風(fēng)能及其測量

實(shí)驗(yàn)問題1Problem實(shí)驗(yàn)問題1第)式中?是發(fā)電機(jī)中葉片的角速度，R是風(fēng)扇葉片的半徑，v是葉片尖上的風(fēng)速。假定穿過風(fēng)洞截面的風(fēng)速是均勻的。風(fēng)力發(fā)電機(jī)內(nèi)部的等效電路相當(dāng)于一個(gè)電動勢和一個(gè)內(nèi)電阻。電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)旋轉(zhuǎn)線圈提供電動勢（emf），等效內(nèi)電阻為RM（電機(jī)內(nèi)部線圈的電阻總和），RM很小但是不能忽略(<2)。這樣，實(shí)際的電機(jī)可以看成是一個(gè)理想的電機(jī)（理想的電機(jī)中的線圈沒有電阻）加上一個(gè)阻值為RM的電阻，如下圖所示。圖12風(fēng)力發(fā)電機(jī)的等效電路圖中，MOTOR意為電機(jī)，STATORBRUSH意為定子電刷MAGNET意為磁鐵，RORORCOIL意為轉(zhuǎn)子線圈確定電機(jī)的內(nèi)電阻RM的值，注意直流電機(jī)的定子電刷和運(yùn)動的轉(zhuǎn)子相互接觸時(shí)（見圖12）可能產(chǎn)生隨著電機(jī)中葉片轉(zhuǎn)動而變化的額外電阻。[0.4分]確定鎳鉻電阻線的單位長度的電阻λR(單位為：/m)。注意相較于數(shù)字萬用表（DMM）的接線電阻，鎳鉻線的電阻要小（<7歐姆）。[1.2分]如果你需要恒流源，可以將熱絲電路盒設(shè)置在恒流風(fēng)速計(jì)[ConstantCurrentAnemometer(CCA)]模式。如果你需要將#2和#3萬用表用做安培表，請注意不要超過量程以免損壞保險(xiǎn)絲。操作指南：將風(fēng)力發(fā)電機(jī)置于風(fēng)洞內(nèi)。首先，將電機(jī)上的香蕉頭和鱷魚夾通過風(fēng)洞上方的小孔（放置風(fēng)洞時(shí)小孔向上）穿出來，然后將支架上的鋼桿（上面帶有熱電偶）插進(jìn)小孔，并將電機(jī)固定在上面。如圖11所示。這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，你需要測量兩個(gè)頻率：風(fēng)產(chǎn)生器（計(jì)算機(jī)風(fēng)扇）頻率（進(jìn)而可以通過計(jì)算得到風(fēng)速）和風(fēng)力發(fā)電機(jī)頻率。為此，如圖13(a)那樣連接好。你可以用黑色的鱷魚夾來切換，讀取風(fēng)產(chǎn)生器的頻率或者發(fā)電機(jī)的頻率。用鱷魚夾連上電機(jī)和作為負(fù)載的鎳鉻線。你可以象圖13(b)那樣，將鎳鉻線的兩端連上電壓表，單獨(dú)測量其電壓。圖13(a)測量兩個(gè)頻率的連接圖。用黑線來選擇讀出風(fēng)扇和湍流風(fēng)的頻率。(b)鎳鉻負(fù)載線的連接。注意電壓表連在鎳鉻線的兩端圖中OPTO-SENSOR：光傳感器，WINDGENERATOR:風(fēng)發(fā)生器（計(jì)算機(jī)風(fēng)扇），WINDTURBINE：風(fēng)力發(fā)電機(jī)，MOTORTURBINE：風(fēng)力發(fā)電機(jī)，Nichromwire：鎳鉻線，BLACK：黑色線，RED：紅色線，BLUE：藍(lán)色線通過實(shí)驗(yàn)來確定最大功率轉(zhuǎn)化時(shí)的最佳負(fù)載RL。畫出傳給負(fù)載RL的功率與RL或長度l的關(guān)系圖。理論上希望的RL的值是多少？[2.4分]風(fēng)力發(fā)電機(jī)的效率WT定義為傳給負(fù)載R