【正文】 架以捕捉更多的風能。由于他被設(shè)計 成在幾乎所有的風況下都能獲得較大的空氣動力效率，因而提高了捕捉風能的效率，試驗表明，在平均風速 ，變速風力發(fā)電機組要比恒速風力發(fā)電機組多捕獲 15%的風能，同時每由于機艙重量減輕和改善了傳動系統(tǒng)各部件的受力狀況，可使風力發(fā)電機組的支撐結(jié)構(gòu)減輕，塔架等基礎(chǔ)費用也可降低。 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計 7 2 風力機理論 基本公式 風能利用系數(shù) 風力機從自然風能中吸收的能量大小程度用風能利用系數(shù) Cp表示。但是，風力機在制做過程中，由于受到各種條件的限制，做不到完全理想的形狀。另外還有傳動機構(gòu)的效率甲 η 2和發(fā)電機的效率 η 3 等 ，所以實際風力發(fā)電機輸出的效率，可以表示為 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計 9 η = η 1啟動力矩主要與風力機本身的傳動機構(gòu)摩擦阻力有關(guān) 當風力機的輸出功率達到標稱功率時的工作風速叫做該風力機的額定風速。 風速 V是隨機變量，經(jīng)研究專家們多認為用雙參數(shù)威布爾概率密度函數(shù)擬合風速頻率分布最好腳。湖南電氣職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計 10 圖 22 威布爾分布函數(shù)曲線 上式滿足 (24) （ 2）起動風速。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。 （ 1） 雙參數(shù)威布爾分布 風能就是流動空氣具有的動能。 當風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 )，風力機應(yīng)該停止運轉(zhuǎn)，所以每一臺風力機都規(guī)定有最高風速 Vfmax，最高風速 Vfmax與風力機的設(shè)計強度有關(guān)，是設(shè)計時給定的參數(shù) 。 η 3 工作風速與輸出功率 風力機啟動時，為了克服其內(nèi)部的摩擦阻力而需要一定的力矩。實際風力機吸收的功率與理想風力機吸收的功率的比值叫做風力機的效率。 工作風速與輸出功率 風力發(fā)電機的輸出效率 最理想的風力機也不可能吸收全部的風能，而只能吸收部分風能。這是一種很有發(fā)展前途的技術(shù)。在 50m 高處捕提的風能要比 30m 高處多 20%。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，比早期的一些風力機槳葉捕捉風能的能力要大 20%。槳葉材料由玻璃纖維增強樹脂湖南電氣職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計 6 發(fā)展為強度高、重量輕的碳纖維。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)。特別近年來，中國的風力風電場建設(shè)取得了較好的經(jīng)濟效益和巨大的發(fā)展。目前風力發(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力發(fā)電機組，二是 100KW 以上并網(wǎng)運行的大型風力發(fā)電機組。世界風電總裝機容量 1997 年底為 746 萬 KW，1998 年底為 1015 萬 KW， 1999 年底風力發(fā)電機的設(shè)計及風力發(fā)電系統(tǒng)的研究為 1393 萬 KW， 2020 年達 1845 萬 KW， 2020 年達 2493萬 KW， 2020 年達 3112KW，平均年增長率在 30%以上。 1987 年加拿大研制出單機容量為 的立軸達里厄風力發(fā)電機組，安裝于魁北 克省的凱普一柴特。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電和其他可再生能源電力。 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計 4 社會驅(qū)動力 風能份額增加時，會創(chuàng)造很多直接和間接的就業(yè)機會。冰山消融、海平面升高、大氣環(huán)流和海洋異常導致自然災害的頻發(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。 促進能源產(chǎn)業(yè)升級 風力發(fā)電技術(shù)屬于新興技術(shù)，風電產(chǎn)業(yè)是朝陽產(chǎn)業(yè)。為了人類社會的可持續(xù)發(fā)展，當務(wù)之急是尋找和研究利用其他可再生資源。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)牧戶承擔的成本也要高于 6元 /KW。在偏遠地區(qū)，電力供應(yīng)困難。 可以說，對風力發(fā)電的研究和進行這方面的畢業(yè)設(shè)計對我們從事風力發(fā)電事業(yè)的同學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。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。首先，對風力發(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)。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，特別是他湖南電氣職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計 XXII 廣博的學識、深厚的學術(shù)素養(yǎng)、嚴謹?shù)闹螌W精神和一絲不茍的工作作風使我終生受益，在此表示 真誠地感謝和深深的謝意。將該電氣設(shè)計接入風機組和逆變電路之間，即可實現(xiàn)將風能轉(zhuǎn)化為標準戶用型 50HZ交流電。 （ 6） 為了保證可靠的關(guān)斷與導通 ,在柵射極加穩(wěn)壓二極管。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)生誤導通。 （ 5） 具有靈敏的過流保護能力。 對 IGBT 驅(qū)動電路的基本要求如下： （ 1） 提供適當?shù)恼蚝头聪蜉敵鲭妷?,使 IGBT可靠的開通和關(guān)斷。 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。當以頻率 Fs交替切換開關(guān)管 T T4 和 T T3 時，則在電阻 R 上獲得如圖 1443（ b）所示的交變電壓波形，其周期 Ts=1/fs，這樣，就將滯留電壓 Ud編程了交流電壓 Uo。 ( 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，是通過功率半導體開關(guān)器件的開通和關(guān)斷作用來實現(xiàn)的。并且在蓄電池組的輸出端引湖南電氣職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計 XV 出兩線亦與逆變器相接，作為風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。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。 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），不僅影響到用湖南電氣職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計 XIV 戶電器的 正常使用，而且會縮短蓄電池的使用壽命。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。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。本系統(tǒng)采用的是鉛蓄電池。 在整流回路中，經(jīng)常會出 現(xiàn)操作過電壓獲換向過電壓。 參數(shù)選擇 由于風力發(fā)電機組的輸出電壓與輸出電流是會隨著風速的波動而發(fā)生很大變化的。 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。 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 導通， D D3截止，電流由 b 經(jīng) D2→ RL→ D4→形成通路，如圖中虛線箭頭所示。圖511所示為單相橋式整流電路的 畫法。 整流部分 由于自然界風力的不穩(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準的交流電。 圖 33發(fā)電機負載電流與發(fā)電機轉(zhuǎn)速的關(guān)系 為了防止無風或風速太低時，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。 圖 32發(fā)電機端電壓與發(fā)電機轉(zhuǎn)速的關(guān) 系 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計 VI 風力發(fā)電機組運行時，當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。 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 V I1和動合觸電 I2 以及電阻 R2等組成。 圖 31 串聯(lián)勵磁調(diào)節(jié)器 獨立運行的小型風電機組的風力機葉片多數(shù)是固定槳距的，當風力變化時風力機轉(zhuǎn)速隨之變化，與風力機 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。 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學院畢業(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。如果風速增加一倍，風的功率便會增加 8倍。在裝機是 應(yīng)使其與輪轂相連。由尾翼帶東水平軸旋轉(zhuǎn)，是風輪總朝向風吹來的方向。這時塔架需要承受兩個主要的載荷：一個是風力機的重力，向下壓在塔架上；另一個是阻力，使 圖 22 風力主要部結(jié)構(gòu)圖 塔架向風的下游方向彎曲。 風力機的主要部件 水平軸風力機主要由風輪、塔架、對風裝置、齒輪箱組成，整體結(jié)構(gòu)如圖 2— 2所示： （ 1） 風輪：由 1~3個葉片組成，這是吸收風能的主要部件。氣動升力是由飛行器的機翼產(chǎn)生的一種力，如圖 21。此時即可實現(xiàn)為負載供電。（此時發(fā)出的是 頻 率和幅值都不穩(wěn) 定的交流電） 。 本論文討論的是前者，即獨立運行風電系統(tǒng)的解決方案。 [3] 風力發(fā)電 有如下 特點 （ 1） 可再生，且清潔無污染。風力發(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)！ 風力發(fā)電的原理和特點 風力發(fā)電是利用風能來發(fā)電，而風 力發(fā)電機組是將風能轉(zhuǎn)化為電能的機械。共建 5 個風電場，安裝風機 131臺，裝機容量 KW，最大單機 500KW。我國的風電開發(fā)起步較晚，大體分為三個階段。以美國為例，風電機 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。目前，主要風電設(shè)備制造企業(yè)集中在歐美國家，全世湖南電氣職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計 界風電機組供應(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。新的風電機組葉片設(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力發(fā)電總體設(shè)計能力和水平。其推算的結(jié)果 2020年風電裝機 KW，風電電量 104億 kWh， 2020年風電裝機 KW，風電電量 104億 kWh，占當時世界總電消費量 104億 kWh的 %。近 20年來風電技術(shù)有了巨大的進步，發(fā)展速度驚人。而礦物質(zhì)燃料儲量有限，正在日趨減少，況且其帶來的嚴重的污染問題和溫室效應(yīng)正越來越困擾著人們。 本論文的重點在于繼 點控制電路的設(shè)計，并對各種不同風力情況下系統(tǒng)的運行狀況進行了全面而嚴謹?shù)姆治觯詈箅姎饪刂撇糠诌M行了系統(tǒng)仿真。湖南電氣職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計 摘要 風能作為一種清潔的可再生能源越來越受到人們的重視，風力發(fā)電也逐漸成為了時下的朝陽產(chǎn)業(yè)。 系統(tǒng)的運行狀況采用繼電控制電路監(jiān)控和切換。 可以說，對風力發(fā)電的研究和進行這方面的畢業(yè)設(shè)計對我們從事風力發(fā)電事業(yè)的同學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 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計 第一章 緒論 風能是一種清