【文章內(nèi)容簡介】 手 工 糊制 適 用 于 不 同 形 狀 和 變 截 面 的 葉 片 但 手 工 制 作 費(fèi) 工 費(fèi) 時 ， 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 不 易 控 制 。 國外 小 風(fēng) 機(jī) 也 采 用 機(jī) 械 化 生 產(chǎn) 等 截 面 葉 片 ， 大 大 提 高 了 葉 片 生 產(chǎn) 的 效 率 和 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 。 ② 發(fā) 電 機(jī) ： 小 型 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 一 般 采 用 的 是 永 磁 式 交 流 發(fā) 電 機(jī) ， 由 風(fēng) 輪 驅(qū) 動 發(fā)電 機(jī) 產(chǎn) 生 的 交 流 電 經(jīng) 過 整 流 后 變 成 可 以 儲 存 在 蓄 電 池 中 的 直 流 電 。 ③ 調(diào) 向 機(jī) 構(gòu) 、 調(diào) 速 機(jī) 構(gòu) 和 停 車 機(jī) 構(gòu) ： 為 了 從 風(fēng) 中 獲 取 能 量 ， 風(fēng) 輪 旋 轉(zhuǎn) 面 應(yīng) 垂直 于 風(fēng) 向 ， 在 小 型 風(fēng) 機(jī) 中 ， 這 一 功 能 靠 風(fēng) 力 機(jī) 的 尾 翼 作 為 調(diào) 向 機(jī) 構(gòu) 來 實(shí) 現(xiàn) 。 同 時隨 著 風(fēng) 速 的 增 加 ， 要 對 風(fēng) 輪 的 轉(zhuǎn) 速 有 所 限 制 ， 這 是 因 為 一 方 面 過 快 的 轉(zhuǎn) 速 會 對 風(fēng)輪 和 風(fēng) 力 機(jī) 的 其 他 部 件 造 成 損 壞 ， 另 一 方 面 也 需 要 把 發(fā) 電 機(jī) 的 功 率 輸 出 限 定 在 一定 范 圍 內(nèi) 。 由 于 小 型 風(fēng) 力 機(jī) 的 結(jié) 構(gòu) 比 較 簡 單 ， 目 前 一 般 采 用 葉 輪 側(cè) 偏 式 調(diào) 速 方 式 ，這 種 調(diào) 速 機(jī) 構(gòu) 在 風(fēng) 速 風(fēng) 向 變 化 轉(zhuǎn) 大 時 容 易 造 成 風(fēng) 輪 和 尾 翼 的 擺 動 ， 從 而 引 起 風(fēng) 力機(jī) 的 振 動 。 因 此 ， 在 風(fēng) 速 較 大 時 ， 特 別 是 蓄 電 池 已 經(jīng) 充 滿 的 情 況 ， 應(yīng) 人 工 控 制 風(fēng)力 機(jī) 停 機(jī) 。 在 有 的 小 型 風(fēng) 力 機(jī) 中 設(shè) 計(jì) 有 手 動 剎 車 機(jī) 構(gòu) ， 另 外 在 實(shí) 踐 可 采 用 側(cè) 偏 停機(jī) 方 式 ， 即 在 尾 翼 上 固 定 一 軟 繩 ， 當(dāng) 需 要 停 機(jī) 時 ， 拉 動 尾 翼 ， 使 風(fēng) 輪 側(cè) 向 于 風(fēng) 向 ，從 而 達(dá) 到 停 車 的 目 的 。小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的裝機(jī)容量較小，一般都是選擇小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)作為發(fā)電機(jī)組。按照空氣動力學(xué)原理分類的話，最常見的是托舉型水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。目前小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要是低速永磁發(fā)電機(jī)，這主要是因?yàn)樾⌒惋L(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)輪是直接禍合在發(fā)電機(jī)軸上，省去了升速機(jī)構(gòu)，故不用增速齒輪箱增速，這就要求發(fā)電機(jī)只有幾百轉(zhuǎn)每分，所以采用低速發(fā)電機(jī)。由于風(fēng)向經(jīng)常變化，為了有效地利用風(fēng)能，必須有迎風(fēng)的偏航裝置。個別小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)還具備抗大風(fēng)自動折尾裝置。本文所使用的小型交流永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)是永磁同步發(fā)電機(jī)的一種,其運(yùn)行原理與電勵磁同步發(fā)電機(jī)相同。由于用永久磁鋼取代勵磁線圈勵磁，永磁同步發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，加工及裝配比較容易。一般小型永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)的勵磁磁鋼安置在轉(zhuǎn)子上。由于這類發(fā)電機(jī)省掉了一般同步發(fā)電機(jī)的電刷、滑環(huán)和勵磁繞組,從而節(jié)約了成本。特別是小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)直接與風(fēng)輪耦合,安置于機(jī)組頂端的空中無需經(jīng)常對電刷和滑環(huán)維護(hù),提高了機(jī)組運(yùn)行的可靠性。 整流器整流電路按組成的器件可分為不可控、半控、全控三種按電路結(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)過控制器再對蓄電池進(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，可以減小電感過大帶來的體積大、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 213所示。因?yàn)樗啥O管組成，具有功耗低、電路簡單等特點(diǎn)。圖24 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蓄電池充電的直流電能之外，另外一個重要的功能是在外界風(fēng)速過小或者基本沒風(fēng)的時候，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風(fēng)力發(fā)電機(jī)的反向供電。 DCDC 變換器DCDC功率變換器的種類很多。按照輸入/輸出電路是否隔離來分，可分為非隔離型和隔離型兩大類。非隔離型的DCDC變換器又可分為降壓式、升壓式、極性反轉(zhuǎn)式等幾種；隔離型的DCDC變換器又可分為單端正激式、單端反激式、雙端半橋、雙端全橋等幾種。DC/DC 變換器將直流電源能量傳送到負(fù)載并加以控制，得到另一個直流輸出電壓或電流。通過對開關(guān)管的導(dǎo)通或關(guān)斷時間長短控制，即控制從電源端到負(fù)載端傳送的能量。DC/DC 變換器主要包括 Buck、Boost、BuckBoost、Cuk 變換器4種。以Buck變換器為例，如圖25，通過在功率開關(guān)管的控制端施加周期一定，占空比可調(diào)的驅(qū)動信號，使其工作在開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)管Q導(dǎo)通時，二極管D截止，發(fā)電機(jī)輸出電壓整流后通過能量傳遞電感向負(fù)載供電，同時使電感 能量增加；當(dāng)開關(guān)管截止時，電感釋放能量使續(xù)流二極管D導(dǎo)通，在此階段，電感L把前一段的能量向負(fù)載釋放，使輸出電壓極性不變且比較平直。濾波電容C使輸出電壓的紋波進(jìn)一步減小。顯然，功率管在一個周期內(nèi)導(dǎo)通時間越長，傳遞的能量越多，輸出電壓越高。圖25 Buck變換電路DC/DC 變換器的輸入阻抗的大小可以通過控制開關(guān)電源的占空比來改變。這種控制性能正好被用在小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，通過控制發(fā)電機(jī)的輸出電流，改變風(fēng)力發(fā)電機(jī)的負(fù)載特性，即調(diào)節(jié)了發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性，從而控制風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速用來改變?nèi)~尖速比，這樣就控制了風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率和風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率。 蓄電池 蓄電池的工作原理在小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，蓄電池起著儲存和調(diào)節(jié)電能的作用。其它器件或技術(shù)也有被利用來進(jìn)行能量存儲的，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，這些儲能方式都不是很經(jīng)濟(jì)。近年來，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)生的電能過剩時，蓄電池將多余的電能儲存起來。反之，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)電量不足或負(fù)載用電量大的時候，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)壽命長等優(yōu)點(diǎn)，一直是小型電力系統(tǒng)的首選儲能設(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的鉛離子（ ?2）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，負(fù)極板與電解液間形成穩(wěn)定的電位差()。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（ ?2）進(jìn)入電解液，同時電解液中的部分 ?2失去電子氧化為 ?4，當(dāng)氧化和還原的速度平衡時，正極板與電解液之間形成 +。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)。蓄電池與負(fù)載相接時，是它的放電過程，其化學(xué)反應(yīng)方程式為: pb+ 42SOH+ 2pbo 2 4pbso+ OH2 （21）放電過程中，負(fù)極板上的海綿狀鉛( )，正極板上二氧化鉛（ 2pbo)與電解液中的硫酸( 42)反應(yīng)，生成硫酸鉛( 4)。電解液中消耗了硫酸( 4SOH)分子，增加了水( )分子，電解液中的硫酸濃度降低，蓄電池內(nèi)阻逐漸增大，電動勢逐漸降低。蓄電池的充電過程是放電過程的逆過程，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: 4pbso+ 4+ OH2 pb+ 42SOH+ 2pbo （22）充電過程中，在外電源的作用下，正極板上的硫酸鉛（ 4s）逐漸恢復(fù)成二氧化鉛（ 2)。負(fù)極板上的硫酸鉛（ 4so)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，電動勢逐漸增大。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)常對電解液的濃度進(jìn)行檢測，以確定是否對其添加蒸餾水。另外，在電池充電過程中，由于化學(xué)反應(yīng)劇烈，會產(chǎn)生大量有害氣體形成酸霧，污染室內(nèi)空氣，對工作人員會產(chǎn)生職業(yè)危害。而采用閥控式鉛酸蓄電池就會避免這些缺點(diǎn)。閥控式鉛酸蓄電池是相對于傳統(tǒng)的開口式的鉛酸蓄電池來講的。它是一種密封的電池，內(nèi)外氣壓的平衡通過閥門來控制。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)電池過充時，內(nèi)部壓力過大，這時候閥門會自動打開，排出氣體，防止電池內(nèi)部氣壓過大而產(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問題，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)的時候?qū)⒎烹姇r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能器件。 影響鉛酸蓄電池壽命的因素l)環(huán)境溫度鉛酸蓄電池的的電能是通過化學(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，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，充放電過程中容易出現(xiàn)過充和過放現(xiàn)象。溫度低時，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25℃后，每升高8℃，電池壽命就要縮短一半。2)過度放電蓄電池被過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)故障或者過放控制點(diǎn)設(shè)置過低時，均會可能導(dǎo)致過放現(xiàn)象的發(fā)生。過放現(xiàn)象會減少蓄電池的容量，并且難以恢復(fù)，嚴(yán)重時將會導(dǎo)致電池失效。蓄電池被過度放電到輸出電壓為OV時，會導(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。3)過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高時，將會出現(xiàn)過充現(xiàn)象，此時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