专利名称：多功能风力发电演示实验仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种物理实验教学中的可再生能源演示实验仪器，尤其涉及一种风力发电演示实验仪。
背景技术：
目前，应用于基础物理实验教学的新能源实验仪，有太阳能实验仪，燃料电池实验仪等，但是没有多功能、直观演示风能利用的实验仪。专利号200620140019. 7，申请日为2006. 11. 15的中国实用新型专利公开了一种风力发电演示实验仪，包含有与风叶相连的发电机，与发电机相连的储能器和与发电机或储能器相连的用电器；所述的发电机是通过增加线圈匝数改装而成的电动机；所述的储能器是采用大容量的电容；所述的用电器采用发光体或音乐集成块。其仅能够演示风力发电、 储能、利用储能使得用电器工作的整个过程，存在功能单一、演示内容单一、显示效果不佳等问题，没有涉及风向、风力、叶片数量、翼型、桨距角等对系统输出功率的影响，系统输出功率不能直观显示。因此，在基础物理实验教学中，急需开发出一种多功能、结构巧妙、即插即用、操作方便，并能形象、直观、贴近实际、效果明显地演示风能转换与利用的实验仪器。专利号201020661708. 9，其申请日2010. 12. 06的中国实用新型专利公开一种风力发电演示仪，其只是展示能量利用过程，存在功能单一、显示内容少等问题。
发明内容本实用新型的目的是解决现有演示仪器存在功能单一、显示效果不佳的技术问题，提供一种多功能风力发电演示实验仪，可以形象、直观、即插即用、方便地演示风能转换及利用的全过程，以及风向、风速、叶片数量、翼型、翼长、桨距角、负载等对系统输出功率的影响。本实用新型提供的多功能风力发电演示实验仪，包括风源、风轮、尾翼调向装置、 三相交流发电机、带支架的连接装置、整流滤波电路、测量电路、电能的存储与利用电路；其中风轮、尾翼调向装置、三相交流发电机通过带支架的连接装置连接。所述风源为可调速的台式电风扇。所述风轮由一组叶片和轮毂组成，所有叶片通过根部的安装孔安装在轮毂上，轮毂靠近外缘处沿圆周间隔开有一组用于固定叶片的固定孔；所述尾翼调向装置由尾翼梁和开口向后的V字型尾翼板组成，尾翼调向装置安装在带支架的连接装置上，并与风轮回旋面垂直；当三相发电机工作时，尾翼板始终顺着风向，也就是与风向平行，尾翼调向装置的功能是使风轮自然的对准风源的风向，保持迎风状态，以获取尽可能多的风能；所述带支架的连接装置由支架、安装在支架上的竖直转动轴、竖直转动轴上的水平连接杆组成，其中所述水平连接杆用以在水平连接杆的前端和后端分别安装三相发电机和尾翼调向装置；[0011]所述风轮安装在三相发电机的水平转动轴上，所有从叶片传来的风力，通过轮毂传递到发电机水平转动轴上使发电机发电；所述整流滤波电路包括与三相交流发电机连接的六个二极管以及电容并联支路，其中，六个二极管按三相桥式全波整流电路连接，用以将三相交流发电机输出的三相交流电转换为直流电；所述电容，用以对电流进一步滤波和电能的短暂存储；所述测量电路包括一个数字电压表支路和由一个可变负载与一个数字电流表串联构成的支路，两个支路分别与整流滤波电路并联；所述电能的存储与利用电路包括由双刀双掷开关控制的发光二极管回路和储能充电器回路；电能的存储与利用电路与测量电路之间安装有一个控制开关。本实用新型的优点和积极效果本实用新型多功能风力发电演示实验仪，在风轮的轮毂上设计了一系列固定孔 (用以固定不同数目的叶片)，叶片上也设计一系列小孔，便于研究叶片数目、翼长、桨距角等对系统输出电功率的影响；在风轮后面安装了尾翼调向装置(用以风轮的调向，获取尽可能多的风能)，设计了可以随风向移动带垂直轴的支架，该轴也可以通过一机关使之固定，这样可以演示风向对系统输出电功率的影响，同时也使得演示效果更接近实际的风力发电机；配有手持风速计，可以方便地进行风速测量；采用带数字显示的电流表和电压表， 可以得到系统的输出电功率；采用了九孔电路插板，这样所有电学元件可以在其上实现即插即用，易于搭建电路。利用本实用新型多功能风力发电演示实验仪，可以实现多种与风能利用有关的基础物理实验，诸如翼长、桨距角、叶片数量与系统输出功率的关系；风速与系统输出功率的关系；风力发电使用演示实验；风力发电储能方式演示实验；三相交流电整流滤波电路搭建实验；风力发电储能方式及输出电路的搭建等等。
图I是本实用新型多功能风力发电演示实验仪的结构示意图，图中1是风轮的叶片(带固定孔)；2是风轮的轮毂(带固定孔)；3是尾翼调向装置；4是三相交流发电机；Z1是支架，Z2是竖直转动轴；Z3是水平连接杆，TA是水平转动轴，5是滤波电容；6是带数字显示的电压表；7是可调负载；8是带数字显示的电流表；9储能充电器；S是风源；D1，D2，D3，D4，D5，D6是二极管；K1是开关，K2是双刀双掷开关，LED 是发光二极管，E1、E2和Fl和F2是双刀双掷开关接线柱。图2是风轮及其叶片、轮毂的分解示意图，图中A叶片上的固定孔，B是轮毂上的固定孔。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
具体实施方式
实施例I :如图I所示本实用新型多功能风力发电演示实验仪的结构示意图，由图可见，本实用新型多功能风力发电演示实验仪，其构成包括风源S，沿风源出风的前进方向依次设置风轮(由叶片I和轮毂2构成，见图2)、三相交流发电机4，尾翼调向装置3安装在带支架的连接装置上，并与风轮回旋面垂直；当三相发电机工作时，尾翼板始终顺着风向，也就是与风向平行，尾翼调向装置的功能是使风轮自然的对准风源的风向，保持迎风状态，以获取尽可能多的风能；带支架的连接装置由支架Z1、安装支架上的竖直转动轴Z2、竖直转动轴上的水平连接杆Z3组成，其中所述水平连接杆用以在水平连接杆的前端和后端分别安装三相发电机和尾翼调向装置；风轮安装在三相发电机的水平转动轴上，所有从叶片传来的风力，通过轮毂传递到发电机水平转动轴上使发电机发电；整流滤波电路包括与三相交流发电机4连接的六个二极管Dl，D2，D3，D4，D5，D6 和滤波电容5并联支路，六个二极管按三相桥式全波整流电路连接，用以将三相交流发电机输出的三相交流电转换为直流电；所述电容，用以对电流进一步滤波和电能的短暂存储。测量电路包括一个数字电压表6支路和由一个可变负载7与一个数字电流表8 串联构成的支路，两个支路分别与整流滤波电路并联。所述电能的存储与利用电路包括由双刀双掷开关K2控制的发光二极管LED回路和储能充电器9回路；电能的存储与利用电路与测量电路之间安装有一个控制开关K1。应用实例“电能的使用与储存”的演示本实例中的风源S选用的是风扇，风源S通电后，先用风速计测定风源的风速，相对稳定后，出风吹向风轮的叶片I和风轮的轮毂2，尾翼调向装置3自动对准风向，所有从风轮叶片I传来的风力，通过风轮的轮毂2传递到转动系统，再传递给三相交流发电机4，三相交流发电机4工作后，其输出的三相交流电连接整流滤波电路，所述整流滤波电路包括与三相交流发电机4连接的六个二极管Dl，D2，D3，D4，D5，D6和滤波电容5。三相交流电经过二极管和电容整流滤波后转换为直流电，带数字显示的电压表6 和带数字显示的电流表8上实时地显示出直流电压和电流，调节可调负载选择合适的电阻值，闭合开关K1，当双刀双掷开关K2接Fl和F2时发光二极管LED发出五颜六色的光，当双刀双掷开关K2接El和E2时，储能充电器9工作指示灯演示在充电。演示过程中，可以改变翼长、桨距角等参数，通过带数字显示的电压表6和带数字显示的电流表8上的示数变化，可以定性看出输出功率随着各参数的变化。尽管结合附图对本实用新型进行了上述描述，但本实用新型不局限于上述的具体实施方式
，上述的具体实施方式
是示意性的，不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的指示下，在不脱离本实用新型的宗旨和权利要求所保护的范围下，还可以作很多其他的演示方式，这些均属于本实用新型的保护之列。
权利要求1.一种多功能风力发电演示实验仪，其特征在于该实验仪包括风源、风轮、尾翼调向装置、带支架的连接装置、三相交流发电机、整流滤波电路、测量电路和电能的存储与利用电路；所述风源为可调速的台式电风扇；所述风轮设置在风源的前方，由一组叶片和轮毂组成，所有叶片通过根部的安装孔安装在轮毂上；所述尾翼调向装置由尾翼梁和开口向后的V字型尾翼板组成，尾翼调向装置安装在带支架的连接装置上，并与风轮回旋面垂直；所述带支架的连接装置由支架、安装在支架上的竖直转动轴、竖直转动轴上的水平连接杆组成，水平连接杆的前端和后端分别安装三相发电机和尾翼调向装置；所述风轮安装在三相发电机的水平转轴上；所述整流滤波电路包括与三相交流发电机连接的六个二极管以及电容并联支路，其中，六个二极管按三相桥式全波整流电路连接；测量电路包括数字电压表支路和由一个可变负载与一个数字电流表串联构成的支路，两个支路分别与整流滤波电路并联；所述电能的存储与利用电路包括由双刀双掷开关控制的发光二极管回路和储能充电器回路；电能的存储与利用电路与测量电路之间安装有一个控制开关。
2.根据权利要求I所述的多功能风力发电演示实验仪，其特征在于轮毂靠近外缘处沿圆周间隔开有一组用于固定叶片的固定孔。
专利摘要一种多功能风力发电演示实验仪。包括风源、风轮、尾翼调向装置、三相交流发电机、整流滤波电路、测量电路、电能的存储与利用电路。风轮由一组叶片和轮毂组成，所有叶片通过根部的安装孔安装在轮毂上，轮毂靠近外缘处沿圆周间隔开有一组用于固定叶片的固定孔；尾翼调向装置由尾翼梁和开口向后的V字型尾翼板组成，尾翼板始终顺着风向。利用本实用新型演示实验仪可实现多种与风能利用有关的基础物理演示实验，诸如翼长、桨距角、叶片数量与系统输出功率的关系；风速与系统输出功率的关系；风力发电使用演示实验；风力发电储能方式演示实验；三相交流电整流滤波电路搭建实验；风力发电储能方式及输出电路的搭建等等。
文档编号G09B23/06GK202352177SQ201120419070
公开日2012年7月25日 申请日期2011年10月28日 优先权日2011年10月28日
发明者吕江, 张颖涛, 李洪国, 耿耀辉 申请人:天津理工大学