【正文】 繼點控制電路的設(shè)計，并對各種不同風(fēng)力情況下系統(tǒng)的運行狀況進行了全面而嚴(yán)謹?shù)姆治?，最后電氣控制部分進行了系統(tǒng)仿真。而礦物質(zhì)燃料儲量有限，正在日趨減少，況且其帶來的嚴(yán)重的污染問題和溫室效應(yīng)正越來越困擾著人們。近 20 年來風(fēng)電技術(shù)有了巨大的進步，發(fā)展速度驚人。其推算的結(jié)果2022 年風(fēng)電裝機 億 KW，風(fēng)電電量 104 億 kWh，2020 年風(fēng)電裝機 億 KW，風(fēng)電電量 104 億 kWh，占當(dāng)時世界總電消費量 104 億 kWh 的 %。新的風(fēng)電機組葉片設(shè)計和制造廣泛采用了新技術(shù)和新材料，有效地改善并提高了風(fēng)力發(fā)電總體設(shè)計能力和水平。目前，主要風(fēng)電設(shè)備制造企業(yè)集中在歐美國家，全世界風(fēng)電機組供應(yīng)商的前 10 位供應(yīng)了世界新增裝機容量的 90% 以上的份額，集中度比較高。以美國為例，風(fēng)電機組的造價和發(fā)電成本正逐年降低，達到可與常規(guī)發(fā)電設(shè)備不相上下的水平。我國的風(fēng)電開發(fā)起步較晚，大體分為三個階段。共建 5 個風(fēng)電場，安裝風(fēng)機 131 臺，裝機容量 萬 KW，最大單機 500KW。風(fēng)力發(fā)電這一朝陽產(chǎn)業(yè)必將蓬勃發(fā)展，成為將來能源供給的支柱產(chǎn)業(yè)！ 風(fēng)力發(fā)電的原理和特點風(fēng)力發(fā)電是利用風(fēng)能來發(fā)電，而風(fēng)力發(fā)電機組是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的機械。 [3]風(fēng)力發(fā)電有如下特點（1）可再生，且清潔無污染。本論文討論的是前者，即獨立運行風(fēng)電系統(tǒng)的解決方案。 （此時發(fā)出的是頻率和幅值都不穩(wěn)定的交流電） 。此時即可實現(xiàn)為負載供電。氣動升力是由飛行器的機翼產(chǎn)生的一種力，如圖 21。 風(fēng)力機的主要部件水平軸風(fēng)力機主要由風(fēng)輪、塔架、對風(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 個葉片組成，這是吸收風(fēng)能的主要部件。這時塔架需要承受兩個主要的載荷：一個是風(fēng)力機的重力，向下壓在塔架上；另一個是阻力，使 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。由尾翼帶東水平軸旋轉(zhuǎn)，是風(fēng)輪總朝向風(fēng)吹來的方向。在裝機是應(yīng)使其與輪轂相連。如果風(fēng)速增加一倍，風(fēng)的功率便會增加 8 倍。湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計IV 發(fā)電機結(jié)構(gòu)、工作原理及電路圖本論文提出的系統(tǒng)采用蓄電池組為勵磁功供電，并在蓄電池組合勵磁繞組之間串聯(lián)勵磁調(diào)節(jié)器。圖 31 串聯(lián)勵磁調(diào)節(jié)器獨立運行的小型風(fēng)電機組的風(fēng)力機葉片多數(shù)是固定槳距的，當(dāng)風(fēng)力變化時風(fēng)力機轉(zhuǎn)速隨之變化，與風(fēng)力機相連的發(fā)電機的轉(zhuǎn)速也隨之變化，因而發(fā)電機的出口電壓也會產(chǎn)生波動，這將導(dǎo)致硅整流器輸出的直流電壓及發(fā)電機勵磁電流的變化，并造成勵磁磁場的變化，這樣又造成發(fā)電機出口電壓的波動。為了消除發(fā)電機輸出端電壓的波動，該硅整流交流發(fā)電機配有勵磁調(diào)節(jié)器，如圖所示，勵磁調(diào)節(jié)器由電壓繼電器 V電流繼電器 I逆流繼電器 I2 及其所控制的動斷觸電 VI1 和動合觸電 I2 以及電阻 R2 等組成。湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計VI圖 32 發(fā)電機端電壓與發(fā)電機轉(zhuǎn)速的關(guān)系風(fēng)力發(fā)電機組運行時，當(dāng)用戶投入的負載過多時，可能出現(xiàn)負載電流過大超過額定值的狀況，如果不加以控制，使發(fā)電機過負荷運行，會對發(fā)電機的使用壽命有較大的影響，甚至損壞發(fā)電機的定子繞組。圖 33 發(fā)電機負載電流與發(fā)電機轉(zhuǎn)速的關(guān)系為了防止無風(fēng)或風(fēng)速太低時，蓄電池組向發(fā)電機勵磁繞組送電，及蓄電池組由充電運行變?yōu)榉错懛烹姞顟B(tài)，這不僅會消耗蓄電池組所儲電能，還可能燒毀勵磁繞組，因此在勵磁調(diào)節(jié)器裝置內(nèi)，還裝有逆流繼電器I2。 整流部分 由于自然界風(fēng)力的不穩(wěn)定性，交流發(fā)電機輸出的是不穩(wěn)定的交流電，頻率和幅值都在不斷地變化，而用戶需要的是正常頻率（即 50HZ）的穩(wěn)定交流電，因此必須進行 AC—DC—AC 變換，即先經(jīng)過整流變成直流電，之后在經(jīng)過你變電路將之變成標(biāo)準(zhǔn)的交流電。圖511 所示為單相橋式整流電路的畫法。 在 u2 的負半周，其極性與上述相反，即 b 點的電壓高于 a 點時，DD4 導(dǎo)通，DD3 截止，電流由 b 經(jīng) D2→RL→D4→形成通路，如圖中虛線箭頭所示。負載上得到的脈動直流電壓，常用一個周期的平均值來說明它的大小。 參數(shù)選擇由于風(fēng)力發(fā)電機組的輸出電壓與輸出電流是會隨著風(fēng)速的波動而發(fā)生很大變化的。在整流回路中，經(jīng)常會出現(xiàn)操作過電壓獲換向過電壓。本系統(tǒng)采用的是鉛蓄電池。蓄電池組在充電和放電的過程中，端電壓是不相等的，充電時端電壓高于電動勢，放電時端電壓低于其電動勢。影響其壽命的原因有很多，如充放電過度、蓄電池的電解液濃度太大或者純度降低以及在高溫環(huán)境下使用等都會是蓄電池的性能變壞，降低蓄電池的使用壽命。湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計XIV圖 36 蓄電池充電曲線 圖 37 蓄電池放電曲線 從蓄電池充放電曲線可見，如果充電電壓過高，將會嚴(yán)重損壞用戶的電器；若放電電壓過低（放電電流太大或放電時間過長） ，不僅影響到用戶電器的正常使用，而且會縮短蓄電池的使用壽命。下面以本論文 24V 額定電壓為例，負荷最高充電電壓限制在 28~29V,最低放電電壓控制在 21~22V。并且在蓄電池組的輸出端引出兩線亦與逆變器相接，作為風(fēng)能不足時負載的供電電路，其通斷狀態(tài)用動開觸點 I2 控制。( a ) ( b )圖 1443 單相橋式逆變電路原理 逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的逆向過程，是通過功率半導(dǎo)體開關(guān)器件的開通和關(guān)斷作用來實現(xiàn)的。當(dāng)以頻率 Fs 交替切換開關(guān)管 TT4 和 TT3 時，則在電阻 R 上獲得如圖 1443（b）所示湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計XVII的交變電壓波形，其周期 Ts=1/fs，這樣，就將滯留電壓 Ud 編程了交流電壓 Uo。 IGBT 的驅(qū)動電路驅(qū)動電路是主電路與控制電路之間的接口，是該逆變裝置的重要環(huán)節(jié)，對整個裝置的性能有很大影響。對 IGBT 驅(qū)動電路的基本要求如下： （1） 提供適當(dāng)?shù)恼蚝头聪蜉敵鲭妷?使 IGBT 可靠的開通和關(guān)斷。 （5） 具有靈敏的過流保護能力。但是柵極電阻 RG 不能太大也不能太小,如果 RG 增大,則開通關(guān)斷時間延長,使得開通能耗增加；相反,如果 RG 太小,則使得 di/dt 增加,容易產(chǎn)生誤導(dǎo)通。（6） 為了保證可靠的關(guān)斷與導(dǎo)通,在柵射極加穩(wěn)壓二極管。將該電氣設(shè)計接入風(fēng)機組和逆變電路之間，即可實現(xiàn)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)戶用型 50HZ 交流電。在我撰寫論文的過程中，***老師傾注了大量的心血和汗水，無論是在論文的選題、構(gòu)思和資料的收集方面，還是在論文的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了羅老師悉心細致的教誨和無私的幫助，特別湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計XXIII是他廣博的學(xué)識、深厚的學(xué)術(shù)素養(yǎng)、嚴(yán)謹?shù)闹螌W(xué)精神和一絲不茍的工作作風(fēng)使我終生受益，在此表示真誠地感謝和深深的謝意。首先，對風(fēng)力發(fā)電機的總體機械結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計，并且設(shè)計了限速控制系統(tǒng)。s overall mechanism, And has designed the regulating control system. What I design is one kind of new vertical axis small winddriven generator, by the air blower impeller, the column, the crossbeam, the gearshift mechanism, the engaging and disengaging gear and the generator is posed. This kind of generator has the volume to be small, the noise is small, the service life is long, the price low characteristic, suits in has the wind energy resources area building crown, the supply family uses electricity, For example illumination: The light bulb, conserves energy the lamp?？梢哉f，對風(fēng)力發(fā)電的研究和進行這方面的畢業(yè)設(shè)計對我們從事風(fēng)力發(fā)電事業(yè)的同學(xué)是有著十分重大的理論和現(xiàn)實意義的，也是十分有必要的。在偏遠地區(qū)，電力供應(yīng)困難。在這些地區(qū)，利用汽油／柴油發(fā)電機的供電，考慮油料的運輸成本，農(nóng)牧戶承擔(dān)的成本也要高于 6 元/KW。為了人類社會的可持續(xù)發(fā)展，當(dāng)務(wù)之急是尋找和研究利用其他可再生資源。 促進能源產(chǎn)業(yè)升級風(fēng)力發(fā)電技術(shù)屬于新興技術(shù)，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)是朝陽產(chǎn)業(yè)。冰山消融、海平面升高、大氣環(huán)流和海洋異常導(dǎo)致自然災(zāi)害的頻發(fā)、土地沙漠化，使“地球村”的效應(yīng)更加明顯，各國都認識到必須共同采取措施減緩和影響這種變化。湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計4 社會驅(qū)動力風(fēng)能份額增加時，會創(chuàng)造很多直接和間接的就業(yè)機會。綠色電力的發(fā)展就是一個典型的例予，人們自愿以高于化石電力的價格購買風(fēng)電和其他可再生能源電力。1987 年加拿大研制出單機容量為 的立軸達里厄風(fēng)力發(fā)電機組，安裝于魁北克省的凱普一柴特。世界風(fēng)電總裝機容量 1997 年底為 746 萬KW，1998 年底為 1015 萬 KW，1999 年底風(fēng)力發(fā)電機的設(shè)計及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的研究為 1393 萬 KW，2022 年達 1845 萬 KW，2022 年達 2493 萬 KW，2022 年達 3112KW，平均年增長率在 30%以上。目前風(fēng)力發(fā)發(fā)電機組的研制開發(fā)重點分兩方面，一是 1KW 以下獨力運行的小型風(fēng)力發(fā)電機組，二是 100KW 以上并網(wǎng)運行的大型風(fēng)力發(fā)電機組。特別近年來，中國的風(fēng)力風(fēng)電場建設(shè)取得了較好的經(jīng)濟效益和巨大的發(fā)展。目前主流發(fā)電機組的功率，以上升到 600～750KW，MW級的機組也成批生產(chǎn)，24MW 級的機組已在實驗生產(chǎn)。槳葉材料由玻璃纖維增強樹脂發(fā)展為強度高、重量輕的碳纖維。例如，在美國，國家可再生能源實驗室研制開發(fā)了一種新型葉片，比早期的一些風(fēng)力機槳葉捕捉風(fēng)能的能力要大 20%。在 50m 高處捕提的風(fēng)能要比 30m 高處多20%。這是一種很有發(fā)展前途的技術(shù)。 工作風(fēng)速與輸出功率 風(fēng)力發(fā)電機的輸出效率最理想的風(fēng)力機也不可能吸收全部的風(fēng)能，而只能吸收部分風(fēng)能。實際風(fēng)力機吸收的功率與理想風(fēng)力機吸收的功率的比值叫做風(fēng)力機的效率。η 3 工作風(fēng)速與輸出功率風(fēng)力機啟動時，為了克服其內(nèi)部的摩擦阻力而需要一定的力矩。當(dāng)風(fēng)速超過某一值的時候，基于安全上的考慮(主要是塔架和槳葉強度)，風(fēng)力機應(yīng)該停止運轉(zhuǎn)，所以每一臺風(fēng)力機都規(guī)定有最高風(fēng)速V fmax，最高風(fēng)速V fmax與風(fēng)力機的設(shè)計強度有關(guān)，是設(shè)計時給定的參數(shù)。（1） 雙參數(shù)威布爾分布 風(fēng)能就是流動空氣具有的動能。不同地區(qū)，不同時期參數(shù)K、C是不同的，可根據(jù)某地連續(xù)30年的風(fēng)資料算出該地的K、C參數(shù)，威布爾分布函數(shù)曲線見圖22。雙參數(shù)威布爾分布函數(shù)曲線峰值對應(yīng)的凡就是起動風(fēng)速(圖22)。己知風(fēng)能密度p=12ρv 3，對一臺效率為?，槳葉半徑為廠的風(fēng)力機，輸出功率w(V)的威布爾分布函數(shù)為w(V)峰值對應(yīng)之風(fēng)速V P應(yīng)是額定風(fēng)速，此時風(fēng)力機提取的風(fēng)能最多。在風(fēng)力機的設(shè)計中，輸出功率出現(xiàn)30%以上的誤差，將帶來很大的經(jīng)濟損失。(2)選定適合地點 在一年中，對通過強風(fēng)場所的調(diào)查。對于風(fēng)能利用，通過對風(fēng)的觀測，可以估算出該地區(qū)可利用的風(fēng)能大小，為風(fēng)力機的設(shè)計和性能研究以及開發(fā)的經(jīng)濟性等提供條件。一種是一日24次自記10分鐘平均風(fēng)速觀測。傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機啟動風(fēng)速要求較高，發(fā)電噪音也很大，所以只能將風(fēng)力發(fā)電機放在人跡罕至的地方或風(fēng)力較大的地方。通過增速系統(tǒng)和離合湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計15器使轉(zhuǎn)矩和扭矩傳遞到風(fēng)力發(fā)電機軸上，帶動發(fā)電機軸旋。所以，如何使風(fēng)力發(fā)電和建筑進行一體化設(shè)計，降低小型風(fēng)力發(fā)電機噪音，使其安裝在建筑周圍而不影響人的生活質(zhì)量，已成為各個國家研究的焦點！我設(shè)計的是一種新型的立式垂直軸小型風(fēng)力發(fā)電機，由風(fēng)機葉輪、立柱、橫梁、變速機構(gòu)、離合裝置和發(fā)電機組成。湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計143 風(fēng)力發(fā)電機方案和結(jié)構(gòu)設(shè)計 小型垂直式風(fēng)力發(fā)電機方案設(shè)計現(xiàn)在，各個發(fā)達國家均大力發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)，雖然太陽能一直是新能源商業(yè)化的首選，因為太陽能的設(shè)置地點較靈活，不會產(chǎn)生噪音，可以和建筑進行一體化設(shè)計。因為風(fēng)速隨時間變化很大，而且變化不定，所以測量時取一定時間內(nèi)的風(fēng)速大小的平均值和最長時間的風(fēng)向。(4)為了風(fēng)力機設(shè)計強度和安全系數(shù)的氣象調(diào)查 異常的強風(fēng)出現(xiàn)的概率、風(fēng)的不定向性以及突風(fēng)程度，冰暴、鹽害等的調(diào)查。所以在風(fēng)力機設(shè)計計劃中，對風(fēng)的觀測非常受重視。橫坐標(biāo)表示風(fēng)能，單位為:m/s)A—理論風(fēng)能曲線B—扣除空氣動力損失后的風(fēng)力機吸收的功率C—計算傳動損失和機械能轉(zhuǎn)換損失后的功率曲線D—發(fā)電機實際輸出功率曲線圖2—3 功率與風(fēng)速的關(guān)系 風(fēng)能利用與氣象 風(fēng)的觀測對風(fēng)能利用的意義在前面已經(jīng)講述過，風(fēng)能與風(fēng)速的三次方成正比。使用起動力風(fēng)速大于上式計算的氣的風(fēng)力機會損失小風(fēng)速這一區(qū)段的風(fēng)能，使用起動風(fēng)速小于上式計算的咋的風(fēng)力機是否更好呢?表面看低風(fēng)速的風(fēng)能得到更多的利用，深入研究可知在之氣的較高風(fēng)速區(qū)風(fēng)能利用率下降，總體上是得不償失，故選用盡可能接近上式結(jié)果的風(fēng)力機最為理想。湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計10圖22 威布爾分布函數(shù)曲線上式滿足(24)（2）起動風(fēng)速 啟動風(fēng)速為風(fēng)力機風(fēng)輪由靜