【正文】 .............................28 致 謝 ..................................................................................................29 參考文獻(xiàn) ............................................................................................30 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 前言 隨著 世界工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，使得能源消耗逐漸增加，全球工業(yè)有害物質(zhì)的排放量與日俱增，從 而造成氣候異常、災(zāi)害增多、惡性疾病的多發(fā)。 在論文的設(shè)計(jì)過(guò)程中還得到了身邊同學(xué)們的不少幫助，在這里一并表示感謝。 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) XIX 結(jié) 論 本論文研究了小型獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成及其運(yùn)行狀況，提出了系統(tǒng)構(gòu)成的具體解決方案。 目前，在 IGBT的柵極驅(qū)動(dòng)電路中廣泛采用的是 EX840/EX841集成電路。采用性能良好的驅(qū)動(dòng)電路，可使電力電子器件工作在較理想的狀態(tài)，縮短開(kāi)關(guān)時(shí)間，減少開(kāi)關(guān)損耗，對(duì)裝置的運(yùn)行效率。 最基本的逆變電路是單相橋式逆變電路，它可以很好的說(shuō)明逆變電路的工作原理，其電路結(jié)構(gòu)如圖 1443（ a）所示。 圖 38充放電保護(hù)電路 充電時(shí)，當(dāng)蓄電池電壓低于 29V時(shí)，繼電器 V2不工作，觸點(diǎn) V2閉合，保持充電狀態(tài)；當(dāng)該電壓高于 29V時(shí)，繼電器 V2開(kāi)始工作，繼而控制動(dòng)斷觸點(diǎn) V2斷開(kāi)，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(huì)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(dòng)勢(shì)約為 2V， 將多個(gè)單格蓄電池串聯(lián)組成蓄電池湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) XIII 組，可獲得不同的蓄電池組電動(dòng)勢(shì)。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(gè)半波電壓； D1和 D3則承受反向電壓。如果電能足夠充足的話(huà)或者空載時(shí)還可以將多余的直流電儲(chǔ)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(jī)過(guò)負(fù)荷運(yùn)行。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。 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。 圖 24對(duì)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(shí)，葉片受到離心力和氣動(dòng)力的作 用，離心湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) II 力對(duì)葉片是一個(gè)拉力，而氣動(dòng)力使葉片彎曲。 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) I 第二章 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(lèi)： 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。 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： 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)。風(fēng)輪是風(fēng)電機(jī)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(guó)并網(wǎng)風(fēng)電項(xiàng)目的探索和示范階段。近來(lái)， GE風(fēng)能（ GE Wind Energy）、德國(guó) REpower（ REpower Systems AG）和三菱重工（ MHI）的市場(chǎng)份額提高迅速。 世界風(fēng)電發(fā)展有如下特點(diǎn)： （ 1）風(fēng)電單機(jī)容量不斷擴(kuò)大。因此風(fēng)力發(fā)電正越來(lái)越引起人們的關(guān)注。本論文詳細(xì)闡明了小型獨(dú)立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(wèn)題引發(fā)的危機(jī)以及日益突出的環(huán)境問(wèn)題，使人們認(rèn)識(shí)到開(kāi)發(fā)清潔的可再生能源是保護(hù)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(huì)和綠色和平組織簽署了《風(fēng)力 12—— 關(guān)于 2020 年風(fēng)電達(dá)到世界電力總量的 12%的藍(lán)圖》的報(bào)告，“風(fēng)力 12%”的藍(lán)圖展示出風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)成為解決世界能源問(wèn)題的不可或缺的重要力量。最近 ,又發(fā)展了無(wú)齒風(fēng)機(jī)等 ,進(jìn)一步提高了安全性和效率。 中國(guó)的風(fēng)能資源十分豐富。其特點(diǎn)是項(xiàng)目規(guī)模和裝機(jī)容量較大，發(fā)展速度較快，平均年新增裝機(jī)容量 KW，最大單機(jī)容量達(dá)到 1300KW。 （ 3） 風(fēng)電的不穩(wěn)定性會(huì)給電網(wǎng)或負(fù)載帶來(lái)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(shí)也產(chǎn)生阻力，風(fēng)速也會(huì)有所下降。 （ 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。 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。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)。 當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速較低，發(fā)電機(jī)端電壓低于額定值時(shí)，電壓繼電器 V1 不動(dòng)作，其動(dòng)斷觸點(diǎn) V1閉合，硅整流器輸出端電壓直接施加在勵(lì)磁繞組上，發(fā)電機(jī)屬于正常勵(lì)磁狀態(tài)；當(dāng)風(fēng)速加大，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速增高，發(fā)電機(jī)端電壓高于額定電壓時(shí)，動(dòng)斷觸電 V1 斷開(kāi)，勵(lì)磁回路中被 串入了電阻 R2，勵(lì)磁電流及磁通隨之減小，發(fā)電機(jī)輸出端電壓隨之下降；當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓降至額定值時(shí)，觸點(diǎn) V1重新閉合，發(fā)電機(jī)恢復(fù)到正常勵(lì)磁狀態(tài)。 采用勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的硅整流交流 發(fā)電機(jī)，與永磁發(fā)電機(jī)比較，其特點(diǎn)是能隨風(fēng)速變化自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出端電壓，防止產(chǎn)生對(duì)蓄電池組過(guò)充電，延長(zhǎng)蓄電池組的使用壽命；同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了對(duì)發(fā)電機(jī)的過(guò)負(fù)荷保護(hù)，但由于勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的動(dòng)斷、動(dòng)合觸點(diǎn)動(dòng)作頻繁，需對(duì)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(diǎn) 的點(diǎn)位高于b點(diǎn)時(shí)， 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(shí)線(xiàn)箭頭所示。 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(gè)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(gè)湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(shí)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 MD R 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(jī)輸出功率， VA； 2U 為整流器入口交流 線(xiàn)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(shí)際應(yīng)用中再做具體分析。 充放電 保護(hù)電路 該控制器由電壓繼電器 V V3 和它們所控制的動(dòng)開(kāi)觸點(diǎn) V動(dòng)合觸點(diǎn) V3構(gòu)成。 逆變電路 獨(dú)立運(yùn)行的異步風(fēng)力發(fā)電動(dòng)機(jī)組輸出 有是不穩(wěn)定的交流電，必須用蓄電池儲(chǔ)能，才能 向用戶(hù)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(jī)、電冰箱、電風(fēng)扇和絕大多數(shù)動(dòng)力機(jī)械等都是以交流電工作，因此，在獨(dú)立運(yùn)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(guò)程叫逆變，具有逆變 功能的電力電子設(shè)備稱(chēng)為逆變器，逆變器還具有自動(dòng)穩(wěn)壓功能，可改善系統(tǒng)的供電質(zhì)量。 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) XVII 圖 1443（ a）中煮點(diǎn)錄音開(kāi)關(guān) T1~T4 世紀(jì)是各種半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的一種理想模型。 （ 3） 盡可能小的輸入輸出延遲時(shí)間 ,以提高工作效率。 （ 4） 6腳過(guò)電流保護(hù)取樣信號(hào)連接端 ,通過(guò)快恢復(fù)二極管接 IGBT集電極 .。可用于電網(wǎng)未通達(dá) 的偏遠(yuǎn)地區(qū)的戶(hù)用電力供應(yīng)。這種發(fā)電機(jī)有體積小、噪音小、使用壽命長(zhǎng)、價(jià)格低的特點(diǎn)，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(jī)、收音機(jī)、電風(fēng)扇、洗衣機(jī)、電冰箱 。下面將主要從經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會(huì)和技術(shù)進(jìn)步四 方面來(lái)介紹風(fēng)能開(kāi)發(fā)利用的動(dòng)因。人們開(kāi)始認(rèn)識(shí)到，無(wú)限制地開(kāi)采煤炭、石油、天然氣等化石能源，終有資源枯竭的一天。一個(gè)國(guó)家如果開(kāi)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(chǎng)優(yōu)勢(shì)。另外，在一些國(guó)家（如歐盟國(guó)家）中，風(fēng)能開(kāi)發(fā)利用已經(jīng)成為熱點(diǎn)問(wèn)題，得到了公眾的支持。到 20 世紀(jì) 90 年代，單機(jī)容量為 100～ 200KW 的機(jī)組已在中型和大型風(fēng)電場(chǎng)中成為主導(dǎo)機(jī)型。 1983年在山東榮城引進(jìn) 3臺(tái)丹麥 55KW 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，開(kāi)始并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的試驗(yàn)和示范。例如，單機(jī)容量不斷增大，槳葉的長(zhǎng)度也在不斷增長(zhǎng)，容量為 2MW 的風(fēng)力機(jī)葉輪掃風(fēng)直徑達(dá)72m。在中、大型風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計(jì)中，采用了更高的塔架以捕捉更多的風(fēng)能。 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 2 風(fēng)力機(jī)理論 基本公式 風(fēng)能利用系數(shù) 風(fēng)力機(jī)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(dòng)機(jī)構(gòu)的效率甲 η 2和發(fā)電機(jī)的效率 η 3 等 ，所以實(shí)際風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的效率，可以表示為 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 η = η 1當(dāng)風(fēng)力機(jī)的輸出功率達(dá)到標(biāo)稱(chēng)功率時(shí)的工作風(fēng)速叫做該風(fēng)力機(jī)的額定風(fēng)速。湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 圖 22 威布爾分布函數(shù)曲線(xiàn) 上式滿(mǎn)足 (24) （ 2）起動(dòng)風(fēng)速。 （ 1） 雙參數(shù)威布爾分布 風(fēng)能就是流動(dòng)空氣具有的動(dòng)能。 η 3 工作風(fēng)速與輸出功率 風(fēng)力機(jī)啟動(dòng)時(shí)，為了克服其內(nèi)部的摩擦阻力而需要一定的力矩。 工作風(fēng)速與輸出功率 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出效率 最理想的風(fēng)力機(jī)也不可能吸收全部的風(fēng)能，而只能吸收部分風(fēng)能。在 50m 高處捕提的風(fēng)能要比 30m 高處多 20%。槳葉材料由玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 發(fā)展為強(qiáng)度高、重量輕的碳纖維。特別近年來(lái)，中國(guó)的風(fēng)力風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和巨大的發(fā)展。世界風(fēng)電總裝機(jī)容量 1997 年底為 746 萬(wàn) KW，1998 年底為 1015 萬(wàn) KW， 1999 年底風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的研究為 1393 萬(wàn) KW， 2020 年達(dá) 1845 萬(wàn) KW， 2020 年達(dá) 2493萬(wàn) KW， 2020 年達(dá) 3112KW，平均年增長(zhǎng)率在 30%以上。綠色電力的發(fā)展就是一個(gè)典型的例予，人們自愿以高于化石電力的價(jià)格購(gòu)買(mǎi)風(fēng)電和其他可再生能源電力。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(guó)都認(rèn)識(shí)到必須共同采取措施減緩和影響這種變化。為了人類(lèi)社會(huì)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。在偏遠(yuǎn)地區(qū)，電力供應(yīng)困難。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。在我撰寫(xiě)論文的過(guò)程中， ***老師傾注了大量的心血和汗水，無(wú)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(xì)致的教誨和無(wú)私的