【正文】 幫助，特別是他湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 XXII 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。 （ 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。 （ 5） 具有靈敏的過流保護能力。 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。 ( 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。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。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。本系統(tǒng)采用的是鉛蓄電池。 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 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， 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。 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 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(xué)院畢業(yè)設(shè)計 VI 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 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。如果風(fēng)速增加一倍，風(fēng)的功率便會增加 8倍。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。 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。此時即可實現(xiàn)為負載供電。 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。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。我國的風(fēng)電開發(fā)起步較晚，大體分為三個階段。目前，主要風(fēng)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(xué)院畢業(yè)設(shè)計 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。其推算的結(jié)果 2020年風(fēng)電裝機 KW，風(fēng)電電量 104億 kWh， 2020年風(fēng)電裝機 KW，風(fēng)電電量 104億 kWh，占當(dāng)時世界總電消費量 104億 kWh的 %。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。湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 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)電也逐漸成為了時下的朝陽產(chǎn)業(yè)。 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 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 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。按照風(fēng)電目前的發(fā)展趨勢，預(yù)計 2020～ 2020 年期間裝機容量增長率為 20%，以后到 2020年期間為 15%， 2017～ 2020年期間為 10%。 （ 2）風(fēng)電制造企業(yè)集中度較高。根據(jù)全國 900多個氣象站的觀測資料進行估計，中國陸地風(fēng)能資源總儲量約 億 KW，其中可開發(fā)的風(fēng)能儲量為 億 KW，而海上的風(fēng)能儲量有 KW，總計為 10億 KW。 隨著風(fēng)電技術(shù)的日趨成熟和電力規(guī)模的擴大，風(fēng)力發(fā)電機的功率在向大型化方向發(fā)展。 風(fēng)力發(fā)電的運行方式主要有兩種：一類是獨立運行的供 電系統(tǒng)，即在電網(wǎng)未通達的地區(qū)，用小型發(fā)電機組為蓄電池充電，再通過逆變器轉(zhuǎn)換為交流電向終端電器供電；另一類是湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 作為常規(guī)電網(wǎng)的電源，與電網(wǎng)并聯(lián)運行。 （ 6） 直流電經(jīng)逆變器變換為恒頻穩(wěn)定交流電。升力總是推動葉片繞中心軸轉(zhuǎn)動。本論文只介紹小型風(fēng)力機的對風(fēng)裝置，如圖 2— 4所示，利用尾舵控制對風(fēng)。風(fēng)力與速度平方成正比，所以風(fēng)的功率與風(fēng)度的三次方成正比。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組（即勵磁繞組）和轉(zhuǎn)子軸組成，轉(zhuǎn)子鐵芯可做成凸極式或形，一般都用爪形磁極，轉(zhuǎn)子勵磁繞組的兩端接到滑環(huán)上，通過與滑環(huán)接觸的電刷與硅整流器的直流輸出端相連，從而獲得直流勵磁電流。電壓繼電器工作時發(fā)電機端電壓與發(fā)電機轉(zhuǎn)速的關(guān)系如圖 3— 2所示。而且用該交流發(fā)電機進行發(fā)電時，發(fā)電機的轉(zhuǎn)速必須達到在該轉(zhuǎn)速下的電壓時才能對蓄電池組充電。此時，電源電壓全部加在負載電阻 RL上，得到一個半波電壓； D2和 D4則承受反向電壓。 通過變壓器二次繞組的電流具有正、反兩個方向，是一個正弦波形，因此二次繞組的電流有效值為 OL IRUI ?? 目前已有各種規(guī)格的橋式整流電路成品，如 1CQ1A? H至 1CQ7A? H系列，輸出的平均電壓 25~600V，整流電流 50mA~5A，使用十分方便。 蓄電池 在獨立運行的小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，廣泛使用蓄電池組作為蓄能裝置，蓄電池組的作用是當(dāng)風(fēng)力較強或用電負荷減小時，可以將來自風(fēng)力發(fā)電機發(fā)出的電能中的一部分儲存在蓄電池中，也就是向蓄電池充電；當(dāng)風(fēng)力較弱、無風(fēng)或者用電負荷增大時，儲存在蓄電池中的電能向負荷供電，以彌補風(fēng)力發(fā)電的不足，達到維持向負荷持續(xù)穩(wěn)定供電的目的。 蓄電池經(jīng)過多次充放電后，其容量會降低，當(dāng)蓄電池的容量敬愛那個地道其額定值的 80%以下時，就再不能使用了，也就是說蓄電池有一定的使用壽命。其電路如圖 3— 8所示。 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 XVI 逆變電路及其工作原理 其電路原理圖如下所示。逆變電路中常用開關(guān)器件 有 快 速晶閘管、可關(guān)斷晶閘管（ GTO）、功率晶體管（ GTR）功率場效應(yīng)晶體管（ MOSFET）、絕緣柵晶體管（ IGBT）。 （ 4） 足夠高的輸入輸出電氣隔離性能 ,使信號電路與柵極驅(qū)動電路絕緣。 （ 5） 1 15 接驅(qū)動信號 ,一般 14腳接脈沖形成部分的地 ,15 腳接輸入信號的正端 ,15端的輸入電流一般應(yīng)該小于 20mA,故在 15腳前加限流電阻。 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 XX 參考文獻 [1] 吳治堅 .新能源和可再生能源的利用 [M].北京：機械工業(yè)出版社， 2020：256289. [2] 王浩民 .中國風(fēng)電技術(shù)發(fā)展研究報告 [M].北京 :水里水電出版社，2020:2451. [3] (法）勒古里雷斯著，施鵬飛譯 .風(fēng)力機的理論與設(shè)計 [M].北京：機械工業(yè)出版社， 1987： 356384. [4] 姚興佳，宋俊 .風(fēng)力發(fā)電機組原理與應(yīng)用 [M].北京：機械工業(yè)出版社，2020:5667. [5] 秦建國，劉偉 .小型風(fēng)力發(fā)電 機轉(zhuǎn)速控制研究 [J].內(nèi)蒙古 :內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)信息工程學(xué)院， [6] 王承煦，張源 .中國電力百科全書 [M]. 北京 :中國電力出版社 .2020:221235. [7] 彭鴻才 .電機原理及拖動 [M].北京 :機械工業(yè)出版社， 1996:6185. [8] 王兆安，黃俊 .電力電子技術(shù) [M]. 北京 :機械工業(yè)出版社 .2020:75116. [9] 魏偉 .電氣技術(shù) [J].華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院 .. 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 XXI [10] 王大鵬，吳璟嵐 .電力系統(tǒng)繼電保護測試技術(shù) [M].北京：中國電力出版社， 2020： 1551. [11] 曲學(xué)基 ,曲敬凱 ,于明揚 .逆變技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用 [M].北京 :電子工業(yè)出版社， 2020:195221. 致 謝 在論文完成之際，我要特別感謝我的指導(dǎo)老師 ***老師的熱情關(guān)懷和悉心指導(dǎo)。 關(guān)鍵詞： 風(fēng)力發(fā)電 限速控制系統(tǒng) 小型風(fēng)力發(fā)電機 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 XXIV Abstract Exploiting wind energy resources is of great significance in improving energy structure. In the discourse， the characters of wind generator are introduced briefly， while parameters and types of wind generators are also narrated. Base on these， the theory and constitution of the wind generator are meticulously analyzed. Firstly， Has carried on the design to winddriven generator39。 經(jīng)濟驅(qū)動力 經(jīng)濟最優(yōu)化 能源供應(yīng)的經(jīng)濟最優(yōu)化提供了重視開發(fā)利用的基本原理。目前石油儲量約 1300億噸，年消耗量約 35 億噸，計今后 25 年中平均年消耗量將達 50億噸，即使加上新發(fā)現(xiàn)的油田，專家估計總儲量也不會超過 2020億噸，有油資源在四五十年后也將枯竭。 環(huán)境驅(qū)動力 除了人們早先認識到的煙塵、二氧化硫等區(qū)域性的污染外，世界上越來越多的人開始認識到二氧化碳等溫室氣體的 大量排放對全球氣候變暖給人類社會帶來的有害影響。許多民眾十分關(guān)注風(fēng)能的發(fā)展，并將利用風(fēng)能和其他可再生能源當(dāng)成他們的生活方式。同時單機容量在 1MW 以上的風(fēng)力發(fā)電機組也研制開發(fā)成功，并在湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 5 風(fēng)電場中成功運行。 1986 年在新疆達坂城 安裝了 1臺 100KW 風(fēng)力發(fā)電機組， 1989 年又安裝了 13 臺 150KW 風(fēng)力發(fā)電機組，同年在內(nèi)蒙古朱日和也安裝 5臺美國 100KW 機組，開始了中國風(fēng)電場運行的試驗和示范。目前最長的葉片以做到 50m。地處平坦地帶的風(fēng)力機。橫截面積為 s(m2)的氣流的動能為 E= 式中 ρ—— 空氣密度，㎏ /m3 Vf —— 風(fēng)速， m/s 如果風(fēng)力機實際獲得的軸 功率為 P,那么風(fēng)能利用系數(shù)為 CP=P/E=P/() （ 21） 風(fēng)壓強 如圖 21a，根據(jù)伯努力方程，風(fēng)中物體受到的風(fēng)壓 Q為 Q= 式中 C—— 空氣阻力系數(shù)與物體形狀有關(guān)，平板一般取 2 Vf—— 風(fēng)與平板的相對速度 阻力式風(fēng)力機的最大效率 建立簡單的理想模型，一個平板在風(fēng)的氣動壓力作用下沿著風(fēng)速方向運動，如圖 2l（ b），并規(guī)定平板上游一定距離上的風(fēng)速為 Vf，平板的運動速度為 V，那么平板吸收的功率可以表示為 P=FV=QSV 式中 F—— 板受到風(fēng)的 壓力，牛頓 S—— 平板的面積， m2 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 8 圖 21 平板模型 F=QS=(VfV)2 所以 P=(VfV)2V (22) 對給定的上游風(fēng)速玲，可以寫出以平板的運動速度 V為函數(shù)的功率變化關(guān)系式，對 V進行微分得 dp／ dv=CP(VfV)(VfV／ 3) 令 dp／ dv=0， 可以得到兩個解： 1） V1=Vf沒有物理意義 2） V2=Vf／ 3對應(yīng)于最大值 Pmax=(4C/27) CPmax=4C/27 (23) 從上式中可以看出，阻力式風(fēng)力機的效率是比較低的，提高效率的唯一辦法是設(shè)法提高風(fēng)的阻力系數(shù) C。 η 2 啟動風(fēng)速和額定風(fēng)速的選定 如何根據(jù)風(fēng)能資源來選用風(fēng)力機，使風(fēng)力機的運行狀態(tài)最佳，確定起動風(fēng)速和額定風(fēng)速是關(guān)