《風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)》word版-文庫(kù)吧
2025-05-16 10:12 本頁(yè)面
【正文】 ；另一類是作為常規(guī)電網(wǎng)的電源，與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行。 本論文討論的是前者，即獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)電系統(tǒng)的解決方案。 （二） 論文系統(tǒng)概述 該獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下 1— 1所示： 5 圖 11 獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)力發(fā) 電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 其具體運(yùn)行狀況為： （ 1） 風(fēng)力吹動(dòng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。 （ 2） 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通過(guò)連接的齒輪變速箱來(lái)提高輸出端轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速，該軸與發(fā)電機(jī)相連。 （ 3） 轉(zhuǎn)軸帶動(dòng) 單 相交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，開始發(fā)電。（此時(shí)發(fā)出的是頻率和幅值都不穩(wěn)定的交流電） 。 （ 4） 引出的 單 相交流電通過(guò)整流器變成穩(wěn)定的直流電。 （ 5） ，直流電經(jīng)控制電路流向逆變器，并向蓄電池充電； ，控制電路切換為蓄電池供電狀態(tài)。 （ 6） 直流電經(jīng)逆變器變換為恒頻穩(wěn)定交流電。此時(shí)即可實(shí)現(xiàn)為負(fù)載供電。 6 二、 風(fēng)力機(jī)原理及其結(jié)構(gòu) 風(fēng)力機(jī)經(jīng)過(guò)多年的發(fā) 展和演變，已經(jīng)有很多形式，但是歸納起來(lái)，可分為兩類：① 水平軸風(fēng)力機(jī)，風(fēng)倫的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸與風(fēng)向平行； ② 垂直軸風(fēng)力機(jī)，風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸垂直與地面或氣流方向。本系統(tǒng)中采用的是水平軸風(fēng)力機(jī)。 （一） 風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)原理 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要利用氣動(dòng)升力的風(fēng)輪。氣動(dòng)升力是由飛行器的機(jī)翼產(chǎn)生的一種力，如圖 21。 圖 21氣動(dòng)升力圖 從圖可以看出，機(jī)翼翼型運(yùn)動(dòng)的氣流方向有所變化，在其上表面形成低壓區(qū)，在其下表面形成高壓區(qū)，產(chǎn)生向上的合力，并垂直于氣流方向。在產(chǎn)生升力的同時(shí)也產(chǎn)生阻力，風(fēng)速也會(huì)有所下降。升力總是推動(dòng)葉片繞中心軸 轉(zhuǎn)動(dòng)。 （二） 風(fēng)力機(jī)的主要部件 水平軸風(fēng)力機(jī)主要由風(fēng)輪、塔架、對(duì)風(fēng)裝置、齒輪箱組成，整體結(jié)構(gòu)如圖 2— 2所示： （ 1） 風(fēng)輪：由 1~3 個(gè)葉片組成，這是吸收風(fēng)能的主要部件。當(dāng)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片受到離心力和氣動(dòng)力的作用，離心力對(duì)葉片是一個(gè)拉力，而氣動(dòng)力使葉片彎曲。當(dāng)風(fēng)速高于風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)風(fēng)速時(shí)，為防止葉片損壞，需對(duì)風(fēng)輪進(jìn)行控制，控制風(fēng)輪有三種方法： a，使風(fēng)輪偏離主方向； b，改變?nèi)~片角度；利用擾流器，產(chǎn)生阻力，以降低風(fēng)輪轉(zhuǎn)速。 （ 2） 塔架：為了讓風(fēng)輪能在較高的風(fēng)速中運(yùn)行，需要塔架把風(fēng)輪支撐起來(lái)。這時(shí)塔架需要承受兩個(gè)主要的 載荷：一個(gè)是風(fēng)力機(jī)的重力，向下壓在塔架上；另一個(gè)是阻力，使 7 圖 22風(fēng)力主要部結(jié)構(gòu)圖 塔架向風(fēng)的下游方向彎曲。選擇塔架時(shí)要必須考慮其成本，根據(jù)實(shí)際情況而定。 （ 3） 對(duì)風(fēng)裝置：自然界的風(fēng)向及風(fēng)速一直變化，為了得到較高的風(fēng)能利用率，應(yīng)使風(fēng)能的旋轉(zhuǎn)面經(jīng)常對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向?yàn)榇诵枰獙?duì)風(fēng)裝置。本論文只介紹小型風(fēng)力機(jī)的對(duì)風(fēng)裝置，如圖 2— 4所示，利用尾舵控制對(duì)風(fēng)。由尾翼帶東水平軸旋轉(zhuǎn)，是風(fēng)輪總朝向風(fēng)吹來(lái)的方向。 圖 23對(duì)風(fēng)裝置 8 （ 4） 齒輪箱 ： 由于風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速比較低，而且風(fēng)力的大小經(jīng)常變化著，這又使得轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定。所以，在帶動(dòng)發(fā)電機(jī)之前，還必須附加一個(gè)齒輪箱，再加一個(gè)調(diào)速裝置使得轉(zhuǎn)速保持穩(wěn)定，然后在連接到發(fā)電機(jī)上。齒輪箱的主要作用是將風(fēng)輪在風(fēng)力作用下所產(chǎn)生的動(dòng)力傳遞給發(fā)電機(jī)，通過(guò)齒輪副的增速作用使其得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。在裝機(jī)是應(yīng)使其與輪轂相連。為了增加齒輪箱的制動(dòng)能力， 在齒輪箱的輸入端或輸出端設(shè)置剎車裝置配合葉尖制動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)聯(lián)合制動(dòng)。 （三） 風(fēng)力機(jī)的功率 風(fēng)的動(dòng)能和風(fēng)速的平方成正比，功率是力和速度的乘積，也可用于風(fēng)輪功率的計(jì)算。風(fēng)力與速度平方成正比，所以 風(fēng)的功率與風(fēng)度的三次方成正比。如果風(fēng)速增加一倍，風(fēng)的功率便會(huì)增加 8倍。 風(fēng)輪從風(fēng)中吸收的功率如下： 3pP C A v?? (2— 1) 2AR?? (2— 2) 式中： P為輸出功率， pC 為風(fēng)輪機(jī)的功率系數(shù)， ρ 為空氣密度， R為風(fēng)輪半徑，v為風(fēng)速。 眾所周知，如果接近風(fēng)力 機(jī)的空氣全部動(dòng)能都被風(fēng)力機(jī)全部吸收，那么風(fēng)輪后的空氣就不動(dòng)了，然而空氣當(dāng)然不能完全停止，所以風(fēng)力機(jī)的效率總是小于 1。 三、 電氣設(shè)計(jì)部分 （一） 發(fā)電機(jī) 在本論文討論的獨(dú)立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，采用的是硅整流自勵(lì) 單 相交流發(fā)電機(jī)。 發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)、工作原理及電路圖 本論文提出的系統(tǒng)采用蓄電池組為勵(lì)磁功供電，并在蓄電池組合勵(lì)磁繞組之間串聯(lián)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。其電路圖如圖 3— 1 所示。發(fā)電機(jī)的定子由定子鐵心和 定子繞組組成，定子繞組為 單 相， Y 型連接，放在定子鐵芯內(nèi)圓槽內(nèi)。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組（即勵(lì)磁繞組）和轉(zhuǎn)子軸組成，轉(zhuǎn)子鐵芯可 做成凸極式或形，一般都用爪形磁極，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組的兩端接到滑環(huán)上，通過(guò)與滑環(huán)接觸的電刷與硅整流器的直流輸出端相連，從而獲得直流勵(lì)磁電流。 9 圖 31 串聯(lián)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器 獨(dú)立運(yùn)行的小型風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)力機(jī)葉片多數(shù)是固定槳距的，當(dāng)風(fēng)力變化時(shí)風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速隨之變化，與風(fēng)力機(jī)相連的發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速也隨之變化，因而發(fā)電機(jī)的出口電壓也會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，這將導(dǎo)致硅整流器輸出的直流電壓及發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的變化，并造成勵(lì)磁磁場(chǎng)的變化，這樣又造成發(fā)電機(jī)出口電壓的波動(dòng)。這種連鎖反應(yīng)是的發(fā)電機(jī)的出口電壓的波動(dòng)范圍不斷增加。顯而易見(jiàn)，如果電壓的波動(dòng)得不到 控制，在向負(fù)載供電的情況下，將會(huì)影響供電質(zhì)量，甚至損壞用電設(shè)備。此外獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)都帶有蓄電池組，電壓的波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致蓄電池組的過(guò)充電，從而降低蓄電池組的使用壽命。 為了消除
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