【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 風(fēng)力供電系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)裝置分析 9 按電路結(jié)構(gòu)可分為 橋式電路 和 零式電路。 按交流輸入相數(shù)分為 單相電路 和 多相電路。 整流器的主要功能是對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的三相交流電進(jìn)行整流，整流后的直流電經(jīng)過(guò)控制器再對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。根據(jù)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的容量不同，整流器分為可控與不可控兩種，可控整流器主要應(yīng)用在功率較大的系統(tǒng)中，可以減小電感過(guò)大帶來(lái)的體積大、損耗大等缺點(diǎn)；不可控整流器主要應(yīng)用于小功率系統(tǒng)中。 目前在我國(guó)小型型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中大量使用的是橋式不可控整流方式，如圖 24所示。因?yàn)樗啥O管組成，具有功耗低、電路簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。 圖 三相不可控整流 三相整流器除了把輸入的三相交流電能整流為可對(duì)蓄電池充電的直流電能之外，另外一個(gè)重要的功能是在外界風(fēng)速過(guò)小或者基本沒(méi)風(fēng)的時(shí)候，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的 輸出功率也較小，由于三相整流橋的二極管導(dǎo)通方向只能是由風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出端到蓄電池，所以防止了蓄電池對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的反向供電。 逆變器 逆變器是將低壓直流電源變換成高壓交流電源的裝置，逆變器的種類很多 ,各自的具體工作原理、工作過(guò)程不盡相同。本實(shí)訓(xùn)裝置使用的逆變器由 DCDC 升壓 PWM 控制芯片單元、驅(qū)動(dòng) +升壓功率 MOS 管單元、升壓變壓器、 SPWM 芯片單元、高壓驅(qū)動(dòng)芯片單元、全橋逆變功率 MOS 管單元、 LC 濾波器組成 。 蓄電池 （ 1） 蓄電池的工作原理 南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文 ） 風(fēng)力供電系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)裝置分析 10 在 小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，蓄電池起著儲(chǔ)存和調(diào)節(jié)電能 的作用。其它器件或技術(shù)也有被利用來(lái)進(jìn)行能量存儲(chǔ)的，比如微型水泵、壓縮空氣或飛輪等，但是在小規(guī)模風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用中，這些儲(chǔ)能方式都不是很經(jīng)濟(jì)。近年來(lái)，隨著燃料電池和電解槽技術(shù)的發(fā)展，氫氣作為一種能量存儲(chǔ)介質(zhì)進(jìn)入人們的視野，這是一種比較有前途的技術(shù)方向。但是要大范圍的應(yīng)用，還有很多技術(shù)難題待解決。 在本系統(tǒng)中，當(dāng)風(fēng)力很大致使產(chǎn)生的電能過(guò)剩時(shí)，蓄電池將多余的電能儲(chǔ)存起來(lái) 。反之，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)電量不足或負(fù)載用電量大的時(shí)候，蓄電池向負(fù)載補(bǔ)充電能，并保持供電電壓的穩(wěn)定。鉛酸蓄電池由于具有容量大，成本低，循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，一直是小 型電力系統(tǒng)的首選儲(chǔ)能設(shè)備。 蓄電池正負(fù)極板上的活性物質(zhì)分別是二氧化鉛（ 2pbo ）和海綿狀鉛（ pb ），它們與電解液中的硫酸接觸，負(fù)極板上鉛不斷解離為正二價(jià)的鉛離子（ ?2pb ）和電子，鉛離子融入電解液中，電子留在負(fù)極板上。隨著化學(xué)反應(yīng)不斷的進(jìn)行，負(fù)極板上的負(fù)電荷逐漸增加，對(duì)電解液中的鉛離子的吸引力也不斷的加大，使得部分的鉛離子獲得電子沉積到負(fù)極板的表面。當(dāng)離開和沉積到負(fù)極板表面的鉛離子相等，即氧化和還原的速度趨于平衡時(shí)，負(fù)極板與電解液間形成穩(wěn)定的電位差 (大約 )。正極板上的二氧化鉛（ 2pbo ）在電解液的作用下解離為鉛離子（ ?2pb ），既（ 2pbo ）從極板獲得電子還原為（ ?2pb ）進(jìn)入電解液，同時(shí)電解液中的部分失去電子氧化為 ?4pb ，當(dāng)氧化和還原 的速度平衡時(shí)，正極板與電解液之間形成 + 的電位差。正、負(fù)極板與電解液之間的都存在著電位差，從整體看正極與負(fù)極的電位差有 也就是蓄電池的單體電壓。 蓄電池與負(fù)載相接時(shí)，是它的放電過(guò)程，其化學(xué)反應(yīng)方程式為 : pb + 42SOH + 2pbo 2 4pbso + OH2 放電過(guò)程中，負(fù)極板上的海綿狀鉛 (pb )，正極板上二氧化鉛（ 2pbo )與電解液中的硫酸 ( 42SOH )反應(yīng)，生成硫酸鉛 ( 4pbso )。電解液中消耗了硫酸 ( 42SOH )分子，增加了水 ( OH2 )分子，電解液中的硫酸濃度降低，蓄電池內(nèi)阻逐漸增大，電動(dòng)勢(shì)逐漸降低。 蓄電池的充電過(guò)程是放電過(guò)程的逆 過(guò)程，是在外電源作用下的電化學(xué)反應(yīng)，其化學(xué)反應(yīng)方程式為 : 南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文 ） 風(fēng)力供電系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)裝置分析 11 4pbso + 4pbso + OH2 pb + 42SOH + 2pbo 充電過(guò)程中，在外電源的作用下，正極板上的硫酸鉛（ 4pbso ）逐漸恢復(fù)成二氧化鉛（ 2pbo )。負(fù)極板上的硫酸鉛（ 4pbso )逐漸恢復(fù)成海綿狀鉛（ pb ），電解液中的硫酸濃度增大，蓄電池內(nèi)阻逐漸減小，電動(dòng)勢(shì)逐漸增大。 傳統(tǒng)的開口式鉛酸蓄電池，由于水的蒸發(fā)以及電解液的分解，需要經(jīng)常對(duì)電解液的濃度進(jìn)行檢測(cè)，以確定是否對(duì)其添加蒸餾水。另外，在電池充電過(guò)程中，由于化學(xué)反應(yīng)劇烈，會(huì)產(chǎn)生大量有害氣體形成酸霧，污染室內(nèi)空氣，對(duì)工作人員會(huì)產(chǎn)生職業(yè)危害。而采用閥控式鉛酸蓄電池就會(huì)避免這些缺點(diǎn)。閥控式 鉛酸蓄電池是相對(duì)于傳統(tǒng)的開口式的鉛酸蓄電池來(lái)講的。它是一種密封的電池，內(nèi)外氣壓的平衡通過(guò)閥門來(lái)控制。它具有一系列優(yōu)點(diǎn)。首先是安全，電池的閥門密封可阻止空氣中的氧氣流入。當(dāng)電池過(guò)充時(shí)，內(nèi)部壓力過(guò)大，這時(shí)候閥門會(huì)自動(dòng)打開，排出氣體，防止電池內(nèi)部氣壓過(guò)大而產(chǎn)生膨脹或爆炸。其次是使用方便，傳統(tǒng)的開口電池不能傾斜安裝使用，而閥控式鉛酸蓄電池就不存在這個(gè)問(wèn)題，它既可立放也可橫放，但是不能倒置。第三是少維護(hù)，由于閥控式鉛酸蓄電池密封性能好，水分不易蒸發(fā)，這樣在進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)的時(shí)候?qū)⒎烹姇r(shí)產(chǎn)生的水蒸汽完全吸收，所以不需要進(jìn) 行補(bǔ)水作業(yè)，但是閥控式鉛酸蓄電池并不是完全不需要維護(hù)，尤其是對(duì)電池的充放電維護(hù)是必不可少的。由于閥控式鉛酸蓄電池具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，所以在小型電力系統(tǒng)中，它漸漸成為主流的儲(chǔ)能器件。 （ 2）影響鉛酸蓄電池壽命的因素 a 環(huán)境溫度 鉛酸蓄電池的的電能是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的，不同溫度下的化學(xué)反應(yīng)速率是不一樣的。溫度高時(shí)，蓄電池內(nèi)部電解液與極板的化學(xué)反應(yīng)加速，電解液濃度下降，減小了電池內(nèi)阻，增加了電池的容量，充放電過(guò)程中容易出現(xiàn)過(guò)充和過(guò)放現(xiàn)象。溫度低時(shí)，電解液和極板間的反應(yīng)速度變慢，電解液的濃度升高，加大了電池的內(nèi)阻，減少 了電池的容量，縮短了蓄電池的壽命。生產(chǎn)廠家一般要求蓄電池的運(yùn)行環(huán)境溫度為 15 一 25℃，當(dāng)環(huán)境溫度超過(guò) 25℃后，每升高 8℃，電池壽命就要縮短一半。 b 過(guò)度放電 蓄電池被過(guò)度放電是影響蓄電池使用壽命的另一重要因素。蓄電池為負(fù)載供電期間，若控制器突發(fā)故障或者過(guò)放控制點(diǎn)設(shè)置過(guò)低時(shí)，均會(huì)可能導(dǎo)致過(guò)放現(xiàn)象的發(fā)生。過(guò)南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文 ） 風(fēng)力供電系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)裝置分析 12 放現(xiàn)象會(huì)減少蓄電池的容量，并且難以恢復(fù)，嚴(yán)重時(shí)將會(huì)導(dǎo)致電池失效。蓄電池被過(guò)度放電到輸出電壓為 OV 時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部有大量的硫酸鉛被吸附到電池的陰極表面，形成電池陰極的“硫酸鹽化”。由于硫酸鉛本身是一種絕緣 體，將會(huì)阻礙蓄電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)的，陰極板上的硫酸鉛越多，電池的內(nèi)阻越大，電池的充放電性能就越差，電池的壽命就越短。 c 過(guò)度充電 蓄電池的充電電壓也是影響其壽命的重要因素。在開路狀態(tài)下，鉛合金和二氧化鉛在硫酸溶液中，各自與電解液建立不同的平衡電極電位。蓄電池的充電電壓過(guò)高時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)過(guò)充現(xiàn)象，此時(shí)正極柵板由于析氧反應(yīng)，水不斷的被消耗， ?H 增加，從而導(dǎo)致正極附近的酸度增高，柵板與電解液反應(yīng)加速，析出的氣體由于一部分排出，不可能全部還原為水，蓄電池內(nèi)部的電解液濃度增加，這 樣也會(huì)促使柵板的腐蝕加速，活性物質(zhì)減少，導(dǎo)致蓄電池的容量和壽命減少。當(dāng)失水 %時(shí)，容量降低 75%，失水達(dá)到 25%時(shí)，容量基本消失。 d 長(zhǎng)期浮充電 蓄電池長(zhǎng)期工作在浮沖狀態(tài)下，只充電不放電，這種工作狀態(tài)會(huì)造成蓄電池陽(yáng)極的鈍化，使電池的內(nèi)阻急劇增大，實(shí)際容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其標(biāo)準(zhǔn)容量，從而導(dǎo)致電池所能提供的后備時(shí)間大大縮短，減少了其使用壽命 。 風(fēng)力供電裝置的組成 風(fēng)力供電裝置基本組成介紹 本文所分析的風(fēng)力供電裝置主要由葉片、輪轂、發(fā)電機(jī)、機(jī)艙、尾舵、側(cè)風(fēng)偏航機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、直流電動(dòng)機(jī)、塔架和基礎(chǔ)、測(cè)速 儀、測(cè)速儀支架、軸流風(fēng)機(jī)、軸流風(fēng)機(jī)支架、軸流風(fēng)機(jī)框罩、單相交流電動(dòng)機(jī)、電容器、風(fēng)場(chǎng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)箱、護(hù)欄、連桿、滾輪、萬(wàn)向輪、微動(dòng)