【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 1VTud2d1ucbauuuacuabuacabcbcababcac uuuuuuuabuu acab abu cbu cau ba ubc uac u udutωtωtωu 2u 2Lud 負(fù)載VTVTVTVTVTVTabc123456i aTnd 2i d風(fēng)力發(fā)電電能變換 裝置的畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 位依次差 60。 ；共陰極組的脈沖依次差 120。 ，共陽(yáng)極組也依次差 120。 ；同一相的上下兩個(gè)橋臂的脈沖相差 180。 。整流輸出電壓 ud一周期脈動(dòng) 6次，每次脈動(dòng)的波形都一樣，故該電路為 6 脈波整流電路。在整流電路合閘啟動(dòng)過程中或電流續(xù)流時(shí)，同時(shí)導(dǎo)通的 2個(gè)晶閘管均有觸發(fā)脈沖，以 確保電路的正常工作。 當(dāng)電路中帶有阻感負(fù)載時(shí)，α≤ 60。 時(shí)， ud波形連續(xù)，電路的工作情況與帶電阻負(fù)載時(shí)十分相似，各晶閘管的通斷情況、輸出整流電壓 ud 波形、晶閘管承受的電壓波形等都一樣。區(qū)別在于得到的負(fù)載電流 id 波形不同，阻感負(fù)載時(shí)由于電感的作用，使得負(fù)載電流波形變得平直，近似為一條水平線。當(dāng)α 60。 時(shí)，阻感負(fù)載由于電感 L的作用，ud的波形會(huì)出現(xiàn)負(fù)的部分。若電感 L 足夠大， ud中正負(fù)面積將基本相等， ud平均值近似為零。這表明，帶阻感負(fù)載時(shí)，三相橋式全控整流電路的α角移相范圍為 90。 。當(dāng)α≤ 60。 時(shí)，整流輸出電 壓平均值為： 2 32233 6 s i n ( ) 2 . 3 4 c o sdU U td t U? ?? ? ? ? ?? ????? 當(dāng)α 60。 時(shí) ,整流電壓平均值為： 223 6 s in ( ) 2 . 3 4 [ 1 c o s ( ) ]3dU U td t U??? ?? ? ?? ?? ? ? ?? 三相橋式全控整流電路接反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載時(shí)，在負(fù)載電感足夠大足以使負(fù)載電流連續(xù)的情況下，電路工作情況與電感性負(fù)載時(shí)相似，電路中各處電壓、電流波形均相同，僅在計(jì)算 Id時(shí)有所不同，接反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載時(shí)的 Id為： dd UEI R?? ； 三相不可控整流電路 在三相不控整流電路中，使用最多的也是三相橋式整流 電路，一般三相橋式整流電路是由三相輸入變壓器、六只整流二極管、及負(fù)載組成。三相橋式不控整流電路與三相橋式可控整流電路的區(qū)別在于可控整流電路可以通過觸發(fā)脈沖來(lái)控制觸發(fā)角從而達(dá)到控制電壓大小的目的。但在風(fēng)力發(fā)電電能變換裝置中，要將風(fēng)能盡可能的轉(zhuǎn)化為電能，因此選用三相不可控整流電路，因?yàn)槿嗖豢煽卣麟娐肥侵苯佑呻娏鱽?lái)控制二極管導(dǎo)通的，不用考慮觸發(fā)角的問題。三相橋式不可控整流電路和波形如圖 所示。 風(fēng)力發(fā)電電能變換 裝置的畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 圖 從圖中可以看出：在 t1～ t2時(shí)間 內(nèi)，變壓器次級(jí) a相電壓與 b 相電壓的差值最大，因此整流二極管 VD VD2導(dǎo)通，其通路為 a→ b→ VD1→ R→ VD2→ b，其他整流元件受反向電壓作用而不導(dǎo)通，整流器的輸出電壓為變壓器次級(jí)電壓 uab。在 t2～ t3時(shí)間內(nèi)， a相電壓雖然仍為正值，且與 t1～ t2時(shí)間內(nèi)電壓值大小一樣（變化的趨勢(shì)則不相同），但 b相電壓已經(jīng)高于 c 相電壓，所以此時(shí)是 a 相電壓與 c 相電壓的差值最大，因此 D4截止，VD VD6導(dǎo)通，其通路為 a→ VD1→ R→ VD6→ b，其他整流元件則受到反向電壓作用而不導(dǎo)通，整流輸出電壓為變壓器次級(jí)電壓 uca。在 t3～ t4時(shí)間內(nèi)， b 相電壓為正值， c相電壓為負(fù)值，線電壓 ubc最大，因此整流元件 VD3與 VD6導(dǎo)通，其他整流元件則受到反向電壓作用而不導(dǎo)通，整流輸出為線電壓 ubc。依次類推，負(fù)載 R 上得到的脈動(dòng)直流電壓 U 在一個(gè)周期內(nèi)，有 6 次為變壓器次級(jí)電壓的線電壓值，而每一次的線電壓均為兩相相電壓之和，即 ()ab a b a bu u u u u? ? ? ? ? 風(fēng)力發(fā)電電能變換 裝置的畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 ()ac a cu u u? ? ? ()bc b cu u u? ? ? 故在任意時(shí)間里，整流電壓的瞬時(shí)值等于對(duì)應(yīng)的兩相電壓瞬時(shí)值之和。因此可得： 2. 34 22 0daU U V?? 即： b c dU U U U V? ? ? ? 從圖中還可以看出任何時(shí)間里均由兩個(gè)整流元件串聯(lián)導(dǎo)通，而在一個(gè)周期里，每個(gè)整流元件只導(dǎo)通一次，連續(xù)導(dǎo)通時(shí)間為 2π /3，所以通過每個(gè)整流元件的平均電流 Icp為負(fù)載電流 IR的 1/3，即 : 2 . 3 41 1 . 3 233 aCD R dUI I I AR? ? ? ? 而加在整流元件上的最大反向電壓為變壓器的次級(jí)電壓的線電壓 uab（或 ubc或 uca），即 : 3 3 2 1 . 0 5 2 3 1a m a dU u U U V? ? ? ? ?反 直流濾波電路 整流電路將 交流電變成直流電，并不是一個(gè)純粹的直流電壓，而是一個(gè)脈動(dòng)的直流電壓，它除了直流成分外，還包括著不同頻率、不同振幅的交流成分（通常稱為諧波）。也就是說，整流器輸出的電壓，可以看成的一個(gè)直流成分和多個(gè)不同交流成分之和，而且頻率越低者，振幅越大，頻率愈高者，振幅愈小。人們通常說交流成分的大小，就是指最低次諧波或基波的大小，交流成分越大，對(duì)設(shè)備的干擾也越大。 濾波電路是接在整流電路之后，起著減少交流成分，有使整流器輸出的脈動(dòng)電流變成平滑的直流電流（仍包括一定的交流成分）的作用。 濾波電路一般由電感線圈、電容器、電阻 等電氣元件組合而成。常用的濾波電路有電容濾波電路、 L 型濾波電路、π型濾波電路、 RC濾波電路等。 電容濾波電路 電容濾波電路是利用電容器對(duì)直流不能通過，而對(duì)交流成分呈現(xiàn)較小的阻抗，以達(dá)到短路交流，減少整流器的輸出電壓脈動(dòng)成分的目的而且電容器越大，效果越好。當(dāng)然，電容器大了以后，為防止加電瞬間電容器的過大充電電流，在電路設(shè)計(jì)時(shí)必須采用限流措施。電容濾波電路如圖所示 。 圖 電容濾波電路 L 型濾波電路 C RL 風(fēng)力發(fā)電電能變換 裝置的畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 由電感電容組成倒 L字型的濾波電路，稱 L 型濾波電路或倒 L 型濾波電路。其電路如圖所示 圖 L形濾波電路 L型濾波電路利用扼流圈 L對(duì)脈動(dòng)電流的交流成分產(chǎn)生較大的衰減，而電容又對(duì)交流成分旁路的特點(diǎn)，使電容電感相互配合，大大改善濾波效果。 L 型濾波電路的濾波效果，主要取決于 LC 的乘積，即 LC 愈大，濾波效果愈好。 π型濾波電路 由電感，電容器組成π型濾波電路，其電路如圖所示 圖 π形濾波電路 π型濾波電路的濾波效果，等于整流器 輸出電壓中的脈動(dòng)交流成分先由電容器旁路，再經(jīng) L 型濾波器將其部分進(jìn)行衰減。因此，它是各類無(wú)源濾波電路中濾波效果中最好的一種。 RC 濾波電路 將 L 型濾波電路或π型濾波電路中的電感 L 用電阻 R 代替，即由電阻 R 和電容器 C組成的濾波電路，稱 RC 濾波器。其電路如圖所示 。 RC濾波電路在自動(dòng)控制電路與小功率整流電路中經(jīng)常用到，因?yàn)樗恍枰w積大、繞線麻煩的電感線圈 L。 RC濾波電路的濾波效果取決于電阻 R 和電容器的大小，電阻 R、電容器 C愈大則濾波效果愈好。但電阻 R 和電容器 C不能過大，因?yàn)殡娙萜?C值過大則體 積和重量增大，成本提高。電阻 R 太大，在電阻 R上的損耗也大。因此，要綜合考慮。為了能較好地旁路交流電流，一般滿足 1/mω CR(m 為整流相數(shù)，對(duì)于單相全波與單相橋式整流電路：m=2，對(duì)于三相半波整流電路： m=3，對(duì)于三相橋式整流電路： m=6)。 因此風(fēng)力發(fā)電電能變換裝置的選用該濾波電路作為三相不可控整流電路的濾波電路，在電路中選用 1000Ω的電阻，在“速度相等”恰好發(fā)生，則可得： 3RC? ? 因?yàn)?2 2 3 . 1 4 5 0 3 1 4 /f ra d s??? ? ? RL C L RL C L1 L2 風(fēng)力發(fā)電電能變換 裝置的畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 因此： 633 5 . 5 1 03 1 4 1 0 0 0C R? ?? ? ? ?? （ 法 ） 圖 RC 濾波電路 第 3 章 蓄電池組 蓄電池的種類和特性 蓄電池是化學(xué)電池的一種，所謂化學(xué)電池是指能將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能的裝 置。一般使用的化學(xué)電池分為原電池和蓄電池兩種。原電池只能使用一次，即我們所說的干電池，蓄電池可以多次反復(fù)使用。當(dāng)蓄電池使用一段時(shí)間后，即部分放電或完全放電，用適當(dāng)?shù)姆聪螂娏魍ㄈ腚姵?，則蓄電池可以再次將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)靛儲(chǔ)存起來(lái)。這種反向充電補(bǔ)充能量的過程即是電池充電過程，而電池將自身的能量以電能的形式供給外線路的過程即放電過程。 目前主要的蓄電池有多種，如：密封鉛酸蓄電池、鎳鎘蓄電池、鎳氫蓄電池和 鋰離子蓄電池等。這四種蓄電池具有相同的功能就是為最終產(chǎn)品提供可補(bǔ)充的電能，但不同的電池具有不同的特性，適用的對(duì)象和場(chǎng)合也是不同的。各種不同電池的特性如表格 所示： 特性 鉛酸蓄電池 鎳鎘電池 鎳氫電池 鋰離子電池 能量 Wh/Kg 密度 30 40 60 90 能量 Wh/l 密度 60 100 140 210 單電池電壓 (V) (平均 ) 放電曲線 緩慢傾斜 平直 平直 傾斜 自放電 30%/月 15%/月 20%/月 6%/月 內(nèi)阻 低 最低 中 最高 放電阻率 5C 10C 3C 2C 表格 選擇蓄電池的主要依據(jù)是電池的能量密度、電池的容量及電壓等級(jí)的選取，它 們決定了電池為負(fù)載提供電能的速度和大小。對(duì)于放電速率要求不高的產(chǎn)品，如便攜式計(jì)算RL C1 C2 R RL C R 風(fēng)力發(fā)電電能變換 裝置的畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 機(jī)、蜂窩 電話機(jī)和手提式視頻設(shè)備，可以使用鎳金屬氧化物電池和鋰離子電池。因?yàn)樗鼈兙哂休^大的內(nèi)阻，從而限制了峰值放電電流，使它們比較適用子長(zhǎng)期電流消耗要求較小的產(chǎn)品。而密封鉛酸蓄電池和鎳鎘電池由子內(nèi)阻較小，可以提供較大的電流，所以適用子放電速率要求較高的產(chǎn)品。因此，在風(fēng)力發(fā)電的電能變換裝置中，選用鉛酸蓄電池。 鉛酸蓄電池的基本概念 由于蓄電池的充電本身涉及到許多相關(guān)的專業(yè)知識(shí)，為了能夠更好的理解本課 題，本節(jié)將簡(jiǎn)要介紹鉛酸蓄電池有關(guān)的一些知識(shí)。 1. 電池容量 電池容量是蓄電池使用過程中的一個(gè)重要參數(shù) ，它指蓄電池充足電后放電到終 止電壓時(shí)所輸出的電量，也就是在一定的放電條件下可以從電池中獲得的電量。單元電池內(nèi)活性物質(zhì)的數(shù)量決定了單元電池含有的電荷量，因此，電池越大，它的容量越高。電池容量用 C 表示，其單位用 Ah、 mAh 表示。 2. 充電速率和放電速率 為了對(duì)不同容量的電池加以比較，蓄電池的充電電流不用電流的絕對(duì)值來(lái)表 示，而是用電池的額定容量 C 和放電時(shí)間 t的比來(lái)表示，稱為電池的充電速率或放 電倍率。例如一個(gè)額定容量 C 為 100Ah 的電池，充電 2 小時(shí)后，電池完全充滿， 則它的充電電流為： I=C/2=（ A） () 即它的充電速率為 ：若用 1O 小時(shí)就達(dá)到充滿狀態(tài)，則它的充電電流為 ： I=C/10=（ A） () 即它的充電速率為 。放電速率的描述和充電速率相同。 3. 充電終止電壓和放電終止電壓 蓄電池充足電時(shí)，極板上的活性物質(zhì)己達(dá)到保護(hù)狀態(tài)，再繼續(xù)充電，蓄電池的 電壓也不會(huì)上升，此時(shí)的電壓稱為充電終止電壓。 放電終止電壓是指蓄電池可放電的最低電壓，如果電壓低于放電終止電壓后繼 續(xù)放電，電池兩段電 壓會(huì)迅速下降，形成過放電。這極易對(duì)電池造成永久性損害，影響蓄電池的使用壽命。放電終止電壓和放電率有關(guān)。 4. 電池的過充電 當(dāng)高速率充電而又不能及時(shí)地在滿充電后結(jié)束充電過程，電池則很容易存在大 電流過充電的問題。過充電會(huì)使電池內(nèi)部的溫度和壓力都急劇上升，造成對(duì)電池的損害。這是因?yàn)樵谶^充電階段電池內(nèi)部所進(jìn)行的反應(yīng)為消耗反應(yīng)，它會(huì)增大電池內(nèi)部的壓力，同時(shí)，由于氧氣的產(chǎn)生和吸收都是放熱反應(yīng)，這就使電池溫度迅速上升。因此在電池充電接近滿充點(diǎn)時(shí)，只能采用低速率充電。這是因?yàn)殡姵卦诘碗娏鬟^充電時(shí)所產(chǎn)生的極化現(xiàn)象較輕，同時(shí) 電池的熱量可以及時(shí)地向空中散發(fā)，基本上不會(huì)對(duì)電池造成傷害。 5. 電池的內(nèi)阻 風(fēng)力發(fā)電電能變換 裝置的畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 當(dāng)電流流過蓄電池時(shí)，蓄電池兩端所呈現(xiàn)出來(lái)的電阻稱為蓄電池的內(nèi)阻，這個(gè) 內(nèi)阻與其它電源的內(nèi)阻有所不同，它包含兩個(gè)部分，即： R＝ RO十 RN () 其中 RO為電極與電解液的內(nèi)阻之和，該電阻遵守歐姆定律，是不變的量； RN是由干電流流過蓄電池時(shí)兩電極的電位有所改變而表現(xiàn)出來(lái)的，因此又稱為極化電阻或假電阻，其值與流過電池的電流強(qiáng)度有關(guān)，電流越大， R