【文章內(nèi)容簡介】 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)。 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。 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隨著風(fēng)速的波動而發(fā)生很大變化的。如果整流管的參數(shù)選擇不當(dāng)，將使元件遭到破壞。 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。假設(shè) 100W風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出電壓經(jīng)過整流后，負(fù)荷的額定直流電壓 Uz0=24V，帶負(fù)荷運(yùn)行時的最高電壓 28zmUV? ，最大負(fù)載電流 0 ? ，依式 4— 1 所示計(jì)算出，元件承受的最大正、反向峰值電壓為 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) XII 28 ( )m zmU U V? ? ? ? 元件流過的最大電流為 00 .5 8 7 0 .5 8 7 4 .6 2 .7 ( )mzI I A? ? ? ? 由上式計(jì)算結(jié)果，可選擇最大電流 5A，最大反向電壓 50V的硅二極管。 在整流回路中，經(jīng)常會出 現(xiàn)操作過電壓獲換向過電壓。為了防止過電壓破壞元件，通常在整流回路的直流側(cè)接入阻容過電壓保護(hù)。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 線電壓， V。 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，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，儲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。本系統(tǒng)采用的是鉛蓄電池。 蓄電池的性能 單格鉛蓄電池的電動勢約為 2V， 將多個單格蓄電池串聯(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勢。 本論文采用 12節(jié)鉛蓄電池串聯(lián)，組 成24V 的蓄電池組。當(dāng) 外電路閉合時，蓄電池組正負(fù)兩極間的電位差即為蓄電池組的端電壓。蓄電池組在充電和放電的過程中，端電壓是不相等的，充電時端電壓高于電動勢，放電時端電壓低于其電動勢。這是由于蓄電池組存在內(nèi)阻的原因所致。 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。 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。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。 蓄電池的充放電電壓不僅直接影響蓄電池性能，也會影響用電器的壽命與安全。圖 3— 3— 7分別是蓄電池典型的充放電曲線。圖中縱坐標(biāo)為蓄電池充、放電端電壓，曲線標(biāo)號數(shù)字為相應(yīng)小時的充、放電曲線。 圖 36 蓄電池 充電曲線 圖 37 蓄電池 放電曲線 從蓄電池充放電曲線可見，如果充電電壓過高，將會嚴(yán)重?fù)p壞用戶的電器；若放電電壓過低（放電電流太大或放電時間過長），不僅影響到用湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) XIV 戶電器的 正常使用，而且會縮短蓄電池的使用壽命。充放電控制器可防止蓄電池的過充與過放。 充放電 保護(hù)電路 該控制器由電壓繼電器 V V3 和它們所控制的動開觸點(diǎn) V動合觸點(diǎn) V3構(gòu)成。其電路如圖 3— 8所示。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。 圖 38充放電保護(hù)電路 充電時，當(dāng)蓄電池電壓低于 29V時，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，繼電器 V2開始工作，繼而控制動斷觸點(diǎn) V2斷開，切斷充電電路。 放電時，當(dāng)蓄 電池電壓高于 21V 時，繼電器 V3 工作，其控制的動合觸點(diǎn) V3閉合，保持放電狀態(tài)；當(dāng)該電壓低于 21V時，繼電器 V3停止工作，其控制的動合觸點(diǎn) V3斷開，從而斷開了放電電路 。 蓄電池組供電控制設(shè)計(jì) 控制電路如下圖 3— 9所示，在整流輸出端引出兩線，與逆變器相接，為負(fù)載供電，其通斷狀態(tài)用動合觸點(diǎn) I2控制。并且在蓄電池組的輸出端引湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) XV 出兩線亦與逆變器相接，作為風(fēng)能不足時負(fù)載的供電電路，其通斷狀態(tài)用動開觸點(diǎn) I2控制。 圖 39蓄電池組供電控制電路 當(dāng)風(fēng)力充足，發(fā)電機(jī)正常工作時，逆流繼電器的電壓線圈和電流線圈內(nèi)流 過的電流產(chǎn)生的磁力使動合觸點(diǎn) I2閉合，風(fēng)電向負(fù)載供電，同時向蓄電池充電；當(dāng)風(fēng)力不足，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速太低時，逆流繼電器產(chǎn)生的磁力消失，此時動開觸點(diǎn) I2閉合，同時動合觸點(diǎn) I2斷開，此時即切換成蓄電池組向負(fù)載供電。 逆變電路 獨(dú)立運(yùn)行的異步風(fēng)力發(fā)電動機(jī)組輸出 有是不穩(wěn)定的交流電，必須用蓄電池儲能，才能 向用戶提供連續(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，這種變換過程叫逆變，具有逆變 功能的電力電子設(shè)備稱為逆變器，逆變器還具有自動穩(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) XVI 逆變電路及其工作原理 其電路原理圖如下所示。 ( 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。 最基本的逆變電路是單相橋式逆變電路，它可以很好的說明逆變電路的工作原理，其電路結(jié)構(gòu)如圖 1443（ a）所示。 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。當(dāng)開關(guān)管 T T4閉合， T T3斷開時，逆變器輸出電壓 Uo=Ud；當(dāng)開關(guān)管T T4斷開， T T3閉合時，輸出電壓 Uo=Ud。當(dāng)以頻率 Fs交替切換開關(guān)管 T T4 和 T T3 時，則在電阻 R 上獲得如圖 1443（ b）所示的交變電壓波形，其周期 Ts=1/fs，這樣，就將滯留電壓 Ud編程了交流電壓 Uo。Uo含有各次諧波，如果想得到正玄波電壓，則可通過濾波器獲得。 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)錄音開關(guān) T1~T4 世紀(jì)是各種半導(dǎo)體開關(guān)器件的一種理想模型。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）。 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。采用性能良好的驅(qū)動電路，可使電力電子器件工作在較理想的狀態(tài)，縮短開關(guān)時間，減少開關(guān)損耗，對裝置的運(yùn)行效率?？煽啃院桶踩远加兄匾囊饬x。 簡言之，驅(qū)動電路的基本任務(wù)，就是按照控制目標(biāo)的要求， 將單片機(jī)輸出的脈沖進(jìn)行功率放大 ,轉(zhuǎn)換為加在 IGBT控制端和公共端之間，可以使其開通或關(guān)斷的信號 ，從而驅(qū)動 IGBT，保證其可靠工作 。 對 IGBT 驅(qū)動電路的基本要求如下： （ 1） 提供適當(dāng)?shù)恼蚝头聪蜉敵鲭妷?,使 IGBT可靠的開通和關(guān)斷。 （ 2） 提供足夠大的瞬態(tài)功率或瞬時電流 ,使 IGBT能迅速建立柵控電場而導(dǎo)通。 （ 3） 盡可能小的輸入輸出延遲時間 ,以提高工作效率。 （ 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） 具有靈敏的過流保護(hù)能力。 目前，在 IGBT的柵極驅(qū)動電路中廣泛采用的是 EX840/EX841集成電路。 其典型接線方法如圖 3— 13： 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) XVIII 圖 312 EX840/EX841 集成電路接線方法 使用時注意如下幾點(diǎn)： （ 1） IGBT 柵 射極驅(qū)動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。 （ 2） 由于 IGBT 集電極產(chǎn)生較大的電壓尖脈沖 ,增加 IGBT柵極串聯(lián)電阻 RG有利于其安全工作。但是柵極電阻 RG不能太大也不能太小 ,如果 RG 增大 ,則開通關(guān)斷時間延長 ,使得開通能耗增加；相反 ,如果 RG太小 ,則使得 di/dt增加 ,容易產(chǎn)生誤導(dǎo)通。 （ 3） 圖中電容 C用來吸收由電源連接阻抗引起的供電電壓變化 ,并不是電源的供電濾波電容 ,一般 取值為 47 F。 （ 4） 6腳過電流保護(hù)取樣信號連接端 ,通過快恢復(fù)二極管接 IGBT集電極 .。 （ 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。 （ 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。 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。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。然后用 MATLAB對整個實(shí)際電路進(jìn)行了詳細(xì)的仿真，結(jié)果表明，在接入仿真三相交流電的情況下，各個輸出端的輸出達(dá)到了預(yù)期的要求，證明了方案的切實(shí)可行和正確無誤。將該電氣設(shè)計(jì)接入風(fēng)機(jī)組和逆變電路之間，即可實(shí)現(xiàn)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)戶用型 50HZ交流電。 本系統(tǒng)采用繼電控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)在完全的自動化，無需人工控制，方便易行?？捎糜陔娋W(wǎng)未通達(dá) 的偏遠(yuǎn)地區(qū)的戶用電力供應(yīng)。 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. 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