소형 풍력발전기 설계와 제작

제1장 풍력발전의 기초
1.1 풍력발전기의 종류와 특징 / 14
1.1.1 풍력발전기의 특징 / 14
1.2 프로펠러형 풍력발전기의 원리 / 23
1.2.1 풍력발전기의 기본 용어 / 24
1.2.2 프로펠러형 풍력발전의 원리 / 33
1.3 풍차로부터 얻을 수 있는 에너지 / 39
1.3.1 바람으로부터 얻을 수 있는 에너지 / 39
1.3.2 풍차의 종류와 파워계수 / 45
1.4 소형 풍력발전의 이용 분야와 이용방법 / 48
1.4.1 필요한 때 필요한 전력을 얻기 위한 방법 / 48
1.4.2 태양광발전과의 하이브리드 시스템 / 49
1.4.3 구체적인 이용 분야의 예 / 51
1.4.4 연료전지와의 하이브리드 시스템 / 52

제2장 풍력발전용 발전기
2.1 발전기의 기초 / 56
2.1.1 DC 모터의 이용 여부 / 56
2.1.2 자전거용 발전기의 이용 가능성 / 60
2.1.3 자동차용 발전기의 이용 가능성 / 61
2.2 발전기의 원리와 구조 / 64
2.2.1 발전기의 원리 / 64
2.2.2 마그넷(영구자석) / 66
2.2.3 전자기 회로용 전자강판 / 69
2.2.4 기타 재료 / 72
2.3 발전기에 요구되는 발전 특성 / 73
2.3.1 회전수와 발전 특성 / 73
2.3.2 풍속 및 블레이드 지름과 회전수, 발전기 출력관계 / 75
2.4 실험적으로 제작한 발전기 / 77
2.4.1 형상과 구조 / 77
2.4.2 기어 증속형 발전기 제작 / 83
2.5 3상교류발전기의 장점 / 95
2.5.1 교류발전기 / 95
2.5.2 풍력발전기에 적합한 3상교류발전기 / 96
2.6 자동차용 발전기의 이용 / 99
2.6.1 자동차용 발전기의 종류 / 99
2.6.2 직류발전기 / 99
2.6.3 자동차용 직류발전기의 개조 / 103
2.6.4 교류발전기 / 115

제3장 발전기의 제작
3.1 공작용 공구류의 종류와 사용법 / 130
3.1.1 목재와 금속을 절단한다 / 130
3.1.2 구멍을 뚫는다 / 132
3.1.3 깎고 다듬고 / 134
3.1.4 기타 공구류 / 137
3.2 500 W급 풍력발전기의 제작 / 138
3.2.1 발전기의 개요 / 138
3.2.2 제작 순서 / 141
3.2.3 500 W급 발전기의 특성 / 151
3.2.4 부속 기구의 제작 / 152
3.3 700 W급 풍력발전기의 제작 / 157
3.3.1 문제점과 해결책 / 157
3.3.2 제작 순서 / 159
3.3.3 700 W급 풍력발전기의 특성 / 165
3.3.4 부속 기구의 제작 / 165
3.3.5 시운전 / 170

제4장 로터 블레이드의 설계와 제작
4.1 블레이드의 기초 지식 / 174
4.1.1 블레이드의 기초 지식 / 174
4.1.2 블레이드의 날개 형상 / 178
4.2 로터 블레이드의 설계 / 182
4.2.1 블레이드의 설계 / 182
4.2.2 1.6m 블레이드의 간이 설계 예 / 189
4.3 실제 설계에서 고려해야 할 사항 / 196
4.3.1 블레이드 선단 속도 / 196
4.3.2 로터 블레이드에 작용하는 원심력 / 197
4.3.3 블레이드의 재질과 구조 / 198
4.4 로터 블레이드의 제작 / 201
4.4.1 디퓨서가 달린 풍차 / 201
4.4.2 후드가 달린 풍차 / 202
4.4.3 복어형 풍차 / 202
4.4.4 멀티 로터 풍차 / 203
4.5 실제 제작과 목재 블레이드의 장점 / 204
4.6 날개 2개짜리 목재 블레이드의 제작 / 206
4.6.1 설계하는 블레이드의 시방 / 206
4.6.2 블레이드 원형을 제작 / 206
4.6.3 날개 형체의 제작 / 207
4.6.4 풍차 블레이드에 가해지는 힘 / 208
4.7 발포 스티롤과 FRP에 의한 저속 회전용 블레이드 제작 / 210
4.7.1 나무틀의 제작 / 210
4.7.2 블레이드를 오려낸다 / 210
4.7.3 나무틀과 발포 스티롤의 접착 / 212
4.7.4 표면을 FRP로 덮는다 / 213
4.7.5 마무리 / 214
4.7.6 허브부의 제작 / 214
4.8 고속 회전용 블레이드 제작 / 216
4.8.1 나무틀의 제작 / 216
4.8.2 블레이드의 접착 / 217
4.8.3 표면을 FRP로 씌운다 / 217
4.9 FRP 성형에 의한 블레이드 제작 / 220
4.9.1 FRP 성형의 특징 / 221
4.9.2 FRP에서 사용하는 재료와 공구 / 222
4.9.3 FRP 성형의 순서 / 227
4.9.4 허브에 장착 / 236

제5장 배터리 충전 제어장치
5.1 풍력발전의 특성과 배터리 충전 제어회로 / 240
5.1.1 배터리 충전회로 / 240
5.1.2 최대 출력을 얻는 방법 / 241
5.1.3 DC-DC 컨버터에 의한 충전 제어회로 / 244
5.2 300 W급 충전 제어회로 / 249
5.2.1 스위칭 전원 컨트롤러 IC TL494 / 251
5.2.2 회로의 동작 / 251
5.3 700 W급 충전 제어회로 / 260
5.3.1 푸시풀 방식의 센터 탭형 DC-DC 컨버터 회로 / 260
5.3.2 실제 회로 / 260
5.3.3 이 장치의 실측 특성 / 266
5.4 배터리 대책 / 270
5.4.1 디프 사이클 배터리 / 270
5.4.2 배터리의 특성 / 271
5.4.3 배터리 사용에서 주의할 점 / 275
5.4.4 배터리의 폐기 처분 / 276
5.5 전기 2중층 콘덴서의 활용 / 277
5.5.1 전기 2중층 콘덴서의 특징 / 277
5.5.2 소형 풍력발전기에 대한 응용 / 279
5.6 안전대책 회로 / 280
5.6.1 전자 브레이크와 배터리 과충전 방지회로 / 280
5.6.2 배터리 방전 제어회로 / 285

제6장 풍력발전기의 안전대책
6.1 강풍 때의 안전대책 / 288
6.1.1 로터 상방 편향 방식 / 289
6.1.2 로터 축방 편향 방식 / 290
6.1.3 피치 제어, 스톨 제어 방식 / 292
6.1.4 날개 선단 피치 제어 방식 / 294
6.1.5 발전기 전자(電磁) 브레이크에 의한 제어 / 295
6.1.6 수풍면적 가변 방식 / 297
6.1.7 디스크 브레이크, 기타 / 298
6.1.8 꼬리날개의 강풍 대책 / 299
6.2 풍력발전기의 설치와 타워 제작 / 302
6.2.1 설치 장소 / 302
6.2.2 풍차에 가해지는 항력 / 305
6.2.3 공사용 철제 파이프에 의한 간이 타워의 제작·설치 예 / 306

참고문헌 / 309