基本介紹
風杯式風速計是風電機組功率特性測試中最常用的測風設備,其測量準確度直接影響到風機功率曲線的測試結果。根據風杯式風速計測量風速的原理,溫度會對其測量準確度產生影響。利用風電機組功率特性實際測量數據,證明了溫度對風杯式風速計測量風電機組功率特性產生的影響,並介紹了IEC新版風電機組功率特性測試標準中對測試過程中風速信號的修正方法。
原理介紹
旋轉式風速儀的感應部分是一個固定在轉軸上的感應風的組件。常見的有風杯式風速計、螺旋槳 式風速計。
前普遍採用的測定風速的儀器是風杯式風速計，它的感應部分是由三個或四個圓錐形或半球形的空杯組成。空心杯殼固定在互成120°的三叉星形支架上或互成90°的十字形支架上，杯的凹面順著一個方向排列，整個橫臂架則固定在一根垂直的旋轉軸上。
當風從左方吹來時，風杯1與風向平行，風對風杯1的壓力在最直於風杯軸方向上的分力近似為零。風杯2與3同風向成60度角相交，對風杯2而言，其凹面迎著風，承受的風壓最大;風杯3其凸面迎風，風的繞流作用使其所受風壓比風杯2小，由於風杯2與風杯3在垂直於風杯軸方向上的壓力差，而使風杯開始順時針方向旋轉，風速越大，起始的壓力差越大，產生的加速度越大，風杯轉動越快。
風杯開始轉動後，由於杯2順著風的方向轉動，受風的壓力相對減小，而杯3迎著風以同樣的速度轉動，所受風壓相對增大，風壓差不斷減小，經過一段時間後（風速不變時），作用在三個風杯上的分壓差為零時，風杯就變作勻速轉動。這樣根據風杯的轉速（每秒鐘轉的圈數）就可以確定風速的大小。
當風杯轉動時，帶動同軸的多齒截光碟或磁棒轉動，通過電路得到與風杯轉速成正比的脈衝信號，該脈衝信號由計數器計數，經換算後就能得出實際風速值。目前新型轉杯風速表均是採用三杯的，並且錐形杯的性能比半球形的好,當風速增加時轉杯能迅速增加轉速，以適應氣流速度,風速減小時，由於慣性影響，轉速卻不能立即下降,旋轉式風速表在陣性風裡指示的風速一般是偏高的成為過高效應（產生的平均誤差約為10%）
套用研究
風速風向感測器在風機控制中的套用與研究
研究了多種風速感測器測量風速的原理,比較了各種風速感測器測風速的特點,分析了風力發電對風速測量的要求。並且通過對風杯式風速計測風速的誤差分析,得出利用三杯式風速感測器是比較適用於控制風力發電機發電的。並且提出了一種對風速數據處理的新方法,使其更好的用於風力發電的控制。對風力發電控制技術的發展具有重要意義。
意義
風杯式風速計是套用極為廣泛的測風感測器,它具有測風範圍大、強度高、耐腐蝕等優點。目前所使用的三杯式風速計的測風元件——風杯,大多是憑經驗和試驗確定的,並沒有完善的理論基礎作指導,以至於沒有明確風速計的線性度(即風速計的轉速和實際風速的線性關係)都受風杯哪些參數的影響,具體影響的大小以及哪些參數是主要的影響因素。本論文通過最佳化風杯的幾何形狀、迴轉半徑等參數,明確風速計的線性度以及其動態回響特性都受哪些參數的影響,以便設計出線性度更好的風杯結構;同時改善風速計的動力學特性,以便能比較準確地測量風速,並為三杯式風速計的實際套用與使用維護提供理論依據。本文利用流場仿真軟體ADINA,對風杯在大氣中的運動進行仿真,通過改變風杯結構參數,如迴轉半徑和杯口直徑,模擬出不同結構參數的風杯在大氣中的運動特性,並據此結果分析結構參數對風杯動靜態特性的影響。長春氣象儀器研究所希望改變現有的EC9-1風速計杯套的材料和尺寸,以降低其生產成本,其主要目的是改善風速計的動靜態特性。而風速計的動靜態特性與風速計轉動體的轉動慣量有關,為此本文利用三線扭擺法測量了風杯的轉動慣量,以驗證利用Pro/E軟體求得的轉動慣量,為分析風杯的動靜態特性提供依據;同時改變風杯結構參數,通過風洞實驗求得不同轉動慣量下的風速計動靜態特性,並對仿真結果進行驗證。
