實驗方法與步驟

風車擷取風能轉動，帶動發電機旋轉將機械能轉換成電能，故風 力發電機的輸出功率直接受到風車之功率係數Cp與尖速比TSR特性 的影響，其輸出功率和轉速呈現非線性的關係。一般風力發電機轉速 與輸出功率之特性曲線如圖5.1所示，其轉速與輸出功率皆會隨著負 載的大小而改變。當風力發電機所連接的負載較小時，風力發電機會 以較高的速度運轉；而當風力發電機連接之負載慢慢加大時，風力發 電機之轉速會由高速轉為低速，此時風力發電機之輸出功率呈現出先 上升後下降的趨勢。並且在每一風速下，皆會有一轉速對應到最大的 輸出功率點，將每一風速的最大功率點連接而成的曲線，即稱為最佳 運轉曲線。而最大功率追蹤的目的，即是控制發電機之轉速，使風力

82

圖5- 1 風力發電機轉速與輸出功率特性曲線圖

83

發電機保持在此曲線上運轉，而得到最大的輸出功率。

為了得到風力發電機之輸出功率特性，在本實驗中，將使用可變 電阻進行定電阻負載實驗，藉此調整不同大小阻值的功率電阻作為負 載端。值得注意的是，當電阻值小時，發電機會產生較大的電流至電 阻，此時電阻會消耗較大的功率而使得風力發電機運轉較慢，屬於重 負載；相對地，大電阻值則為輕負載。此定電阻實驗模式所給予的輕、

中、重負載範圍將視風車之發電量與扭矩大小而定，並搭配Labview 擷取程式擷取負載端之電壓實驗資料來計算輸出功率，以逐一找出功 率曲線。實驗步驟如圖5.2所示：

一、在擷取程式停止的狀態下進行更換電阻阻值。

二、在程式之人機介面上輸入電阻阻值與給載風速。並視風車之半 徑、掃風面積、發電機之極數和存檔路徑等有變更之參數於程式 方塊圖中作更新。

三、執行程式，開始進行實驗資料擷取。根據經驗法則，一個負載實 驗約需進行1周左右之時間以累積足夠的資料數。爾後檢視各風 速存檔檔案的大小(資料數多寡)，如果檔案資料數足夠即可進行 下一個負載實驗，如果資料數不夠則讓程式繼續執行。

84

執行程式 程式設定 (負載、給載風速…)

更換電阻負載

實驗資料擷取

檔案樣本數

結束 停止程式

不足 足夠

圖5- 2 實驗步驟流程圖

85

四、反覆進行實驗流程，直到各種阻值均測試完畢。本測試使用的阻 值範圍從1～100Ω不等，並依據量得發電量的趨勢調整電阻大小 的差距。

在進行各項實驗前，吾人先進行風力發電機轉速與電壓之量測校 正之工作，以確保實驗值之準確性。圖5.3 為量測系統校正後，風車 實驗與原動機實驗之結果比對，顯示出兩者的趨勢非常相近，因而能 確定所得到的實驗值之準確性，並可開始進行風力發電機的測試實 驗。

86

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

0 50 100 150 200 250 300 350

發電機轉速 (RPM)

電壓 (Voltage)

原動機實驗 值

風車實驗值

圖5- 3 發電機轉速對電壓實驗值

87