【正文】 增長率為 20%，以后到 2022 年期間為 15%，2022～2020 年期間為 10%?？梢哉f，對風(fēng)力發(fā)電的研究和進(jìn)行這方面的畢業(yè)設(shè)計(jì)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(shí)意義的，也是十分有必要的湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第一章 緒論風(fēng)能是一種清潔的、儲量極為豐富的可再生能源，它和存在于自然界的礦物質(zhì)燃料能源，如煤、石油、天然氣等不同，它不會(huì)隨著其本身的轉(zhuǎn)化和利用而減少，因此可以說是一種取之不盡、用之不竭的能源。湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)摘要風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源越來越受到人們的重視，風(fēng)力發(fā)電也逐漸成為了時(shí)下的朝陽產(chǎn)業(yè)。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。其推算的結(jié)果2022 年風(fēng)電裝機(jī) 億 KW，風(fēng)電電量 104 億 kWh，2020 年風(fēng)電裝機(jī) 億 KW，風(fēng)電電量 104 億 kWh，占當(dāng)時(shí)世界總電消費(fèi)量 104 億 kWh 的 %。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(jī)組供應(yīng)商的前 10 位供應(yīng)了世界新增裝機(jī)容量的 90% 以上的份額，集中度比較高。我國的風(fēng)電開發(fā)起步較晚，大體分為三個(gè)階段。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(diǎn)風(fēng)力發(fā)電是利用風(fēng)能來發(fā)電，而風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的機(jī)械。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。此時(shí)即可實(shí)現(xiàn)為負(fù)載供電。 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。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。如果風(fēng)速增加一倍，風(fēng)的功率便會(huì)增加 8 倍。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)磁磁場的變化，這樣又造成發(fā)電機(jī)出口電壓的波動(dòng)。湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)VI圖 32 發(fā)電機(jī)端電壓與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)，當(dāng)用戶投入的負(fù)載過多時(shí)，可能出現(xiàn)負(fù)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(jī)過負(fù)荷運(yùn)行，會(huì)對發(fā)電機(jī)的使用壽命有較大的影響，甚至損壞發(fā)電機(jī)的定子繞組。 整流部分 由于自然界風(fēng)力的不穩(wěn)定性，交流發(fā)電機(jī)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(jìn)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。 在 u2 的負(fù)半周，其極性與上述相反，即 b 點(diǎn)的電壓高于 a 點(diǎn)時(shí)，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。 參數(shù)選擇由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出電壓與輸出電流是會(huì)隨著風(fēng)速的波動(dòng)而發(fā)生很大變化的。本系統(tǒng)采用的是鉛蓄電池。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(huì)是蓄電池的性能變壞，降低蓄電池的使用壽命。下面以本論文 24V 額定電壓為例，負(fù)荷最高充電電壓限制在 28~29V,最低放電電壓控制在 21~22V。( 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(shí)現(xiàn)的。 IGBT 的驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)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(gè)裝置的性能有很大影響。 （5） 具有靈敏的過流保護(hù)能力。（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。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(xì)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(jì)XXIII是他廣博的學(xué)識、深厚的學(xué)術(shù)素養(yǎng)、嚴(yán)謹(jǐn)?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。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。在偏遠(yuǎn)地區(qū)，電力供應(yīng)困難。為了人類社會(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。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(rèn)識到必須共同采取措施減緩和影響這種變化。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)格購買風(fēng)電和其他可再生能源電力。世界風(fēng)電總裝機(jī)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(jī)的設(shè)計(jì)及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的研究為 1393 萬 KW，2022 年達(dá) 1845 萬 KW，2022 年達(dá) 2493 萬 KW，2022 年達(dá) 3112KW，平均年增長率在 30%以上。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(jì)效益和巨大的發(fā)展。槳葉材料由玻璃纖維增強(qiáng)樹脂發(fā)展為強(qiáng)度高、重量輕的碳纖維。在 50m 高處捕提的風(fēng)能要比 30m 高處多20%。 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。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。（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。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(dòng)風(fēng)速(圖22)。在風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)中，輸出功率出現(xiàn)30%以上的誤差，將帶來很大的經(jīng)濟(jì)損失。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(jī)的設(shè)計(jì)和性能研究以及開發(fā)的經(jīng)濟(jì)性等提供條件。傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)啟動(dòng)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(jī)放在人跡罕至的地方或風(fēng)力較大的地方。所以，如何使風(fēng)力發(fā)電和建筑進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，降低小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(gè)國家研究的焦點(diǎn)！我設(shè)計(jì)的是一種新型的立式垂直軸小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，由風(fēng)機(jī)葉輪、立柱、橫梁、變速機(jī)構(gòu)、離合裝置和發(fā)電機(jī)組成。因?yàn)轱L(fēng)速隨時(shí)間變化很大，而且變化不定，所以測量時(shí)取一定時(shí)間內(nèi)的風(fēng)速大小的平均值和最長時(shí)間的風(fēng)向。所以在風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)劃中，對風(fēng)的觀測非常受重視。使用起動(dòng)力風(fēng)速大于上式計(jì)算的氣的風(fēng)力機(jī)會(huì)損失小風(fēng)速這一區(qū)段的風(fēng)能，使用起動(dòng)風(fēng)速小于上式計(jì)算的咋的風(fēng)力機(jī)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(jī)最為理想。風(fēng)速V是隨機(jī)變量，經(jīng)研究專家們多認(rèn)為用雙參數(shù)威布爾概率密度函數(shù)擬合風(fēng)速頻率分布最好腳。啟動(dòng)力矩主要與風(fēng)力機(jī)本身的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)摩擦阻力有關(guān)但是，風(fēng)力機(jī)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。由于他被設(shè)計(jì)成在幾乎所有的風(fēng)況下都能獲得較大的空氣動(dòng)力效率，因而提高了捕捉風(fēng)能的效率，試驗(yàn)表明，在平均風(fēng)速 ，變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組要比恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組多捕獲 15%的風(fēng)能，同時(shí)每由于機(jī)艙重量減輕和改善了傳動(dòng)系統(tǒng)各部件的受力狀況，可使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的支撐結(jié)構(gòu)減輕，塔架等基礎(chǔ)費(fèi)用也可降低。早期的一些風(fēng)力機(jī)槳葉是根據(jù)直升飛機(jī)的機(jī)翼設(shè)計(jì)的，而風(fēng)力機(jī)的槳葉運(yùn)行在與直升飛機(jī)很不同的空氣動(dòng)力環(huán)境中。目前正處于前期工作階段和正在建設(shè)的風(fēng)電場以遍及 10 多個(gè)省、市和自治區(qū)。世界能源委員會(huì)預(yù)計(jì)，全世界到 2020 年風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量可達(dá) 億～ 億 KW。 風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀 世界風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀20 世紀(jì) 80 年代以來，工業(yè)發(fā)達(dá)國家對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的研制取得了巨大進(jìn)展。這也迫使人們重視尋找其他可再生的替代能源。一些國家要靠進(jìn)口化石能源來滿足本國內(nèi)能源的消費(fèi)。例如在內(nèi)蒙古農(nóng)牧區(qū)，利用小型離網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)供電，農(nóng)牧戶承擔(dān)的成本約2 元/KW 左右。因此，能源和環(huán)境問題成為當(dāng)今世界所面臨的兩大重要課題。最后，向在百忙中抽出時(shí)間對本文進(jìn)行評審并提出寶貴意見的各位老師表示衷心地，真誠的感謝！湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)XXIV小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì)摘要基于開發(fā)風(fēng)能資源在改善能源結(jié)構(gòu)中的重要意義，本論文對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的特性作了簡要的介紹，且對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的各種參數(shù)和風(fēng)力機(jī)類型作了必要的說明。論文的重點(diǎn)在于電氣設(shè)計(jì)部分，因此作者對電氣設(shè)計(jì)各部分進(jìn)行了具體的論證分析，用 OMRON 編程軟件對系統(tǒng)進(jìn)行了邏輯電路的設(shè)計(jì)及仿真，證明電路的邏輯性正確無誤，做到了按照作者的設(shè)計(jì)要求切換電路。其典型接線方法如圖 3—13：圖 312 EX840/EX841 集成電路接線方法使用時(shí)注意如下幾點(diǎn)：（1） IGBT 柵射極驅(qū)動(dòng)回路往返接線不能太長(一般應(yīng)該小于1m),并且應(yīng)該采用雙絞線接法,防止干擾。可靠性和安全性都有重要的意義。 圖中 Ud 為輸入直流電壓，Uo 為輸出交流電壓，R 為逆變器的輸出負(fù)載。放電時(shí)，當(dāng)蓄電池電壓高于 21V 時(shí)，繼電器 V3 工作，其控制的動(dòng)合觸點(diǎn) V3 閉合，保持放電狀態(tài)；當(dāng)該電壓低于 21V 時(shí)，繼電器 V3 停止工作，其控制的動(dòng)合觸點(diǎn) V3 斷開，從而斷開了放電電路。圖 3—3—7 分別是蓄電池典型的充放電曲線。本論文采用 12 節(jié)鉛蓄電池串聯(lián)，組成 24V 的蓄電池組。整流管的參數(shù)應(yīng)根據(jù)其在電路中可能承受的最大正、反向峰值電壓和流過的最大工作電流來選擇。 有上述可見，盡管 u2 的方向是交變的，通過負(fù)載 RL 的電流 io 及其兩端電壓 uo 的方向都不變，因此在負(fù)載上得到大小變化而方向不變的脈湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)IX動(dòng)直流電流和電壓，uo、io 及二極管承受的電壓 uD 的波形如圖 512（b） 、 （d）所示。 電路圖和工作原理 目前在所有的整流電路中采用最廣泛的是單相橋式全波整流電路，本系統(tǒng)亦采用了該整流電路。電流繼電器 I1 的動(dòng)斷觸點(diǎn) I1 串接在發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁回路中，發(fā)電機(jī)輸出的負(fù)荷電流則通過電流繼電器的繞組；當(dāng)發(fā)電機(jī)的輸出電流低于額定值時(shí)，繼電器不工作，動(dòng)斷觸點(diǎn) I1 閉合，發(fā)電機(jī)屬于正常勵(lì)磁狀態(tài)；當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出電流高于額定值時(shí)，動(dòng)斷觸點(diǎn) I1 斷開，電阻 R2 被串入勵(lì)磁回路，勵(lì)磁電流減小，從而降低了發(fā)電機(jī)輸出端的電壓，并減小了負(fù)載電流。顯而易見，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)影湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)V響供電質(zhì)量，甚至損壞用電設(shè)備。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。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。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。本系統(tǒng)中采用的是水平軸風(fēng)力機(jī)。（2）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通過連接的齒輪變速箱來提高輸出端轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速，該軸與發(fā)電機(jī)相連。槳葉具有良好的動(dòng)力外形，在氣流的作用下能產(chǎn)生空氣動(dòng)力是風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)，將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再通過齒輪箱增速驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化電能。其特點(diǎn)是項(xiàng)目規(guī)模小，單機(jī)容量小，最大單機(jī) 200KW，總裝機(jī)容量 千 KW。 （3）風(fēng)電電價(jià)快速下降。風(fēng)電機(jī)組的技術(shù)沿著增大單機(jī)容量、提高轉(zhuǎn)換效率的方向發(fā)展。 風(fēng)力發(fā)電概述 風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀與展望全球風(fēng)能資源極為豐富，技術(shù)上可以利用的資源總量估計(jì)約 53106 億 kWh /年。本文提出的解決方案為，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組帶動(dòng)單相交流發(fā)電機(jī)，然后通過 AC—DC—AC 變換為用戶需要的標(biāo)準(zhǔn)交流電，并且考慮到風(fēng)力的不穩(wěn)定性，在系統(tǒng)中并入蓄電池組，通過控制電路的監(jiān)控實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制，保證系統(tǒng)在風(fēng)能充足時(shí)可蓄能，在風(fēng)能不充足時(shí)亦可為負(fù)載供電。關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組；整流——逆變；繼電控制湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)目 錄摘要 ...............................