海流發電架構設計與負載特性分析 - 國立高雄應用科技大學

海 流 發 電 架 構 設 計 與 負 載 特 性 分 析 413發 電 系 統長 方 形 支 撐 架萬 能 角 鋼支 撐 木 架發 電 系 統 ㄇ 型 支 撐 架圖 5 模 擬 海 流 發 電 整 體 水 槽 結 構 外 觀 完 成 3D 繪 製 圖圖 6 模 擬 海 流 發 電 整 體 結 構 水 槽 外 觀 實 體 圖

414蘇 琨 祥 、 黃 智 煌 、 郭 見 隆L 型 固 定 座海 流 發 電 機齒 輪 式 變 速耦 合 器原 動 機耦 合 皮 帶轉 接 頭耦 合 皮 帶耦 合 鏈 條海 流 發 電 機 與L 型 固 定 座 轉 軸轉 軸 固 定 座第 二 代 扇 葉防 水 型 帆 布第 二 代 扇 葉耦 合 轉 軸圖 7 模 擬 海 流 發 電 整 體 結 構 水 槽 內 部 實 體 圖表 1 水 槽 組 合 零 件 表名 稱 規 格 數 量發 電 系 統 ㄇ 型 支 撐 架 長 2.5m 寬 1.42m 高 1.6m 1發 電 系 統 長 方 形 支 撐 架 長 1.43m 寬 0.3m 1支 撐 木 架 長 0.43m 寬 0.3m 高 1.2m 24防 水 型 帆 布 長 12m 寬 12m 1萬 能 角 鋼 架 長 2m 厚 2mm 35mm*35*mm 6萬 能 角 鋼 架 長 3m 厚 5mm 55mm*55mm 4萬 能 角 鋼 架 長 3m 厚 2mm 35mm*35*mm 19L 型 固 定 座 長 0.25m 寬 0.29m 高 0.3m 1原 動 機額 定 電 壓 170V 額 定 電 流 15.2A額 定 容 量 2.2KW 額 定 轉 速 1750rpm海 流 發 電 機 24 極 額 定 電 流 4.8A 1耦 合 皮 帶 長 0.96m 1耦 合 鏈 條 長 0.96m 1轉 軸 固 定 座 長 0.1m 寬 0.08m 高 0.83m 2凸 極 式 發 電 機 與 L 型 固 定 座 轉 軸 1第 二 代 扇 葉 2齒 輪 式 變 速 耦 合 器 2齒 輪 式 變 速 器 耦 合 凸 極 式 發 電 機 轉 軸 1第 二 代 扇 葉 耦 合 轉 軸 2耦 合 皮 帶 轉 接 頭 21

海 流 發 電 架 構 設 計 與 負 載 特 性 分 析 415圖 8 扇 葉 改 裝 後 結 構 圖圖 9 第 一 代 扇 葉 負 載 測 試 系 統 示 意 圖首 先 為 方 便 實 驗 表 示 我 們 先 定 義 耦 合 齒 輪 的 齒 輪 比 與 其 定 義 號 數 如 表 2 所 示 。 而 表 2.3 為 其 在 不 同 扇 葉耦 合 齒 輪 比 與 水 流 流 速 下 所 量 測 得 到 的 發 電 資 料 。 圖 10 為 水 流 4.2 m/s扇 葉 耦 合 齒 輪 比 為 3 所 量 得 的 電 壓 與電 流 波 形 圖 , 圖 11 為 水 流 5 m/ s 扇 葉 耦 合 齒 輪 比 為 3 所 量 得 的 電 壓 與 電 流 波 形 圖 , 由 表 3 可 知 在 本 發 電 系 統架 構 下 水 流 流 速 雖 已 達 上 限 值 但 整 體 發 電 未 見 顯 著 效 益 , 而 此 可 推 知 在 未 加 以 改 裝 其 扇 葉 型 狀 下 應 不 適 用 於海 流 發 電 所 使 用 , 故 接 下 來 的 所 有 實 驗 改 採 第 二 代 扇 葉 , 其 結 構 如 圖 12 所 示 。 其 中 在 進 行 所 有 實 驗 與 量 測 數據 最 佳 化 處 理 前 , 已 對 所 有 齒 輪 比 作 一 簡 單 的 負 載 能 力 測 試 , 發 現 發 電 機 運 轉 難 易 度 與 負 載 能 力 較 佳 者 集 中於 齒 輪 比 號 數 2 到 4, 因 此 接 下 來 所 有 實 驗 進 行 便 以 這 三 組 齒 輪 比 作 為 實 驗 進 行 的 依 據 。 本 文 所 採 用 的 交 流負 載 為 一 般 家 用 電 扇 , 其 內 阻 抗 (Z) 定 為 60Hz 時 分 別 為 檔 位 強 檔 306.82∠21.6 o 、 中 檔 405∠0 o 、 弱 檔 450∠0 o來 做 分 析 。

416蘇 琨 祥 、 黃 智 煌 、 郭 見 隆表 2 齒 輪 比 定 義 表齒 輪 比 定 義 號 數 發 電 機 耦 合 端 齒 輪 齒 數 扇 葉 耦 合 端 齒 輪 齒 數 齒 輪 比1 28 14 28/142 24 16 24/163 21 18 21/184 18 21 18/215 16 24 16/246 14 28 14/28扇 葉 半 徑 ( cm )齒 輪 比表 3 海 流 發 電 機 使 用 第 一 代 扇 葉 做 直 流 負 載 測 試水 流 流 速( m/s)負 載 電 壓( Vmax )負 載 電 流( Imax )發 電 機 轉 速( rpm)17 2 3.4 10 0.1 2317 2 4.2 11 0.11 2517 2 5 13 0.13 2917 3 3.4 8 0.08 2717 3 4.2 11 0.11 2917 3 5 13 0.13 29負 載 電 壓負 載 電 流 (5V/0.01A)圖 10 負 載 電 壓 電 流 波 形 圖

418蘇 琨 祥 、 黃 智 煌 、 郭 見 隆表 4 海 流 發 電 機 扇 葉 耦 合 各 齒 輪 比 開 路 電 壓齒 輪 比 相 電 壓 ( Vmax ) 發 電 機 轉 速 ( rpm ) 水 流 流 速 ( m/s)2 148 265 3.42 168 294 4.22 184 331 53 184 333 3.43 220 390 4.23 256 429 54 248 445 3.44 280 507 4.24 312 560 5圖 13 海 流 發 電 系 統 長 時 間 發 電 紀 錄 圖3. 田 口 品 質 工 程 簡 介田 口 品 質 工 程 法 , 簡 稱 田 口 方 法 (Taguchi Method) 是 由 田 口 玄 一 博 士 (Dr.Grenichi Taguchi) 於 1950 年代 所 提 出 的 一 套 品 管 方 法 , 其 主 要 的 工 具 為 直 交 表 實 驗 (Orthogonal Array Experiment) 與 信 號 雜 音 比 (Signalto Noise Ratio,S/N ratio)。 田 口 品 質 工 程 又 可 分 為 線 上 及 線 外 品 質 工 程 , 其 中 線 外 品 質 工 程 包 含 了 系 統 設 計(System Design)、 參 數 設 計 (Parameter Design) 及 允 差 設 計 (Tolerance Design) 三 步 驟 [1-7]。4. 實 驗 設 計將 發 電 機 輸 出 端 電 壓 直 接 饋 入 負 載 定 為 案 例 一 而 透 過 變 頻 器 再 饋 入 負 載 定 為 案 例 案 例 二 方 便 以 下 討 論 。4.1 案 例 一 最 大 功 率 最 佳 化首 先 我 們 將 針 對 尋 求 本 發 電 系 統 的 交 流 最 大 功 率 作 處 理 , 其 望 大 實 驗 分 析 有 以 下 之 優 點 :