【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(jì) XXII 廣博的學(xué)識(shí)、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(chéng)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(hù)能力。 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(duì)整個(gè)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(shí)現(xiàn)的。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。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。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(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。 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， 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(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。 圖 32發(fā)電機(jī)端電壓與發(fā)電機(jī)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(jì) VI 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(duì)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。 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(chǎng)的變化，這樣又造成發(fā)電機(jī)出口電壓的波動(dòng)。如果風(fēng)速增加一倍，風(fēng)的功率便會(huì)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(jī)的主要部件 水平軸風(fēng)力機(jī)主要由風(fēng)輪、塔架、對(duì)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。此時(shí)即可實(shí)現(xiàn)為負(fù)載供電。 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。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。我國(guó)的風(fēng)電開發(fā)起步較晚，大體分為三個(gè)階段。目前，主要風(fēng)電設(shè)備制造企業(yè)集中在歐美國(guó)家，全世湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 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。其推算的結(jié)果 2020年風(fēng)電裝機(jī) KW，風(fēng)電電量 104億 kWh， 2020年風(fēng)電裝機(jī) 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 %。而礦物質(zhì)燃料儲(chǔ)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(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)。 可以說，對(duì)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(duì)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(chǔ)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。按照風(fēng)電目前的發(fā)展趨勢(shì)，預(yù)計(jì) 2020～ 2020 年期間裝機(jī)容量增長(zhǎng)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(guó) 900多個(gè)氣象站的觀測(cè)資料進(jìn)行估計(jì)，中國(guó)陸地風(fēng)能資源總儲(chǔ)量約 億 KW，其中可開發(fā)的風(fēng)能儲(chǔ)量為 億 KW，而海上的風(fēng)能儲(chǔ)量有 KW，總計(jì)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(kuò)大，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率在向大型化方向發(fā)展。 風(fēng)力發(fā)電的運(yùn)行方式主要有兩種：一類是獨(dú)立運(yùn)行的供 電系統(tǒng)，即在電網(wǎng)未通達(dá)的地區(qū)，用小型發(fā)電機(jī)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(jì) 作為常規(guī)電網(wǎng)的電源，與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)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(dòng)葉片繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)。本論文只介紹小型風(fēng)力機(jī)的對(duì)風(fēng)裝置，如圖 2— 4所示，利用尾舵控制對(duì)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(lì)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(lì)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(lì)磁電流。電壓繼電器工作時(shí)發(fā)電機(jī)端電壓與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系如圖 3— 2所示。而且用該交流發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電時(shí)，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速必須達(dá)到在該轉(zhuǎn)速下的電壓時(shí)才能對(duì)蓄電池組充電。此時(shí)，電源電壓全部加在負(fù)載電阻 RL上，得到一個(gè)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(gè)方向，是一個(gè)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(dú)立運(yùn)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(qiáng)或用電負(fù)荷減小時(shí)，可以將來自風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能中的一部分儲(chǔ)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(fù)荷增大時(shí)，儲(chǔ)存在蓄電池中的電能向負(fù)荷供電，以彌補(bǔ)風(fēng)力發(fā)電的不足，達(dá)到維持向負(fù)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(huì)降低，當(dāng)蓄電池的容量敬愛那個(gè)地道其額定值的 80%以下時(shí)，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(jì) 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(chǎng)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(hào)電路與柵極驅(qū)動(dòng)電路絕緣。 （ 5） 1 15 接驅(qū)動(dòng)信號(hào) ,一般 14腳接脈沖形成部分的地 ,15 腳接輸入信號(hào)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(jì) XX 參考文獻(xiàn) [1] 吳治堅(jiān) .新能源和可再生能源的利用 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020：256289. [2] 王浩民 .中國(guó)風(fēng)電技術(shù)發(fā)展研究報(bào)告 [M].北京 :水里水電出版社，2020:2451. 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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(jì)驅(qū)動(dòng)力 經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化 能源供應(yīng)的經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化提供了重視開發(fā)利用的基本原理。目前石油儲(chǔ)量約 1300億噸，年消耗量約 35 億噸，計(jì)今后 25 年中平均年消耗量將達(dá) 50億噸，即使加上新發(fā)現(xiàn)的油田，專家估計(jì)總儲(chǔ)量也不會(huì)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(dòng)力 除了人們?cè)缦日J(rèn)識(shí)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(rèn)識(shí)到二氧化碳等溫室氣體的 大量排放對(duì)全球氣候變暖給人類社會(huì)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(shí)單機(jī)容量在 1MW 以上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(jì) 5 風(fēng)電場(chǎng)中成功運(yùn)行。 1986 年在新疆達(dá)坂城 安裝了 1臺(tái) 100KW 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組， 1989 年又安裝了 13 臺(tái) 150KW 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，同年在內(nèi)蒙古朱日和也安裝 5臺(tái)美國(guó) 100KW 機(jī)組，開始了中國(guó)風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行的試驗(yàn)和示范。目前最長(zhǎng)的葉片以做到 50m。地處平坦地帶的風(fēng)力機(jī)。橫截面積為 s(m2)的氣流的動(dòng)能為 E= 式中 ρ—— 空氣密度，㎏ /m3 Vf —— 風(fēng)速， m/s 如果風(fēng)力機(jī)實(shí)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(qiáng) 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(duì)速度 阻力式風(fēng)力機(jī)的最大效率 建立簡(jiǎn)單的理想模型，一個(gè)平板在風(fēng)的氣動(dòng)壓力作用下沿著風(fēng)速方向運(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)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(jì) 8 圖 21 平板模型 F=QS=(VfV)2 所以 P=(VfV)2V (22) 對(duì)給定的上游風(fēng)速玲，可以寫出以平板的運(yùn)動(dòng)速度 V為函數(shù)的功率變化關(guān)系式，對(duì) V進(jìn)行微分得 dp／ dv=CP(VfV)(VfV／ 3) 令 dp／ dv=0， 可以得到兩個(gè)解： 1） V1=Vf沒有物理意義 2） V2=Vf／ 3對(duì)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(jī)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(dòng)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(jī)，使風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)最佳，確定起動(dòng)風(fēng)速和額定風(fēng)速是關(guān)