Как правильно замерить мощность ветрогенератора?

[legasy994]

Добрый день!
Прошу сразу не поливать грязью, в этом деле новичек, но хочу разобраться.
Решил замутить дополнительные мощности по электричеству и решил начать с ветрогенератора. Полазил в инете и нашел самый простой способ генератор на магнитах, который вырабатывает переменный ток и используется в ветряках подключаем к сетевому инвертору (например 2 кВт) и получаем 2 кВт дополнительно.
Заказал генератор на Алиэкспрес, заявленная мощность 10кВт, заказал инвертор 48-96 В на 2 кВт.
Когда все пришло и запустил схему, то выяснилось, что генератор пока не нагреется выдает 7.5А и на инверторе показывает с начало 800 ватт, когда нагреется 450 ватт.
При помощи калькулятора вычислил, что мощность генератора примерно 1 кВт, Нолик лишний)
Решил заказать генератор мощнее, но ситуация не особо изменилась, на инвертор выдавал 1500ватт пока не нагреется, потом падает до 1000 ватт.
Вопрос что делаю не так? В этой схеме должно еще что-то присутствовать? Почему так сильно разогревается генератор? Нужна ли ему вентиляция? Ну и работает ли эта схема вообще?

[Глеб Высоцкий]

Есть такой глобальный закон физики - называется "Закон сохранения энергии". Суть его в том, что энергия не может появляться ниоткуда и пропадать в никуда: если она где-то прибавляется, значит, откуда-то убавляется. 

 

Ветрогенератор - реальное устройство, которое пребывает в реальном мире, соответственно, тоже подчиняется этому закону. Из чего следует: 

 

Если Вы купили ветрогенератор, на котором написано, что его мощность 10 кВт, это означает, что он в принципе может выдать мощность 10 кВт. Но только при условии, что на него воздействует ветер, теряющий на его лопастях 10 кВт + потери на трение, на нагрев проводов и т. п. Поскольку у реальных устройств КПД всегда меньше 100 %. 

 

Он никоим образом не обязан выдавать на выход электрическую мощность больше, чем получает механическую мощность на вал. 

 

Я сильно сомневаюсь, что Вы каким-то образом измерили скорость (и другие параметры) ветра, прежде чем измерять мощность генератора. Поэтому любые ваши претензии производителю будут несостоятельными.

 

2 часа назад, legasy994 сказал:

Почему так сильно разогревается генератор?

Имхо, не разогревается, а раскручивается. Чтобы генератор вышел на рабочий режим, надо, чтобы крыльчатка раскрутилась до номинальной угловой скорости. А поскольку она имеет определенный вес (точнее, момент инерции), ветру требуется какое-то время, чтобы её до этих оборотов раскрутить - совершенно нормальное явление. 

 

2 часа назад, legasy994 сказал:

выяснилось, что генератор пока не нагреется выдает 7.5А и на инверторе показывает с начало 800 ватт, когда нагреется 450 ватт.

А вот тут вопрос измерения. Чтобы оценить мощностью, реально выдаваемую генератором, к нему должна быть подключена некая нагрузка, которая может потреблять изменяемую мощность. "В домашних условиях" создать такую нагрузку - отдельная проблема. Вы что реально подключали? 

3 часа назад, legasy994 сказал:

заказал инвертор 48-96 В на 2 кВт.

1. Какое номинальное напряжение на выходе генератора? При каких условиях (скорость ветра) она указана в спецификации? 

2. Этот инвертор по жизни предназначен для работы с ветрогенераторами? Или он имеет другое назначение? Например, для работы оборудования 220 VAC от АКБ 48VDC? Вообще, можно ли вендора/модель в студию? 

3. Выше Вы писали

3 часа назад, legasy994 сказал:

генератор на магнитах, который вырабатывает переменный ток и используется в ветряках

Так ваш "генератор на магнитах" генерит переменный или таки постоянный ток? Соответственно, вход инвертора какой? 

 

3 часа назад, legasy994 сказал:

Когда все пришло и запустил схему, то выяснилось, что генератор пока не нагреется выдает 7.5А

Куда "выдаёт"? Что в этот момент является нагрузкой инвертора? 

По идее, ваш инвертор должен быть специальным инвертором для альтернативной энергетики (ветро- /солнечной) и должен предусматривать одновременное подключение нагрузки к альтернативному источнику и к штатной сети 220В. В любом ином случае неясно, куда отдаётся мощность и какая именно. 

 

[legasy994]

Начнем с того, что китайский производитель генератора заявляет, что этот генератор выдает 96 вольт при скорости 500 об/мин. В реальности без нагрузки он выдает 110 вольт, но с подключением к инвертору напряжение падает до 90-96 вольт. Это про первый генератор. Когда он холодный, силу тока получаем 8.5А. Если силу тока умножить на напряжение, то получаем примерно 800-850 ватт. Это не правильный подсчет мощности? Скорее всего чего-то не хватает в этом подсчете, т.к. если рассмотреть характеристики электростанций, то по этой формуле заявленная мощность отличается от подсчитанной, но не в 10 раз...

Теперь по оборотам... этот ветрогенератор для определения и испытания в данный момент крутит мотор-редуктор с заданными оборотами. Так что обороты там постоянные...

Инвертор предназначен именно для работы с ветрогенераторами, там 3 входа для подключения генератора, а не 2 как для солнечных батарей...

Нагрузкой здесь является сам инвертор, который возвращает в сеть вырабатываемую энергию генератором. 

Если выдаваемое напряжение генератора выше напряжения входа в инвертор он сбрасывает все на резистор идущий в комплекте...

[Saab95]

4 часа назад, legasy994 сказал:

Вопрос что делаю не так? В этой схеме должно еще что-то присутствовать? Почему так сильно разогревается генератор? Нужна ли ему вентиляция? Ну и работает ли эта схема вообще?

Вообще ветрогенератор это устройство, которое вырабатывает ток.

 

Что бы вырабатывался ток, нужно генератор вращать.

 

Напряжение определяется оборотами вала с крыльчаткой.

 

Соответственно при работе имеем некое напряжение, которое зависит от оборотов. Например это 1000 оборотов. Предположим что напряжение 100 V, если пустим через генератор ток (заберем с него) в размере 1 A, то получим мощность 100 ватт.

 

Естественно, обороты вала упадут, например до 950 оборотов. Напряжение так же немного уменьшится.

 

Дальше начинаем увеличивать ток, от этого падают обороты, и есть некая точка, ниже которой нельзя уменьшать обороты, произойдет срыв потока и вал остановится, вырабатываемая мощность упадет.

 

Поэтому для работы ветрогенератора нужен дополнительный ветряк для определения силы ветра. На холостом ходу определить соотношение оборотов ветряка и ветрогенератора, составить график точек оборотов, если при разной скорости ветра они отличаются.

 

Контроллер должен следить за скоростью ветра по параметрам ветряка, и не допускать уменьшения оборотов ветрогенератора ниже некого уровня, ниже которого падает его КПД, и выдавать только эту мощность потребителю.

 

Поэтому на ветрогенераторе должен быть вывод на тахометр, который показывает обороты, либо схема инвертора по частоте тока должна определять обороты, либо следить за падением напряжения, тогда все будет корректно работать.

 

20 минут назад, legasy994 сказал:

Теперь по оборотам... этот ветрогенератор для определения и испытания в данный момент крутит мотор-редуктор с заданными оборотами. Так что обороты там постоянные...

 

5 часов назад, legasy994 сказал:

инвертор выдавал 1500ватт пока не нагреется, потом падает до 1000 ватт.

Потому что крутите его мотор-редуктором он и греется, возможно нужно уменьшать обороты, подбирая такие, при которых мощность всегда будет постоянна, пусть хоть и 1000 ватт.

 

23 минуты назад, legasy994 сказал:

Начнем с того, что китайский производитель генератора заявляет, что этот генератор выдает 96 вольт при скорости 500 об/мин.

Диаметр лопастей какой?

 

Самое дешевое это использовать обычный автомобильный генератор, либо просто маленький генератор, на вал которого установить крыльчатку от стационарного дизеля, есть пластиковые с диаметром лопастей 1-2 метра.

[Глеб Высоцкий]

13 часов назад, legasy994 сказал:

Когда он холодный, силу тока получаем 8.5А.

Ещё раз -силу тока через что? Что является нагрузкой генератора при измерении силы тока? 

Напряжение без нагрузки измерить можно. Оно называется напряжением холостого хода. Ток без нагрузки в принципе измерить нельзя (разве что ток короткого замыкания). А если Вы подключили нагрузку, то ток будет определяться сопротивлением нагрузки. Или мощностью, потребляемой нагрузкой. 

 

Грубо говоря: допустим, генератор крутится с такой скоростью, при которой согласно ТТХ он должен выдавать 1 кВт. Но если к нему подключена одна лампочка мощностью 100 Вт, мощность на выходе и будет 100 Вт. 

 

Нельзя измерить "потенциальную" мощность, можно только реально потребляемую. А для этого надо, чтобы её кто-то потреблял. 

 

13 часов назад, legasy994 сказал:

. этот ветрогенератор для определения и испытания в данный момент крутит мотор-редуктор с заданными оборотами. Так что обороты там постоянные...

Тут всё совсем просто. Мощность, выдаваемая вашим генератором,  меньше мощности, потребляемой электродвигателем вашего мотор-редуктора (минус потери на трение и нагрев). Если бы она была больше, это был бы перпеттум мобиле, и Вам полагалась бы нобелевка. 

Ещё раз: речь о мощности, выдаваемой генератором в вашем конкретном эксперименте. А не о той, которую он может выдать в принципе. 

 

13 часов назад, legasy994 сказал:

Нагрузкой здесь является сам инвертор, который возвращает в сеть вырабатываемую энергию генератором. 

Сам по себе инвертор нагрузкой быть не может, это преобразователь энергии, а не потребитель. Так же как, например, трансформатор. 

Точнее, он сам потребляет какую-то мощность (на работу электроники), но она мизерная по сравнению с номинальной мощностью. Ватт 40-60-100 край. Поэтому на "холостом" инверторе без нагрузки ничего Вы не измерите. 

 

Если инвертор подключен к сети и возвращает энергию в сеть (вашего домохозяйства?), Вы можете оценить возвращаемую мощность по вашему счетчику. Современные счетчики показывают несколько параметров сети, в том числе текущую потребляемую мощность. Сравните мощность, потребляемую нагрузкой (всеми потребителями дома?) с подключенным генератором и без него. Натурально, мотор-редуктор должен быть запитан НЕ через этот же счетчик! 

 

[Глеб Высоцкий]

На трезвую голову:

13 часов назад, legasy994 сказал:

Если силу тока умножить на напряжение, то получаем примерно 800-850 ватт. Это не правильный подсчет мощности?

В общем случае - нет. Для переменного тока эта формула работает только в одном частном случае - если к источнику подключена чисто активная нагрузка. В любом другом случае ток и напряжение не совпадают по фазе (в моменте максимум тока может соответствовать минимуму напряжения и наоборот). Например, если подключить к источнику переменного тока конденсатор, напряжение на нем будет равно напряжению источника, ток может быть очень большим (зависит от емкости конденсатора), а потребляемая мощность будет равна нулю: конденсатор будет на каждом периоде то забирать энергию из сети, то снова отдавать ее в сеть практически без потерь. В упрощенном виде мощность в цепи переменного тока равна напряжение * ток * "косинус фи", где "фи" -  угол сдвига фаз между ними. Простым вольтметром и амперметром невозможно измерить этот угол, для этого нужны специфические приборы. 

 

Ваш инвертор - сложное устройство, его нельзя рассматривать как чисто активную нагрузку. Чтобы измерить реальную мощность, надо воспользоваться одним из двух способов.

 

1. Подключить к выходу инвертора чисто активную нагрузку, например, лампу накаливания или электроплитку, и измерять ток через нее. Тут, правда, будут проблемы с выбором номинальной мощности этой нагрузки. Если она будет меньше расчетной мощности генератора/инвертора, то Вы и увидите только эту мощность (см. мой пост выше). Потому что инвертор будет автоматически держать номинальное напряжение, а ток будет зависеть он сопротивления нагрузки. Если мощность нагрузки будет больше той, на которую рассчитан инвертор, сработает его защита по току, и вы вообще ничего не увидите. Т.е. по идее для теста надо нагрузить систему генератор/инвертор чисто активной нагрузкой с номинальной потребляемой мощностью, равной или чуть меньшей ожидаемой мощности системы. 

 

2. Использовать измеритель мощности - Ваттметр, в простейшем случае - современный счетчик электроэнергии. В нем есть встроенный измеритель мощности, который учитывает сдвиг фаз между током и напряжением. 

12 часов назад, Saab95 сказал:

Контроллер должен следить за скоростью ветра по параметрам ветряка, и не допускать уменьшения оборотов ветрогенератора ниже некого уровня, ниже которого падает его КПД, и выдавать только эту мощность потребителю.

 

Поэтому на ветрогенераторе должен быть вывод на тахометр, который показывает обороты, либо схема инвертора по частоте тока должна определять обороты, либо следить за падением напряжения, тогда все будет корректно работать.

Возможно, в РФ альтернативная энергетика - полная экзотика. Но вообще мир давно эту тему освоил и линейку устройств "устаканил". Инвертор для ветряка или солнечной батареи - это специфическое "умное" устройство, которое выполняет две основный функции:

 

1. Преобразует напряжение, поступающее от первичного источника (многих источников) в напряжение, совпадающее по параметрам с питающей сетью - причем не только по амплитуде, но и по фазе. От ветряка или батареи может поступать постоянный ток или переменный, 12 В или 70 В - не имеет значения. На выходе инвертора будет 220 переменного, точно синхронизированного по фазе с питающей сетью.

 

2. Перераспределяет энергию, поступающую от генератора и от основной сети. Генератор всегда является источником. Нагрузка (потребители домохозяйства) всегда является потребителем. Питающая сеть может быть как источником, так и потребителем.

Ну вот может вы ездили когда-нибудь на автомобиле-гибриде, например, на Тойоте Приус. У него прям на торпеде мнемосхема, которая показывает, кто кого в данный момент времени снабжает энергией - ДВС, АКБ или электродвигатели-они-же-генераторы. Тут точно такая же фигня.

Если генератор стоит или крутится медленно, т.е. его мощности в моменте не хватает на питание домохозяйства, потребители питаются параллельно от генератора и от сети. Т.е. генератор "помогает" сети. Натурально, если он вообще стоит, питание поступает чисто от сети. Если в моменте потребители дома едят мало, а ветряк крутиться, аж шуба заворачивается - все потребители питаются от него, а излишек мощности отдается в основную сеть. Т.е. абонент электроснабжающей компании не потребляет электроэнергию, а наоборот, генерит ее для других абонентов. И за счет этого получает счет меньше. А то и вовсе не он должен энергосбыту, а те ему должны. Современные счетчики электроэнергии умеют это считать. 

 

Поэтому совершенно пофигу, крутится ли ветряк быстро или медленно или вовсе стоит. В любом случае его "пять копеек" будут добавлены к "рублю" энергосбыта (точнее, будут вычитаться из него). 

 

[Saab95]

В 23.08.2025 в 10:22, Глеб Высоцкий сказал:

Поэтому совершенно пофигу, крутится ли ветряк быстро или медленно или вовсе стоит. В любом случае его "пять копеек" будут добавлены к "рублю" энергосбыта (точнее, будут вычитаться из него). 

Какое отношение сбыт энергии имеет к оборотам крыльчатки?

 

Большая масса простых инверторов, к которым можно подключать ветрогенераторы, просто их душит не позволяя получать высокий КПД - сразу забирает мощность сверх меры, что снижает обороты, особенно это касается маленьких моделей.

 

В 23.08.2025 в 10:22, Глеб Высоцкий сказал:

Но вообще мир давно эту тему освоил и линейку устройств "устаканил". Инвертор для ветряка или солнечной батареи - это специфическое "умное" устройство, которое выполняет две основный функции:

Еще раз напишу - смысл ветрогенератора в том, что бы он вращался с максимально высокой скоростью и малым падением потока к скорости ветра.

 

Посмотрите Американские фильмы - там очень часто мелькают ветро генераторы в виде большой крыльчатки с огромными плоскими лопастями, то есть они занимают половину, а то и больше ее площади - это позволяет иметь высокое сопротивление потоку воздуха, тем самым позволяя сильнее снижать обороты по отношению к потоку и снимать большую мощность.

 

Те же ветрогенераторы, у которых лопасти по типу пропеллера, да еще и без изменения шага - очень не любят падения оборотов, идет срыв потока и вращение прекращается.

 

Поэтому это "умное устройство" как инвертор должен всегда знать скорость ветра, обороты, следить за их изменением и не допускать срыв потока. Только тогда будет максимальный КПД.

[Глеб Высоцкий]

14 часов назад, Saab95 сказал:

очень часто мелькают ветро генераторы в виде большой крыльчатки с огромными плоскими лопастями, то есть они занимают половину, а то и больше ее площади

Такой ветряк тестили мои клиенты - местный мобильный оператор из ЕКБ, МОТИВ. Не огромный, метра три в диаметре, но именно с множеством частых лопастей, практически на половину площади. Потестили, пришли к выводу, что полна фигня, и бросили. Лежит у них на складе в режиме экспоната. 

14 часов назад, Saab95 сказал:

Какое отношение сбыт энергии имеет к оборотам крыльчатки?

А какое отношение имеют обороты к измерению мощности? 

14 часов назад, Saab95 сказал:

Поэтому это "умное устройство" как инвертор должен всегда знать скорость ветра, обороты, следить за их изменением и не допускать срыв потока. Только тогда будет максимальный КПД.

Может, в идеале оно и так. Однако реальные китайские инверторы уровня "для дома, для семьи" никакой обратной связи от ветряка не имеют и за ветром не следят. Поскольку ветер - ресурс бесплатный (пока, по крайней мере), KPI-я получить максимальный КПД, видимо, у производителей нету. 

 

В любом случае система с генератором от автомобиля и непонятным инвертором вряд ли будет эффективнее.