风力发电演示仪及其工作原理

风力发电机

Wind Power Generator

随着社会的进步和经济的快速发展，人类对能源的需求越来越大，传统能源总有一天会耗竭。因而，新能源的开发和利用已成为人类研究的热点课题。风能是清洁新能源，国内外对风力发电有很多研究，目前已经得到很大进展。本实验用微型直流电机作为发电机，演示风力发电的工作原理及过程，具有方便、直观、安全、便携等优点。

实验装置

风力发电演示仪一套，如图1所示，包括鼓风机、发电机、电动机等，另需配一只电压表。

图1　风力发电演示仪

现象观察

（1）打开鼓风机电源开关，调节鼓风机输出电位器，使其有一定风量吹出。将演示仪风扇叶轮靠近鼓风机出风口，使叶轮转动。

（2）将演示仪输出功能开关旋至“发光管”档，发光管被点亮，调大风扇转速，可观察到发光管亮度及点亮数增加。

（3）将演示仪输出功能开关旋至“电动机”档，电动机转动，转速与风速相关，发电机停止转动后电动机也停止转动。

（4）将演示仪输出功能开关旋至“音乐声响”档，内部音乐片驱动扬声器发声，一旦风速减慢，音乐声变调。

（5）将演示仪输出功能开关旋至“输出外接”档，并在相应外接接线柱上接上电压表，可观察风速与输出电压间的关系。

现象解密

鼓风机吹出的风使演示仪上的叶轮转动，叶轮与发电机内的线圈abcd同轴，使得线圈也随叶轮一起转动，如图2所示。在发电机线圈转动过程中，通过线圈的磁通量不断地发生变化，产生的感应电动势给外接负载供电，从而点亮发光管、驱动电动机、使扬声器发出声音等。(www.xing528.com)

图2　发电机原理图

线圈在转动过程中产生的电动势为

式中ω为线圈转动角速度，鼓风机风力越大，发电机上叶轮转速越快，产生的感应电动势越大，对负载的驱动能力越强。

应用拓展

从能量角度看，风力发电是把风能转化为电能的过程。风力发电不需要燃料，也不会产生辐射或空气污染，因此被人类所看好。风力发电在芬兰、丹麦等国很普遍，我国也在西部地区有较多的风力发电。

思考题

1.在实际应用中，风力发电机因风量不稳定，输出的电压也不稳定，你有什么办法解决这个问题？

2.写出风力发电的优缺点。

3.风力发电设置的地点须具备哪些条件？

4.中国哪些地方适合使用风力发电？

5.讨论分析家用风力发电机的可行性设计方案。