En modulär vindkraftverksmodell för utbildning och experimentella tillämpningar i Chalmers vindtunnel

Abstract

Detta projekt presenterar utveckling, konstruktion och utvärdering av ett modellskaligt horisontalaxlat vindkraftverk, särskilt anpassat för experimentella studier i Chalmers vindtunnel. Projektets huvudsyfte var att utveckla en tillförlitlig och modulär prototyp som kan generera experimentella data kring kraftverkets prestanda under varierande vindförhållanden, bladvinklar och elektriska belastningar.

Utvecklingen följde en iterativ produktutvecklingsprocess, där teoretiska beräkningar, aerodynamiska simuleringar, hållfasthetsanalyser och vindtunneltester ingick. En central egenskap hos den färdiga modellen är dess justerbara bladvinkelmekanism, vilken möjliggör synkroniserad vinkelstyrning genom ett internt kugghjulssystem. Komponenterna tillverkades med en kombination av SLA- och extruderande 3D-utskrift samt svarvning och fräsning, vilket säkerställer både mekanisk hållfasthet och dimensionsnoggrannhet.

Kalibrering av den valda motorn, använd som generator, bekräftade dess lämplighet inom det avsedda arbetsområdet. Vindtunnelmätningar visade att modellen kan återge realistiska prestandakurvor, inklusive effektuttag och verkningsgrad (Cp), under olika driftförhållanden. Den högsta uppmätta effekten på 1,8 W vid nominell vindhastighet erhölls vid en bladvinkel på 60° och en elektrisk belastning på 26,3 Ω, inom ramen för de testade konfigurationerna.

Prototypen lämpar sig väl för framtida forskning och utbildning. Den utgör en värdefull plattform för studier av rotorers aerodynamik, strukturella laster och reglerstrategier, samt kan fungera som grund för jämförande analyser mellan olika kraftverksarkitekturer.