаналізовані та
співставленні з теоретичними положеннями.
Виклад основного матеріалу. На рис. 1 на-
ведена експериментальна статична характеристи-
ка ротора та дані замірів при флюгерному регу-
люванні при таких параметрах відцентрового ре-
гулятора: кут між кривошипом і хордою лопаті –
Θ = 52º; кут між хордою лопаті і державками від-
центрових тягарців – = 40º; момент інерції від-
центрових тягарців – ТJ = 1,410-3 кгм2; величи-
на початкового натяжіння пружини регулювання
–
0ПрF = 30 Н; співвідношення моменту інерції
лопаті ЛJ до моменту інерції відцентрових тяга-
рців ТJ – /Л ТJ J = 0,214; момент навантаження
НM відповідає номінальному моменту наванта-
mailto:renewable@ukr.net
mailto:renewable@ukr.net
ВІТРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 3 33
ження номM – НM = номM та A =0,3, де A пара-
метр, що характеризує величину початкового на-
тяжіння пружини регулювання (див. [5, 7]).
Швидкість вітру V доцільно виразити в без-
розмірній формі, тобто:
H
V
V
V
, (1)
де
HV – номінальна швидкість повітряного потоку.
Відповідно, оберти регулятора також доціль-
но виразити в безрозмірних координатах, тобто
ном
n
n=
n
, (2)
де
номn – номінальні оберти ротора.
У відповідності з параметрами аеродинаміч-
ного стенду [10]
HV =3м/с,
номn =275 об/хв.
Рис. 1. Експериментальна статична характеристика ротора при флюгерному регулюванні.
Fig. 1. Experimental static characteristic of the rotor with floodgate regulation.
Дослідження впливу тертя в відцентровому
регуляторі. На рис. 2 наведені статичні характе-
ристики ротора при дослідженні впливу сил тер-
тя на роботу відцентрового регулятора (Θ=52º;
=40º; ТJ =1,410-3 кгм2;
0ПрF =40 Н; A =0,4;
/Л ТJ J =0,214 та при
HM =0), де: 1 – статична ха-
рактеристика при збільшенні швидкості вітру; 2 –
статична характеристика при зменшенні швидко-
сті вітру.
Як видно з рис. 2, максимальна різниця між
статичними характеристиками ротора, заміряни-
ми при збільшенні та зменшенні швидкості пові-
тряного потоку, досягає при V =1,5 і відповідно
складає
1 08 1 077
0 0028
1 08
, ,
n ,
,
, або 0,28%, що
практично не впливає на точність регулювання.
Тобто допущення в математичних моделях [5, 7,
9], того що момент тертя в регуляторі допустимо
прийняти рівним 0, є правомірними.
Слід зауважити, що заміри проводилися за
відсутності моменту навантаження, тобто коли
регулятор найбільш чутливий до впливу тертя, а
при навантаженні ротора n зменшується. Крім
цього з рис. 2 видно, що зі збільшенням швидко-
сті вітру статичні характеристики зближуються,
тобто n , відповідно, зменшується.
ВІТРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 3 34
Рис. 2. Експериментальні статичні характеристики ротора при визначенні впливу тертя в відцентровому регуляторі.
Fig. 2. Experimental static characteristics of the rotor in determining the influence of friction in the centrifugal regulator.
Співставлення експериментальних та тео-
ретичних статичних характеристик ротора. На
рис. 3 наведені експериментальна та теоретична
статичні характеристики при таких параметрах
відцентрового регулятора: Θ = 52º; = 40º;
Т
J = 1,410-3 кгм2;
0ПрF = 30 Н; A = 0,3; /Л ТJ J =
= 0,214 та при НM = номM , де: 1 – експеримента-
льна статична характеристика; 2 – розрахункова
статична характеристика.
Теоретично розрахована статична характери-
стика ротора зміщена вверх на величину
n =0,02, оскільки як окремі точки характерис-
тик співпадають.
Як видно з рис. 3, форми характеристик є по-
дібними. Відхилення обертів для одної та іншої
статичної характеристики для даного діапазону
зміни швидкості вітру складає: для теоретичної –
1,1889; для експериментальної – 1,1865, що в
відносних одиницях складає n =(1,1889–1,1865)/
1,889=0,0127=1,27% та підтверджує правильність
прийнятих допущень для моделі відцентрового
регулятора. З урахування всього діапазону регу-
лювання (V 34) похибка буде складати 45%.
Рис. 3. Експериментальна та розрахункова статичні характеристики ротора при флюгерному регулюванні.
Fig. 3. Experimental and calculated static characteristics of the rotor with floodgun regulation.
ВІТРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 3 35
На рис. 4 наведена експериментальна стати-
чна характеристика ротора та дані замірів при
антифлюгерному регулюванні при таких параме-
трах відцентрового регулятора: Θ=52°; =45º;
ТJ =1,410-3 кгм2;
0ПрF =40 Н; A =0,4;
/Л ТJ J =0,214 та при МН = Мном.
На рис. 5 наведені теоретична та експериме-
нтальна статичні характеристики при антифлю-
герному регулюванні при тих же параметрах від-
центрового регулятора, що і на рис. 4, де:
1 – експериментальна статична характеристика;
2 – розрахункова статична характеристика.
Рис. 4. Експериментальна статична характеристика ротора при антифлюгерному регулюванні.
Fig. 4. Experimental static characteristic of the rotor with anti-flood control.
Рис. 5. Експериментальна та розрахункова статичні характеристики ротора при антифлюгерному регулюванні.
Fig. 5. Experimental and calculated static characteristics of the rotor with anti-flood control.
ВІТРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 3 36
Як видно з рис. 5, експериментальна статич-
на характеристика має найбільше відхилення від
розрахункової за швидкості вітру V =1,5, тобто в
точці перегину характеристики. В процесі нала-
годження відцентрового регулятора початкові
кути установлення лопаті неможливо виставити
абсолютно однаково, крім цього, є певні відхи-
лення в довжині тяг та радіусі кривошипа. Це
призводить до того, що лопаті в точці V =1,5
мають певну різницю в кутах установлення, а це,
в свою чергу, призводить до зміщення точок пе-
регину статичних характеристик окремих лопа-
тей одна відносно іншої по осі V та є причиною
того, що експериментальна статична характерис-
тика ротора має більш плавний перегин, ніж тео-
ретично розрахована.
Відносна величина відхилення експеримен-
тальної статичної характеристики від розрахун-
кової складає
n = (1,085–1,071)/1,085 = 0,0129 = 1,29%.
Також необхідно зауважити, що на відміну
від флюгерного регулювання із збільшенням
швидкості вітру розрахункова та експеримента-
льна статичні характеристики зближуються.
Експериментальні статичні характеристи-
ки ротора при флюгерному регулюванні. На
рис. 6 наведені статичні характеристики ротора
при тих же параметрах відцентрового регулятора,
що і на рис. 1, але при різних моментах наванта-
ження, де: 1 – НM = номM ; 2 – HM = 0.5 номM ;
3 –
HM =0.
Зменшення навантаження на роторі зміщує
статичні характеристики ротора вверх, що спів-
падає з теоретичними статичними характеристи-
ками наведеними в [5, 9].
На рис. 7 наведені статичні характеристики
ротора при різних моментах інерції відцентрових
тягарців при наступних параметрах відцентрово-
го регулятора: Θ = 52°; = 40°;
0ПрF = 30 Н;
A = 0,3 та при НM = номM ,
де: 1 – ТJ = 1,010-3 кгм2; 2 – ТJ = 1,410-3 кгм2;
3 – ТJ = 2,110-3 кгм2.
Рис. 6. Статичні характеристики ротора при флюгерному регулюванні при різних моментах навантаження.
Fig. 6. Static characteristics of the rotor with floodgate regulation at different load moments.
ВІТРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 3 37
Рис. 7. Статичні характеристики ротора при флюгерному регулюванні при різних моментах
інерції відцентрових тягарців.
Fig. 7. Static characteristics of the rotor with floodgun regulation at different moments
of inertia of centrifugal gravity.
З урахуванням моменту інерції лопаті
( ЛJ =0,310-3) відношення /Л ТJ J для різних мо-
ментів складає: для ТJ =1,010-3 – /Л ТJ J =0,3; для
ТJ =1,410-3 – /Л ТJ J =0,214; для ТJ =2,110-3 –
/Л ТJ J =0,143.
Як видно з рисунків наведених [5, 9], змен-
шення /Л ТJ J зменшує кут нахилу статичної ха-
рактеристики відцентрового регулятора та, від-
повідно, статичної характеристики ротора. Тобто,
збільшення моменту інерції відцентрових тягар-
ців зменшує кут нахилу статичної характеристи-
ки ротора, що підтверджується даними експери-
менту, які наведені рис. 7.
На рис. 8 наведені статичні характеристики
при різних кутах встановлення відцентрових тя-
гарців при наступних параметрах відцентрового
регулятора: Θ=52°; ТJ =1,410-3 кгм2;
0ПрF =30Н;
A =0,3; /Л ТJ J =0,214 та при НM = номM , де: 1 –
=40°; 2 – =60°; 3 – =80°.
Як видно з графіків, що наведені на рисун-
ках, збільшення кута встановлення відцентрових
тягарців зменшує кут нахилу статичної характе-
ристики відцентрового регулятора та, відповідно,
зменшує кут нахилу статичної характеристики
ротора і підвищує точність регулювання, що
співпадає з результатами експериментальних ста-
тичних характеристик, які показані на рис. 8.
На рис. 9 наведені статичні характеристики
при різних величинах початкового натяжіння
пружини регулювання при наступних параметрах
відцентрового регулятора: Θ = 52°; = 40°;
ТJ = 1,410-3 кгм2; A = 0,3; /Л ТJ J = 0,214 та при
НM = номM , де: 1 –
0ПрF = 40 Н; 2 –
0ПрF = 30 Н;
3 –
0ПрF = 20 Н.
ВІТРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 3 38
Рис. 8. Статичні характеристики ротора при флюгерному регулюванні
при різних кутах встановлення відцентрових тягарців.
Fig. 8. Static characteristics of the rotor with floodgate regulation
at different angles of centrifugal force setting.
Рис. 9. Статичні характеристики ротора при флюгерному регулюванні при різних величинах
початкового натяжіння пружини регулювання.
Fig. 9. Static characteristics of the rotor with floodgun regulation at different values
of the initial tension of the regulation spring.
ВІТРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 3 39
Величина початкового натяжіння пружини
регулювання входить в параметр A відцентрово-
го регулятора та, відповідно, буде складати для:
0ПрF =40 Н– A =0,4;
0ПрF =30 Н– A =0,3;
0ПрF =20 Н– A =0,2. З графіків, наведених на ри-
сунках, видно, що збільшення параметра A зме-
ншує кут нахилу статичної характеристики від-
центрового регулятора та, відповідно, зменшує
кут нахилу статичної характеристики ротора.
Але, оскільки діапазон зміни цього параметра
незначний, то на експериментальних статичних
характеристиках ротора практично не видно різ-
ниці в кутах нахилу статичних характеристик
ротора. В [5] було вказано, що величина початко-
вого натяжіння пружини регулювання викорис-
товується для налаштування регулятора на номі-
нальні оберти, а тому експериментальні статичні
характеристики для A =0,4 та A =0,2 не перера-
ховувалися відносно до номінальних обертів,
щоб показати вплив
0ПрF на них. З рис. 9 видно,
що при таких параметрах відцентрового регуля-
тора зміна величини початкового натяжіння пру-
жини регулювання на 10Н дозволяє змінювати
оберти ротора в діапазоні 8%.
Експериментальні статичні характеристики
ротора при антифлюгерному регулюванні. На
рис. 10 наведені статичні характеристики ротора при
тих же параметрах відцентрового регулятора, що і
на рис. 4, але при різних моментах навантаження, де:
1 – НM = номM ; 2 – HM =0.5 номM ; 3 –
HM =0.
Рис. 10. Статичні характеристики ротора при анти флюгерному регулюванні при різних моментах навантаження.
Fig. 10. Static characteristics of the rotor with anti-flood control at different load moments.
ВІТРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 3 40
Рис. 11. Статичні характеристики ротора при антифлюгерному регулюванні при різних моментах інерції
відцентрових тягарців.
Fig. 11. Static characteristics of the rotor with anti-flutter regulation at different moments of inertia of centrifugal gravity.
На рис. 11 наведені статичні характеристики
ротора при різних моментах інерції відцентрових
тягарців при наступних параметрах відцентрово-
го регулятора: Θ=52°; =45°;
0ПрF =40 Н; A =0,4
та при НM = номM , де: 1 – ТJ =1,010-3 кгм2;
2 – ТJ =1,410-3 кгм2; 3 – ТJ =2,110-3 кгм2.
Оскільки випробування при антифлюгерно-
му регулюванні проводились при тих же момен-
тах інерції лопаті та відцентрових тягарців, що і
при флюгерному регулюванні, то параметри
/Л ТJ J залишаються такими ж. Як видно з рису-
нків [7, 9], зменшення /Л ТJ J , або, відповідно,
збільшення ТJ , зменшує кут нахилу статичної
характеристики відцентрового регулятора та
згладжує статичну характеристику ротора, що
підтверджується даними експерименту, які пока-
зані на рис. 11.
На рис. 12 наведені статичні характеристики
при різних кутах встановлення відцентрових тя-
гарців при таких параметрах відцентрового регу-
лятора: Θ=52º; ТJ =1,410-3 кгм2;
0ПрF =40Н;
A =0,4, /Л ТJ J =0,214; при НM = номM , де: 1 –
=35°; 2 – =45°; 3 – =55°.
Як і при флюгерному регулюванні, збіль-
шення кута встановлення відцентрових тягарців
зменшує кут нахилу експериментальної і теоре-
тичної [7, 9] статичної характеристики, що приз-
водить, відповідно, до згладжування статичної
характеристики ротора та підвищення точності
регулювання.
На рис. 13 наведені статичні характеристики
при різних величинах початкового натяжіння
пружини при антифлюгерному регулюванні при
таких параметрах відцентрового регулятора:
Θ=52º; =45º; ТJ =1,410-3 кгм2; /Л ТJ J =0,214;
при НM = номM , де: 1 –
0ПрF =50 Н; 2 –
0ПрF =40 Н; 3 –
0ПрF =30 Н.
Як зазначалося в аналізі флюгерного регулю-
вання,
0ПрF входить в параметр A , але, оскільки
діапазон його зміни незначний, то і його вплив на
форму статичної характеристики ротора незнач-
ний, а тому зміна величини початкового натя-
жіння пружини дозволяє використовувати його,
як і при флюгерному регулюванні, для налаго-
дження регулятора на номінальні оберти, тобто
зміна
0ПрF в межах від 30 до 50 Н дозволяє змі-
нювати оберти в межах (0,891,055) номn .
ВІТРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 3 41
Рис. 12. Статичні характеристики ротора при анти флюгерному регулюванні
при різних кутах встановлення відцентрових тягарців.
Fig. 12. Static characteristics of the rotor with anti-flood control at different angles of centrifugal gravity.
Рис. 13. Статичні характеристики ротора при флюгерному регулюванні
при різних величинах початкового натяжіння пружини регулювання.
Fig. 13. Static characteristics of the rotor with a snorkel regulation at different values of the
initial pressure gravity of the regulation spring.
ВІТРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 3 42
Відхилення обертів ротора вітроустановки
з відцентровим регулятором при динамічних на-
вантаженнях. На рис. 14 наведені динамічні від-
хилення обертів ротора під час збільшення шви-
дкості повітряного потоку з 3,5 м/с до 5,5 м/с та
зменшення швидкості повітряного потоку з
5,5 м/с до 3,5 м/с при таких параметрах відцент-
рового регулятора: Θ=52º; =40º; ТJ =1,010-3
кгм2;
0ПрF =30 Н; A =0,3; /Л ТJ J =0,3 та при
НM = номM , де: 1 – при зменшенні швидкості по-
вітряного потоку з 5,5 м/с до 3,5 м/с; 2 – при збі-
льшенні швидкості повітряного потоку з 3,5 м/с
до 5,5 м/с; 3 – середнє значення при зменшенні
швидкості повітряного потоку з 5,5 м/с до
3,5 м/с; 4 – середнє значення при збільшенні
швидкості повітряного потоку з 3,5 м/с до 5,5 м/с.
Для параметрів та характеристик ротора екс-
периментальної установки та додаткових параме-
трів відцентрового регулятора, при яких прово-
дились динамічні випробування розраховані кое-
фіцієнти А та В у відповідності з діаграмою Ви-
шнеградського [6, 8], складають: А=4,43; В=4,04,
що відповідає аперіодичному перехідному про-
цесу. Це підтверджується тим, що динамічні від-
хилення обертів ротора у разі збільшення швид-
кості вітру з 3,5 м/с до 5,5 м/с та зменшення шви-
дкості вітру з 5,5 м/с до 3,5 м/с не виходять за
межі відхилень при статичних навантаженнях
(рис. 14).
Рис. 14. Відхилення обертів ротора при збільшенні та зменшенні швидкості повітряного потоку.
Fig. 14. Deviation of rotor rotation with increase and decrease of air flow velocity.
На рис. 15 наведені динамічні відхилення
обертів ротора при раптовому зменшенні наван-
таження з номінального до холостого ходу та ра-
птовому збільшенні навантаження з холостого
ходу до номінального при параметрах відцентро-
вого регулятора: Θ=52º; =40º; ТJ =1,010-3 кгм2;
0ПрF =30 Н; A =0,3; /Л ТJ J =0,3 та при швидкості
повітряного потоку V=5,5 м/с, де: 1 – при змен-
шенні навантаження з номM до М=0; 2 – при збі-
льшенні навантаження з М=0 до номM ; 3 – серед-
нє значення при зменшенні навантаження з номM
до М=0; 4 – середнє значення при збільшенні на-
вантаження з М=0 до номM .
ВІТРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 3 43
Рис. 15. Відхилення обертів ротора при збільшенні, зменшенні навантаження на ротор вітроустановки.
Fig. 15. Deviation of rotor rotation with increase, decrease of load on rotor of wind turbine.
Висновки. 1. Співставлення експеримента-
льних статичних характеристик ротора, отрима-
них при флюгерному регулюванні під час збіль-
шення та зменшення швидкості вітру, підтверди-
ло теоретичне припущення, закладене в основу
математичної моделі про незначний вплив тертя
на роботу відцентрового регулятора. Різниця між
статичними характеристиками склала 0,28%.
2. При співставленні теоретично розрахова-
ної та експериментальної статичних характерис-
тик при флюгерному регулюванні відносне від-
хилення для діапазону зміни швидкості вітру від
VH до 2VH складає 1,27%. Аналогічне співстав-
лення статичних характеристик при антифлюгер-
ному регулюванні показало, що найбільше відхи-
лення між характеристиками знаходиться в точці
перегину характеристик на швидкості вітру 1,5VH
і, відповідно, складає 1,29%.
3. Отримані статичні характеристики ротора
при флюгерному та антифлюгерному регулюван-
ні при різних співвідношеннях моментів інерції
лопаті та відцентрових тягарців (відповідно: 0,3;
0,214; 0,143) і при різних кутах встановлення
відцентрових тягарців (в діапазоні зміни кутів
встановлення для флюгерного регулювання
40º80º та 35º55º для антифлюгерного регулю-
вання) показали, що відносне збільшення момен-
ту інерції відцентрових тягарців і збільшення ку-
тів їхньої установки підвищує точність регулю-
вання та співпадає з теоретично розрахованими
статичними характеристиками відцентрового ре-
гулятора.
4. Відхилення обертів ротора при зовнішніх
збуреннях і співставлення з відповідними стати-
чними характеристиками показало, що відхилен-
ня обертів не виходять за межі статичних харак-
теристик. При цьому, коефіцієнти діаграми Виш-
неградського, що розраховані з параметрами та
характеристиками експериментального ротора та
відцентрового регулятора, показали, що в системі
регулювання має спостерігатися аперіодичний
перехідний процес.
1. Кудря С.О., Пепелов О.В. Тенденції та перспекти-
ви розвитку вітроенергетичної галузі в світі // Матеріали Х
Міжнародної науково-практичної конференції «Відновлю-
ВІТРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 3 44
вана енергетика ХХІ століття». – АР Крим, смт. Миколаївка,
14–18 вересня 2009 року. – С. 199–200.
2. Кудря С.О., Пепелов О.В., Ціцікан Р.М. Сучасний
стан розвитку вітроенергетики в світі // Матеріали ХI
Міжнародної науково-практичної конференції «Відновлю-
вана енергетика ХХІ століття». – АР Крим, смт. Миколаївка,
13–17 вересня 2010 року. – С. 118–120.
3. Кудря С.А., Кузнецов Н.П., Сахно Б.Г. Опыт ис-
пользования ветровых електрических установок в Украине //
Альтернативная энергетика и экология. – 2011. – №8. –
С. 50–53.
4. Кудря С.О., Головко В.М., Коханєвич В.П. та ін.
Розроблення ефективних методів і засобів перетворення,
акумуляції та використання енергії вітру // Відновлювана
енергетика. – 2007. – №3 (10). – С. 26–39.
5. Коханєвич В.П. Статичні характеристики відцен-
трового регулятора при флюгерному регулюванні ротора
вітродвигуна // Відновлювана енергетика. – 2008. – №1 (12).
– С. 39–44.
6. Коханєвич В.П. Динамічна стійкість системи ре-
гулювання ротора вітродвигуна з відцентровим регулятором
// Відновлювана енергетика. – 2008. – №3 (14). – С. 47–54.
7. Коханєвич В.П. Статика регулювання роторів віт-
родвигунів відцентровими регуляторами при антифлюгер-
ному регулюванні // Відновлювана енергетика. – 2009. – №3
(18). – С. 18–24.
8. Коханєвич В.П. Умови стійкості системи регулю-
вання ротора вітроустановки з відцентровим регулятором
при антифлюгерному регулюванні // Енергетика: економіка,
технології, екологія. – 2011. – №2. – С. 28–36.
9. Коханєвич В.П. Вопросы статики регулирования
ветроустановок центробежными регуляторами // Альтерна-
тивная энергетика и экология. – 2012. – №7 (111). – С.56–63.
10. Коханєвич В.П., Головко В.М., Шихайлов М.О. Ро-
зробка стенду та методики дослідження відцентрових регу-
ляторів для вітроустановок // Відновлювана енергетика. –
2017. – №4 (51). – С. 43–51.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ЦЕНТРОБЕЖНЫХ РЕГУЛЯТОРОВ ДЛЯ
ВЕТРОУСТАНОВОК
В.М. Головко, профессор, доктор технических наук,
В.П. Коханевич, кандидат технических наук,
Н.А. Шихайлов.
Институт возобновляемой энергетики НАН Украины
02094 г. Киев, ул. Гната Хоткевича, 20А.
Представлены результаты экспериментальных исследова-
ний центробежного регулятора роторов ветроустановок
при его различных параметрах при статических и динами-
ческих нагрузках, и проведено их сопоставление с теорети-
ческими положениями. Библ. 10, рис. 15.
Ключевые слова: ветроэнергетика, ветроустановка, ротор
ветроустановки, центробежный регулятор.
REFERENCES
1. Kudrya S.O., Pepelov O.V. Trends and Prospects for
the Development of the Wind Energy Industry in the World //
Materials of the X International Scientific and Practical Confer-
ence «Renewable Energy of the XXI Century». AR Crimea, smt.
Mykolayivka, September 14–18, 2009. – P. 199–200 (in Ukr)
2. Kudrya S.О., Pepelov O.V., Tsitsikan R.M. The cur-
rent state of development of wind power in the world // Proceed-
ings of the XI International Scientific Conference «Renewable
energy ХХІ century». AR Crimea, smt. Mykolayivka, 13–17
September 2010. – Р. 118–120 (in Ukr)
3. Kudrya S.О., Kuznetsov М.P., Sakhno B.G. Experi-
ence of using wind power plants in Ukraine // Alternative energy
and ecology. – 2011. – №8. – Р. 50–53 (in Rus)
4. Kudrya S.O., Golovko V.M., Kokhanievych V.P. and
others. Development of effective methods and means of conver-
sion, accumulation and use of wind energy // Renewable energy.
– 2007. – №3 (10). – P. 26–39 (in Ukr)
5. Kokhanievych V.P. Static characteristics of the cen-
trifugal regulator with wind turbine regulation of the wind tur-
bine rotor // Renewable energy. – 2008. – №1 (12). – P. 39–44
(in Rus)
6. Kokhanievych V.P. Dynamic stability of the control
system of a rotor of a wind turbine with a centrifugal regulator //
Renewable energy. – 2008. – №3 (14). – P. 47–54 (in Ukr)
7. Kokhanievych V.P. Statics of regulation of rotors of
wind turbines by centrifugal regulators at anti-flueling regulation
// Renewable energy. – 2009. – №3 (18). – P. 18–24 (in Ukr)
8. Kokhanievych V.P. Conditions of stability of the control
system of the rotor of the wind turbine with a centrifugal regulator
with anti-flueling regulation // Power engineering: economics, tech-
nology, ecology. – 2011. – №2. – P. 28–36 (in Ukr)
9. Kokhanievych V.P. Questions of the statics of wind
power regulation by centrifugal regulators // Alternative energy
and ecology. – 2012. – №7 (111). – P. 56–63 (in Rus)
10. Kokhanievych V.P., Golovko V.M., Development of the
stand and methods of research of centrifugal regulators for windows
// Renewable energy. – 2017. – №4 (51). – P. 43–51 (in Ukr)
SYNOPSES
The widespread introduction of low-power wind power
plants raises a number of requirements for their construction.
Given that these installations work in close proximity to
residential spaces, safety and reliability are at the forefront, and
they are directly dependent on cash flow and power control
systems. Control systems using centrifugal regulators provide
sufficient reliability and are relatively simple in design. Further
improvement of this type of regulators requires both theoretical
studies and their experimental confirmation.
To study various types of regulators for wind power plants
at the Institute of Renewable Energy, a bench and an
experimental rotor with a centrifugal regulator was designed and
manufactured and a research method was proposed.
ВІТРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 3 45
In the course of the research, experimental static rotors of
the wind turbine with a centrifugal regulator were obtained
during floodgeneration and anti-flood control with the change:
the torque at the rotor; the values of the initial tension of the
regulation spring; moment of inertia of centrifugal loads; the
angle of installation of centrifugal weights and deflection of
rotor turns in external perturbations, namely, with a sudden
increase and decrease in the load on the rotor and at a sudden
change in wind speed.
The analysis of the experimental static rotor confirmed the
theoretical assumption, which is based on the mathematical
model, on the insignificant effect of friction on the operation of
the centrifugal regulator. When comparing theoretically
calculated and experimental static characteristics with weather
control, the relative deviation is 1.27%, while the anti-flood
control is 1.29%, respectively.
The deviations of the rotation of the rotor in external
perturbations and the comparison with the corresponding static
characteristics showed that the deflections of the rotations do not
go beyond the boundaries of static characteristics, while the
coefficients of the Vyshnegradsky diagram, which are calculated
with the parameters and characteristics of the experimental rotor
and centrifugal regulator, have shown that the control system
should be observed aperiodic transitional process.
РЕФЕРАТ
Широке впровадження вітроустановок малої потужно-
сті ставить ряд вимог до їхніх конструкцій. Враховуючи те,
що ці установки працюють у безпосередній близькості до
житлових приміщень, на перший план виходять безпека та
надійність, які прямо залежать від наявних систем регулю-
вання обертів та потужності. Системи регулювання з вико-
ристанням відцентрових регуляторів забезпечують достатню
надійність та є відносно нескладними за своєю конструкці-
єю. Подальше удосконалення регуляторів такого типу пот-
ребує як теоретичних досліджень, так і їхніх експеримента-
льних підтверджень.
Для досліджень різних типів регуляторів роторів
вітроустановок в Інституті відновлюваної енергетики НАН
України був розроблений і виготовлений стенд та
експериментальний ротор з відцентровим регулятором і
запропонована методика проведення досліджень.
В ході проведення досліджень, були отриманні експе-
риментальні статичні характеристики ротора вітроустановки
з відцентровим регулятором при флюгерному та антифлю-
герному регулюванні при зміні: моменту навантаження на
роторі; величини початкового натяжіння пружини регулю-
вання; моменту інерції відцентрових тягарців; кута встанов-
лення відцентрових тягарців та визначені відхилення обер-
тів ротора при зовнішніх збуреннях, а саме, під час раптово-
го збільшення та зменшення навантаження на ротор та під
час раптової зміни швидкості вітру.
Аналіз експериментальних статичних характеристик
ротора підтвердив теоретичне припущення, що закладене в
основу математичної моделі про незначний вплив тертя на
роботу відцентрового регулятора. При співставленні теоре-
тично розрахованої та експериментальної статичних харак-
теристик при флюгерному регулюванні відносне відхилення
складає 1,27%, при антифлюгерному регулюванні відповід-
но складає 1,29%.
Відхилення обертів ротора при зовнішніх збуреннях і
співставлення з відповідними статичними характеристиками
показало, що відхилення обертів не виходять за межі стати-
чних характеристик. При цьому коефіцієнти діаграми Виш-
неградського, що розраховані з параметрами та характерис-
тиками експериментального ротора та відцентрового регу-
лятора, показали, що в системі регулювання має спостеріга-
тися аперіодичний перехідний процес.
Стаття надійшла до редакції 30.05.18
Остаточна версія 16.08.18
|
| id | veorgua-article-165 |
| institution | Vidnovluvana energetika |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:04:06Z |
| publishDate | 2018 |
| publisher | Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | veorgua/8d/f34d8cb37c5f5d74eeb7fd4d3107fd8d.pdf |
| spelling | veorgua-article-1652026-07-18T06:32:11Z EXPERIMENTAL RESEARCH OF CENTRIFUGAl REGULATORS FOR WIND TURBINE ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ РЕГУЛЯТОРОВ ДЛЯ ВЕТРОУСТАНОВОК ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ВІДЦЕНТРОВИХ РЕГУЛЯТОРІВ ДЛЯ ВІТРОУСТАНОВОК Holovko, V. Kokhanevych, V. Shykhaylov, M. The widespread introduction of low-power wind power plants raises a number of requirements for their construction. Given that these installations work in close proximity to residential spaces, safety and reliability are at the forefront, and they are directly dependent on cash flow and power control systems. Control systems using centrifugal regulators provide sufficient reliability and are relatively simple in design. Further improvement of this type of regulators requires both theoretical studies and their experimental confirmation. To study various types of regulators for wind power plants at the Institute of Renewable Energy, a bench and an experimental rotor with a centrifugal regulator was designed and manufactured and a research method was proposed. In the course of the research, experimental static rotors of the wind turbine with a centrifugal regulator were obtained during floodgeneration and anti-flood control with the change: the torque at the rotor; the values of the initial tension of the regulation spring; moment of inertia of centrifugal loads; the angle of installation of centrifugal weights and deflection of rotor turns in external perturbations, namely, with a sudden increase and decrease in the load on the rotor and at a sudden change in wind speed. The analysis of the experimental static rotor confirmed the theoretical assumption, which is based on the mathematical model, on the insignificant effect of friction on the operation of the centrifugal regulator. When comparing theoretically calculated and experimental static characteristics with weather control, the relative deviation is 1.27%, while the anti-flood control is 1.29%, respectively. The deviations of the rotation of the rotor in external perturbations and the comparison with the corresponding static characteristics showed that the deflections of the rotations do not go beyond the boundaries of static characteristics, while the coefficients of the Vyshnegradsky diagram, which are calculated with the parameters and characteristics of the experimental rotor and centrifugal regulator, have shown that the control system should be observed aperiodic transitional process Представлены результаты экспериментальных исследований центробежного регулятора роторов ветроустановок при его различных параметрах при статических и динамических нагрузках, и проведено их сопоставление с теоретическими положениями Широке впровадження вітроустановок малої потужності ставить ряд вимог до їхніх конструкцій. Враховуючи те, що ці установки працюють у безпосередній близькості до житлових приміщень, на перший план виходять безпека та надійність, які прямо залежать від наявних систем регулювання обертів та потужності. Системи регулювання з використанням відцентрових регуляторів забезпечують достатню надійність та є відносно нескладними за своєю конструкцією. Подальше удосконалення регуляторів такого типу потребує як теоретичних досліджень, так і їхніх експериментальних підтверджень. Для досліджень різних типів регуляторів роторів вітроустановок в Інституті відновлюваної енергетики НАН України був розроблений і виготовлений стенд та експериментальний ротор з відцентровим регулятором і запропонована методика проведення досліджень. В ході проведення досліджень, були отриманні експериментальні статичні характеристики ротора вітроустановки з відцентровим регулятором при флюгерному та антифлюгерному регулюванні при зміні: моменту навантаження на роторі; величини початкового натяжіння пружини регулювання; моменту інерції відцентрових тягарців; кута встановлення відцентрових тягарців та визначені відхилення обертів ротора при зовнішніх збуреннях, а саме, під час раптового збільшення та зменшення навантаження на ротор та під час раптової зміни швидкості вітру. Аналіз експериментальних статичних характеристик ротора підтвердив теоретичне припущення, що закладене в основу математичної моделі про незначний вплив тертя на роботу відцентрового регулятора. При співставленні теоретично розрахованої та експериментальної статичних характеристик при флюгерному регулюванні відносне відхилення складає 1,27%, при антифлюгерному регулюванні відповідно складає 1,29%. Відхилення обертів ротора при зовнішніх збуреннях і співставлення з відповідними статичними характеристиками показало, що відхилення обертів не виходять за межі статичних характеристик. При цьому коефіцієнти діаграми Вишнеградського, що розраховані з параметрами та характеристиками експериментального ротора та відцентрового регулятора, показали, що в системі регулювання має спостерігатися аперіодичний перехідний процес. Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2018-09-11 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/165 Vidnovluvana energetika ; No. 3 (54) (2018): Scientific and Applied Journal Vidnovluvana energetika; 31-45 Возобновляемая энергетика; ##issue.no## 3 (54) (2018): Научно-прикладной журнал Возобновляемая энергетика; 31-45 Відновлювана енергетика; № 3 (54) (2018): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 31-45 2664-8172 1819-8058 uk https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/165/110 Copyright (c) 2018 V. Holovko, V. Kokhanevych, M. Shykhaylov https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | Holovko, V. Kokhanevych, V. Shykhaylov, M. EXPERIMENTAL RESEARCH OF CENTRIFUGAl REGULATORS FOR WIND TURBINE |
| title | EXPERIMENTAL RESEARCH OF CENTRIFUGAl REGULATORS FOR WIND TURBINE |
| title_alt | ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ РЕГУЛЯТОРОВ ДЛЯ ВЕТРОУСТАНОВОК ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ВІДЦЕНТРОВИХ РЕГУЛЯТОРІВ ДЛЯ ВІТРОУСТАНОВОК |
| title_full | EXPERIMENTAL RESEARCH OF CENTRIFUGAl REGULATORS FOR WIND TURBINE |
| title_fullStr | EXPERIMENTAL RESEARCH OF CENTRIFUGAl REGULATORS FOR WIND TURBINE |
| title_full_unstemmed | EXPERIMENTAL RESEARCH OF CENTRIFUGAl REGULATORS FOR WIND TURBINE |
| title_short | EXPERIMENTAL RESEARCH OF CENTRIFUGAl REGULATORS FOR WIND TURBINE |
| title_sort | experimental research of centrifugal regulators for wind turbine |
| url | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/165 |
| work_keys_str_mv | AT holovkov experimentalresearchofcentrifugalregulatorsforwindturbine AT kokhanevychv experimentalresearchofcentrifugalregulatorsforwindturbine AT shykhaylovm experimentalresearchofcentrifugalregulatorsforwindturbine AT holovkov éksperimentalʹnyeissledovaniâcentrobežnyhregulâtorovdlâvetroustanovok AT kokhanevychv éksperimentalʹnyeissledovaniâcentrobežnyhregulâtorovdlâvetroustanovok AT shykhaylovm éksperimentalʹnyeissledovaniâcentrobežnyhregulâtorovdlâvetroustanovok AT holovkov eksperimentalʹnídoslídžennâvídcentrovihregulâtorívdlâvítroustanovok AT kokhanevychv eksperimentalʹnídoslídžennâvídcentrovihregulâtorívdlâvítroustanovok AT shykhaylovm eksperimentalʹnídoslídžennâvídcentrovihregulâtorívdlâvítroustanovok |