计算风车的正确电动机扭矩

我正在努力计算以所需速度旋转风车对象所需的正确扭矩。假设我有一台风车：

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中央有一个马达，四个叶片长2.4m，重约10kg。我想计算以约5 rpm的转速旋转风车所需的扭矩。

如果只有一个叶片，我会很好地计算所需的扭矩，但是我的直觉告诉我，既然一切都是平衡且对称的，那么任何非零扭矩就足够了。但是，这个答案似乎“太容易了”。

我不是工程师，只是个微不足道的纯数学家，所以任何指尖或技巧（甚至答案！）都将不胜感激。

$\tau$$\tau = I\alpha$$\tau = b\omega$$\phi$$\omega$$\alpha$$I$$b$

对于风车叶片，它们的质心会有一些惯性矩。您可以使用平行轴定理将惯性矩从质量中心“转换”到空间中的其他有用点-这就是轮毂的中心。

在这里需要特别注意的是，轮毂可能有其自己的鼓，叶片附着在该鼓上-叶片并没有像一堆橙片一样在确切的中间相遇，这意味着轮毂的中心（大约叶片旋转）可能是空间中的幻影或投影点。使用该距离为平行轴定理。

因此，一旦有了所有一切的惯性矩，便需要粘性阻尼系数。根据风车的大小，这可能很难测量，但是您可以尝试通过以已知速度启动风车，然后卸下执行装置并确定速度衰减所需的时间来确定风车的大小。

净转矩由下式给出：

$$\tau_{\mbox{net}} = \tau_{\mbox{inputs}} - \tau_{\mbox{outputs}} \\ $$

$\tau_{\mbox{wind}}$

$$\tau_{\mbox{net}} = \tau_{\mbox{wind}} - \tau_{\mbox{generator}} - \tau_{\mbox{acceleration}} - \tau_{\mbox{viscous}} \\ $$ $$\tau_{\mbox{net}} = f(\mbox{wind}) - \tau_{\mbox{generator}} - I\alpha - b\omega \\ $$

$P = IV$$P$$V$$I$

$$P_{\mbox{out}} = \eta P_{\mbox{in}}$$

$\eta$

说明以上幂公式守恒的另一种方法是：

$$P_{\mbox{out}} = \eta P_{\mbox{in}} \\ IV = \eta \tau_{\mbox{generator}}\omega \\ $$

$P=\tau\omega$

$$\tau_{\mbox{generator}} = \frac{IV}{\eta\omega} \\ $$

所以，最后，

$$\tau_{\mbox{net}} = f(\mbox{wind}) - \frac{IV}{\eta\omega} - I\alpha - b\omega \\ $$

$\tau = I\alpha$

如果要控制速度，那么真正要控制的只有两件事：风输入（通过改变叶片桨距）和发电机输出（通过改变输出电压）。如果您连接到“足够大”的电气“本体”（例如国家电网），那么输出电压的很小变化就应该对发电机的“负载”或“卸载”方式产生巨大的影响。但是，对于较小的设置，您可能要考虑添加一组功率电阻器，以确保始终有足够的“需求”来满足您的电力需求，否则，自动算法可能会对所有附加的组件施加过高电压，以尝试增加发电机的输出功率。