Так в том-то и дело, что с двигателем (генератором) постояноого тока всё именно так, ведь с ростом оборотов изменяется лишь один параметр - э.д.с. Но может ли быть это аналогом для случая с переменным? Уж извините меня за упрямство, считаю, что нет. И ведь дело даже не в соотношении мощностей. Сейчас попытаюсь объяснить, почему.


Хм, за счёт чего она постоянна? При столь непредсказуемых скоростях ветра? Все те ветряки, которые мне доводилось видеть (не все "вживую", правда) как раз имели регуляторы. И электронные, и механические: с изменяемым углом атаки лопастей и даже с автоматом наклона к горизонту. И это совсем даже не самые дорогие модели...
Спасибо!

Вот! Абсолютно верно. Увеличение оборотов вспомогательного генератора, конечно, к увеличению частоты в общей сети привести не может. В самом деле, соотношение мощностей не позволяет. Но именно смещение этих векторов будет приводить к "соревнованиям" источников, потерям в сети даже при отсутствии нагрузки, как таковой. Грубо, если одна синусоида "пытается опередить" другую, неизбежно возникнет рассогласование и появится ток. При этом один источник будет выступать в роли "питателя", другой - нагрузки. Так что полезным этот ток не будет. Собственно, на мой взгляд, соотношение мощностей большой роли не играет, тут автор и про 50/50 говорил (хотя это, конечно, о потреблении, а не соотнощении мощностей источников). Просто при сопоставимых мощностях наблюдались бы колебания частоты, зато общих потерь было бы, наверное, меньше. Представляется, кстати, вполне реальным случай, когда порыв ветра заставит генератор ветряка резко увеличить обороты и в некоторый момент войти в противофазу с сетью. Это и будет аварийный режим для него - работа даже не на КЗ... Тут должна быть, мне кажется, обязательной возможность управления возбуждением генератора.

В любом случае, сложностей здесь не так мало, как некоторым представляется. Но, может, у автора ветряк уже имеет нужную автоматику. Или он задумывает самодельный?

Herz, в синхронном режиме работают ветрогенераторы промышленного калибра, подключенные буфером в сеть (киловатт 400-600 и выше). Угол атаки лопастей управляется, но это - не регулятор скорости, скорее регулятор КПД.
Такие ветряки НИКОГДА не управляются наклоном к горизонту. Это прямой путь к аварии. Так управляются по-старинке ветрогенераторы до киловатта. Они же, рассчитанные на АВТОНОМНУЮ работу в локальной подсети или, чаще всего, на заряд буферной батареи, имеют вот те все приспособления, о которых Вы упомянули.
В последнее время тормозить (останавливать) их стали не механикой или аэродинамикой, а простым КЗ генератора. Сам проверял - тормозится глухо даже в ураган.
Понятно, что в мощной турбине при сильном ветре дури хватит сорвать режим синхронизации, так как генератор с 10-кратным запасом мощности ставить накладно. Потому там электрику отключает автоматика а турбина тормозится мощным гидравлическим тормозом вроде дискового автомобильного. На все про все 1.5-2.5 секунды. Иначе турбина успевает без нагрузки уйти в разгон и ее тормоз уже не удержит.
Но на таких мощностях и приемы другие. Достаточно сказать, что редуктор 600-киловаттной турбины перегоняет за счет трения шестеренок в тепло 18 киловатт, что требует приличного маслорадиатора.

Любопытно, никогда бы не подумал. А для чего его регулировать, разве КПД бывает много?

Конечно - иначе можно пожечь подключенное к ветряку оборудование, мощности которого не хватит чтобы потребить все, что гонит ветер через площадь турбины при её максимальном КПД. Особенно для автономных ветряков без сильной сети.

А вот любопытно. Никогда не задумывался. Как централизованно управляют одновременно напряжением и частотой в единой сети, к которой подключено множество генераторов, синхронизированных с сетью?

Мощность ветрового потока через площадь, ометаемую лопастями турбины, меняется пропорционально КУБУ скорости ветра. Если стартовая экономическая скорость рассчитана на 5м/с (20-30% расчетной мощности), то при 20м/с мощность турбины растет в 50 раз! А при расчетном шквале в 40м/с - в ...очень много.
Есть из-за чего быстро поуправлять углом атаки лопастей.
Большой ветряк делает 25-30 оборотов в минуту, кажется ленивым на глазок. При этом, кончик лопасти движется со скоростью 150-170м/с и еще быстрее, до 2/3 скорости звука. Посему, при всей видимой неповоротливости, там управление достаточно ответственное. Конструкция достаточно напряжена уже в рабочем режиме, там больших перегрузок просто материалы не выдержат.
Я как-то просчитал малолопастную турбину всего в 1-1.5м и был очень удивлен. Там кончик лопасти от 800 до 1600 "же" перегружен.
Ладно, сползаем с темы...

Из чего немедленно следует, что рассчетная мощность достигается у таких ветряков при скорости ветра 7.5-8.5 метров в секунду. Любопытно, какая среднекубическая скорость ветра на высоте такого ветряка, например, для окрестностей Запорожья?

Стандартная скорость для вычисления мощности - 10м/с . Стандартное метеоизмерение -на высоте 10м.
В Запорожье - порядка 3.5м/с среднегодовые скорости - предел рентабельности любых ветряков. Сильные ветры весной.
На такой скорости ветряк в 1 кВт паспортной мощности выдаст ватт 40.
Много сильнее ветер в той же запорожской области на побережье Азовского моря.
Севернее Запорожья вообще считается зона малопригодная для ветрогенераторов.
Бедна ветроресурасми и Россия на 80% территории...

И всё-таки, КПД тут вторично. Если напряжение на выходе турбины не растёт (а оно может расти только с ростом оборотов или с уменьшением нагрузки, если нет стабилизатора), то как пожечь оборудование? А чтобы напряжение не росло, турбину либо тормозят, нагружая балластником, либо не дают ей раскручиваться, управляя углом атаки лопастей, либо и то, и другое. В этом смысле КПД снижается относительно максимально возможного при данной мощности потока. Я так это понимаю.

Для роста напряжения нужен рост скорости. А в синхронном генераторе момент при росте скорости растет жестко, не раскрутить генератор по механике быстрее. Растет ток и , конечно, мощность.
Характеристика КПД турбины имеет колоколоподобную форму. Наибольшая отдаваемая мощность только в узком диапазоне скоростей. Потому, в синхронном режиме она что-то отдаст максимально только в одной расчетной точке. Выше нее происходит срыв потока, КПД резко падает. Тормозить балластником можно только в очень маленьких ветряках, где мощность генератора больше механической мощности турбины.
Крупные - установкой угла атаки в флюгерное положение и механический весьма приличный тормоз. Турбина легко удерживается , пока не раскрутится. Момент трогания у нее ничтожный, как у самолета на стоянке. А вот вращающаяся - довольно сложная задача, с ударными нагрузками.
Как-то видел как 2-3 киловаттную тихоходную турбину попробовали остановить закорачиванием генератора через могучий редуктор на "полном скаку". Вал редуктора диаметром миллиметров 60 скрутило вдоль, как пластилин.

Ну то есть производитель стандартно в рекламе недоговаривает, что указывается мощность, которую в условиях умеренного климата Европейской равнины можно получить с ветряка только в ураган, и то, в тот короткий промежуток времени, пока генератор не отключится из-за перегрузки .



А вот интересно. Сильные ветра развиваются только над такими большими водными поверхностями как Азовское море, или может быть вблизи Каховского водохранилища они уже заметно усиливаются?






Нет-нет, Microwatt совершенно правильно заметил, что первично именно КПД.
Нагрузка может отобрать от генератора некоторую мощность. Если винт ветряка будет пытаться выдавать большую мощность чем потребляемая нагрузкой - он будет неизбежно раскручиваться с повышением частоты и напряжения на выходе генератора. Ну или нагревом какого-либо балласта. С другой стороны, мощность потока ветра в площади винта неконтролируема. Следовательно, первое, что регулируется c помощью изменения угла атаки лопастей - отношение выходной мощности генератора к мощности потока ветра, то есть именно КПД ветряка. А напряжение на выходе генератора и частота в изолированной системе - вторичны.

Ветер (утренний и вечерний бриз) будет на берегу любого сколь-нибудь обширного водоема. Каховка - незначительное для метеособытий пространство в смысле влияния на климат, но ветер непосредственно на берегу там есть и заметный.
Даже Черное море практически не влияет на климат на расстоянии более 10-15км от побережья. А вот непосредственно у берега , микроклимат - да.
Постоянное усиление ветра есть на вершинах холмов, вдоль длинных долин, на любых ровных открытых пространствах без высокой растительнгости.
И еще, ветер очень сильно усиливается с высотой. С ростом высоты он не только сильнее, но и гораздо равномернее, без порывов.
По сравнению с 3м на высоте 15м можно получить энергии на 40-50% больше.
Экономика ветроэнергетики в условиях России/Украины пока такова, что для изолированной системы (не включенной в общую сеть) выгоднее иметь дизель для зарядки батареи, чем ветрогенератор. Дорогое удовольствие ветрогенератор. Это имеет смысл только в некоторых горных и приморских районах. И там, где "за ценой не постоим" - какая-нить метеостанция в абсолютной глуши.

Это все понятно. Про логарифмический закон я в курсе. Просто буржуи по совершенно понятными причинам стараются ставить ветряки в открытом море вблизи побережья или на побережье. Интересно, насколько в этом смысле перспективны берега Днепра?

А Вы парусные ветрогенераторы случайно не рассматривали? Они вроде по заявлениям авторов для малых скоростей рассчитаны.
насколько это интересно может быть? Изготовление их много проще вроде бы, рама из труб да полотно, обороты меньше, страховка от урагана - освобождение угла полотна... Авторы очень уж их расхваливают...

Ключевое слово - "по заявлению авторов". КПД у них меньше чем у винта раза в два-три. Ну и если у ветра энергии мало - то её и взять неоткуда. Зависимость кубическая от скорости ветра, при скорости ветра метр в секунду там что-то порядка 0.6 ватта на квадратный метр ветрового потока, это еще без учета КПД ветряка.

PS Насколько я помню, КПД хорошего паруса порядка 18%. С учетом всех потерь на преобразование и качества изготовления паруса КПД ветряка окажется в районе 10%. 50 милливатт выходной мощности с квадратного метра сечения установки - как-то не впечатляет. Так что лучше забудьте про "малые скорости", мельницы всегда строили на холмах..

Ну, если парусные турбины рассматривать как просто дешевые по конструкции многолопастные....
Теоретически пропеллерная турбина имеет КПД, мало зависящий от числа лопастей. Как ни странно, у 12-лопастной КПД даже немного выше, чем у одно-двухлопастной. теория говорит, что наивысшим КПД будет обладать турбина с бесконечно большим числом бесконечно узких и длинных лопастей.
На практике все дело в особенностях реальной конструкции.
Многолопастная турбина имеет КПД мало зависящий от аэродинамического профиля, идентичности и материала лопастей. Она не так капризна в смысле неконтролируемого разгона при сильном ветре. Но у нее низкая скорость при большом крутящем моменте. В пределе с ростом числа лопастей скорость кончика лопасти (быстроходность) приближается к скорости ветра. Реально - 1.15-1.20 от скорости ветра для 12-лопастной.
Для электрогенератора такая скорость требует очень дорогого, громоздкого и плохого по КПД шестеренчатого мультипликатора. Обороты нужно повысить в десятки раз. Она напрямую годится для привода жерновов мельницы или водяного поршневого насоса.
Трехлопастная уже имеет быстроходность 4- 5, двухлопастная - 7-8, однолопастная - 14-16. Это упрощает механику сопряжения с генератором, но требует очень хорошего качества исполнения лопастей, хороших профилей, крутки, высокопрочных материалов стойких к усталости (дерево, стеклопластик, композиты).
Однако, увеличивая быстроходность, нужно помнить, что скорость конца лопасти лучше не брать выше ползвуковой, если с аэродинамикой нет большого опыта. Посему, при больших размерах одно-двухлопастная турбина могут просто развалиться от перегрузок, флаттера, не достигнув оптимальной по КПД скорости. Чаще мы видим три лопасти в реальных конструкциях.
Реальные КПД малолопастных пропеллерных турбин - 0,38- 0.45.
Роторные с вертикальной осью тихоходны и КПД примерно вдвое ниже.