【正文】 點 V2斷開，切斷充電電路。 蓄電池的充放電電壓不僅直接影響蓄電池性能，也會影響用電器的壽命與安全。 蓄電池的性能 單格鉛蓄電池的電動勢約為 2V， 將多個單格蓄電池串聯(lián)組成蓄電池 XIII 組，可獲得不同的蓄電池組電動勢。如果整流管的參數(shù)選擇不當(dāng)，將使元件遭到破壞。同樣，在負(fù)載電阻 RL上也得到一個半波電壓； D1和 D3則承受反向電壓。如果電能足夠充足的話或者空載時還可以將多余的直流電儲存在蓄電池組內(nèi)。電流繼電器的作用是為了抑制發(fā)電機過負(fù)荷運行。這種連鎖反應(yīng)是的發(fā)電機的出口電壓的波動范圍不斷增加。 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)輪機的功率系數(shù)， ρ 為空氣密度， R為風(fēng)輪半徑， v為風(fēng)速。 圖 24對風(fēng)裝置 （ 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。當(dāng)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時，葉片受到離心力和氣動力的作 用，離心 II 力對葉片是一個拉力，而氣動力使葉片彎曲。 I 第二章 風(fēng)力機原理及其結(jié)構(gòu) 風(fēng)力機經(jīng)過多年的發(fā)展和演變，已經(jīng)有很多形式，但是歸納起來，可分為兩類： ① 水平軸風(fēng)力機，風(fēng)倫的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸與風(fēng)向平行； ② 垂直軸風(fēng)力機，風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸垂直與地面或氣流方向。 論文系統(tǒng)概述 該獨立運行的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下 1— 1所示： 圖 11 獨立運行的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 其具體運行狀況為： （ 1） 風(fēng)力吹動風(fēng)輪轉(zhuǎn)動。風(fēng)輪是風(fēng)電機組最主要的部件，由槳葉和輪轂組成。 第一階段是 1986～ 1990年我國并網(wǎng)風(fēng)電項目的探索和示范階段。近來， GE風(fēng)能（ GE Wind Energy）、德國 REpower（ REpower Systems AG）和三菱重工（ MHI）的市場份額提高迅速。 世界風(fēng)電發(fā)展有如下特點： （ 1）風(fēng)電單機容量不斷擴大。因此風(fēng)力發(fā)電正越來越引起人們的關(guān)注。本論文詳細(xì)闡明了小型獨立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計方案，對風(fēng)力發(fā)電機組的結(jié)構(gòu)和電能的變換及 繼電 控制電路做了深入的研究。由能源問題引發(fā)的危機以及日益突出的環(huán)境問題，使人們認(rèn)識到開發(fā)清潔的可再生能源是保護生態(tài)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的客觀需要。 2020 年歐洲風(fēng)能協(xié)會和綠色和平組織簽署了《風(fēng)力 12—— 關(guān)于 2020 年風(fēng)電達到世界電力總量的 12%的藍圖》的報告，“風(fēng)力 12%”的藍圖展示出風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)成為解決世界能源問題的不可或缺的重要力量。最近 ,又發(fā)展了無齒風(fēng)機等 ,進一步提高了安全性和效率。 中國的風(fēng)能資源十分豐富。其特點是項目規(guī)模和裝機容量較大，發(fā)展速度較快，平均年新增裝機容量 KW，最大單機容量達到 1300KW。 （ 3） 風(fēng)電的不穩(wěn)定性會給電網(wǎng)或負(fù)載帶來一定的沖擊影響。 （ 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)。在產(chǎn)生升力的同時也產(chǎn)生阻力，風(fēng)速也會有所下降。 （ 3） 對風(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)常對準(zhǔn)風(fēng)向為此需要對風(fēng)裝置。 風(fēng)力機的功率 風(fēng)的動能和風(fēng)速的平方成正比，功率是力和速度的乘積，也可用于風(fēng)輪功率的計算。發(fā)電機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)。 當(dāng)發(fā)電機轉(zhuǎn)速較低，發(fā)電機端電壓低于額定值時，電壓繼電器 V1 不動作，其動斷觸點 V1閉合，硅整流器輸出端電壓直接施加在勵磁繞組上，發(fā)電機屬于正常勵磁狀態(tài)；當(dāng)風(fēng)速加大，發(fā)電機轉(zhuǎn)速增高，發(fā)電機端電壓高于額定電壓時，動斷觸電 V1 斷開，勵磁回路中被 串入了電阻 R2，勵磁電流及磁通隨之減小，發(fā)電機輸出端電壓隨之下降；當(dāng)發(fā)電機電壓降至額定值時，觸點 V1重新閉合，發(fā)電機恢復(fù)到正常勵磁狀態(tài)。 采用勵磁調(diào)節(jié)器的硅整流交流 發(fā)電機，與永磁發(fā)電機比較，其特點是能隨風(fēng)速變化自動調(diào)節(jié)輸出端電壓，防止產(chǎn)生對蓄電池組過充電，延長蓄電池組的使用壽命；同時還實現(xiàn)了對發(fā)電機的過負(fù)荷保護，但由于勵磁調(diào)節(jié)器的動斷、動合觸點動作頻繁，需對出頭材質(zhì)及斷弧性能做適當(dāng)?shù)奶幚怼? 在 U2的正半周，其極性為上（ +）下（ ），即 a點 的點位高于b點時， D D3導(dǎo)通， D D4截止，電流由 a經(jīng) D1→ R1→ D3→ b形成通路，如圖中實線箭頭所示。 X 圖 512 單相橋式 整流電路電壓與電流的波形 負(fù)載電流的平均值 是 LOLOo RURUI ?? 每個周期中， D D3串聯(lián)與 D D4串聯(lián)各輪流導(dǎo)電半周，所以每個 XI 二極管中流出的平均電流只有負(fù)載電流的一半，如圖 512（ c）所示，即 LOD RUII ?? 由圖 512（ d）可以看出，二極管截止時承受的最高反向電壓就是變壓器二次側(cè)交流電壓 u2的最大值 U2m，即 22 2UUU MDR M ?? ID和 UDRM是選擇整流二極管的主要依據(jù)。電阻 R和電容 C的值可參照式 4— 3所示方法估算，即 105 ( )zzR U I? ? ? 270 / ( )C U uF? 式中： 1zU 為輸出的整流電壓， V； 0zI 為輸出的整流電流， A； P為風(fēng)力發(fā)電機輸出功率， VA； 2U 為整流器入口交流 線電壓， V。 蓄電池的容量以 Ah 表示，其端電壓隨著放電而逐漸降低，且蓄電池組存在最佳充放電電流，其具體參數(shù)將在實際應(yīng)用中再做具體分析。 充放電 保護電路 該控制器由電壓繼電器 V V3 和它們所控制的動開觸點 V動合觸點 V3構(gòu)成。 逆變電路 獨立運行的異步風(fēng)力發(fā)電動機組輸出 有是不穩(wěn)定的交流電，必須用蓄電池儲能，才能 向用戶提供連續(xù)平穩(wěn)的電能，但絕大多數(shù)用電器，如日光燈、電視機、電冰箱、電風(fēng)扇和絕大多數(shù)動力機械等都是以交流電工作，因此，在獨立運行的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中通常需要將直流電再變換成交流電，這種變換過程叫逆變，具有逆變 功能的電力電子設(shè)備稱為逆變器，逆變器還具有自動穩(wěn)壓功能，可改善系統(tǒng)的供電質(zhì)量。 XVII 圖 1443（ a）中煮點錄音開關(guān) T1~T4 世紀(jì)是各種半導(dǎo)體開關(guān)器件的一種理想模型。 （ 3） 盡可能小的輸入輸出延遲時間 ,以提高工作效率。 （ 4） 6腳過電流保護取樣信號連接端 ,通過快恢復(fù)二極管接 IGBT集電極 .?？捎糜陔娋W(wǎng)未通達 的偏遠地區(qū)的戶用電力供應(yīng)。這種發(fā)電機有體積小、噪音小、使用壽命長、價格低的特點，適合在有風(fēng)能資源地區(qū)的樓房頂部，供應(yīng)家庭用電，例如照明： 燈泡 ,節(jié)能燈 ； 家用電器 :電視機、收音機、電風(fēng)扇、洗衣機、電冰箱 。下面將主要從經(jīng)濟、環(huán)境、社會和技術(shù)進步四方面來介紹風(fēng)能開發(fā)利用的動因。人們開 始認(rèn)識到，無限制地開采煤炭、石油、天然氣等化石能源，終有資源枯竭的一天。一個國家如果開發(fā)利用風(fēng)能技術(shù)早，就有可能占據(jù)風(fēng)能利用的技術(shù)和市場優(yōu)勢。另外，在一些國家（如歐盟國家）中，風(fēng)能開發(fā)利用已經(jīng)成為熱點問題，得到了公眾的支持。到 20 世紀(jì) 90 年代，單機容量為 100～ 200KW 的機組已在中型和大型風(fēng)電場中成為主導(dǎo)機型。 1983年在山東榮城引進 3臺丹麥 55KW 風(fēng)力發(fā)電機組，開始并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的試驗和示范。例如，單機容量不斷增大，槳葉的長度也在不斷增長，容量為 2MW 的風(fēng)力機葉輪掃風(fēng)直徑達72m。在中、大型風(fēng)電機組的設(shè)計中，采用了更高的塔架以捕捉更多的風(fēng)能。 7 2 風(fēng)力機理論 基本公式 風(fēng)能利用系數(shù) 風(fēng)力機從自然風(fēng)能中吸收的能量大小程度用風(fēng)能利用系數(shù) Cp表示。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(fēng)力發(fā)電機輸出的效率，可以表示為 9 η = η 1當(dāng)風(fēng)力機的輸出功率達到標(biāo)稱功率時的工作風(fēng)速叫做該風(fēng)力機的額定風(fēng)速。 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)輪由靜止開始轉(zhuǎn)動并能連續(xù)運轉(zhuǎn)的最小風(fēng)速 :風(fēng)力機分水平軸和垂直軸兩大類，每一類又有多種形式，同一 形式還有若干種規(guī)格，只有科學(xué)地選擇適合當(dāng)?shù)仫L(fēng)能資源的風(fēng)力機，才能以較少的投資獲取較多的風(fēng)能。 己知風(fēng)能密度 p=12ρv3，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 VP應(yīng)是額定風(fēng)速，此時風(fēng)力機提取的風(fēng)能最多。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。 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 Vfmax，最高風(fēng)速 Vfmax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)。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。這是一種很有發(fā)展前途的技術(shù)。例如，在美國，國家可再 6 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%。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)。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。 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。 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 。 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)。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。 可以說，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。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)。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。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。 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。當(dāng)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。并且在蓄電池組的輸出端引 XV 出兩線亦與逆變器相接，作為風(fēng)能不足時負(fù)載的供電電路，其通斷狀態(tài)用動開觸點 I2控制。 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?fù)p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 XIV 戶電器的 正常使用，而且會縮短蓄電池的使用壽命。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。 在整流回路中，經(jīng)常會出 現(xiàn)操作過電壓獲換向過電壓。 負(fù)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。圖511所示為單相橋式整流電路的 畫法。 圖 33發(fā)電機負(fù)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。 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。 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。在裝機是 應(yīng)使其與輪轂相連。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。氣動升力是由飛行器的機翼產(chǎn)生的一種力，如圖 21。（此時發(fā)出的是 頻 率和幅值都不穩(wěn) 定的交流電） 。 [3] 風(fēng)力發(fā)電 有如下 特點 （ 1） 可再生，且清潔無污染。共建 5 個風(fēng)電場，安裝風(fēng)機 131臺，裝機容量 KW，最大單機 500KW。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。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