【正文】 最后，再次向所有給予我關(guān)心和幫助的老師、同學(xué)、朋友和家人表示感謝。本文是在我的導(dǎo)師陳愛國教授的悉心指導(dǎo)下完成的。所以本文利用蓄電池作為所有控制芯片的電能來源，因為蓄電池是并聯(lián)接在傳輸線上的，所以不可能利用簡單的電阻分壓的方法獲得控制電源。研究簡單、高效、可靠、低價和使用方便的小型風(fēng)電系統(tǒng)對于進(jìn)一步的推廣與應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實意義。放電控制電路對蓄電池充電是一個復(fù)雜的過程，首先檢測風(fēng)力發(fā)電機發(fā)出的電壓是否超出了額定電壓，如果超出了，則需要一個放電電路來消耗多余的電能，否則，會對蓄電池造成很大的損害。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書23 系統(tǒng)電路圖組成充電主電路其實是一個升降壓斬波電路圖33 充電主電路①、風(fēng)速是不可控的，所以輸出的電壓也是隨著變化的，給蓄電池充電電壓在一定范圍的，所以需要對發(fā)電機發(fā)出的電壓進(jìn)行檢測傳給單片機來控制，因為發(fā)電機發(fā)出的電壓超出了單片機所能承受的電壓，這里采用了分壓電路如圖34所示，1R和 2是分壓電阻， 1D和 2為二極管這里起到保護(hù)作用，為了使進(jìn)入單片機的電壓更加穩(wěn)定這里加入了電容 C，起到濾波作用。還有一個位于地址 0x10000 0x1007F 的 128 字節(jié)的扇區(qū)，該扇區(qū)可作為一個小的軟件常數(shù)表使用。EMIF 可以被配置為地址/數(shù)據(jù)線復(fù)用方式或非復(fù)用方式。前 32 個字節(jié)為 4 個通用寄存器區(qū)，接下來的 16 字節(jié)既可以按字節(jié)尋址也可以按位尋址。CIP51 有標(biāo)準(zhǔn)的 8051 程序和數(shù)據(jù)地址配置。在一次上電復(fù)位之后的 MCU 初始化期間，WDT 可以被永久性使能。一個中斷驅(qū)動的系統(tǒng)需要較少的 MCU干預(yù)，因而有更高的執(zhí)行效率。下表列出了指令條數(shù)與執(zhí)行時所需的系統(tǒng)時鐘周期數(shù)的關(guān)系。 CIP51 采用流水線結(jié)構(gòu)，與標(biāo)準(zhǔn)的 8051 結(jié)構(gòu)相比指令執(zhí)行速度有很大的提高。C8051F020 為 100 腳 。該調(diào)試系統(tǒng)支持觀察和修改存儲器和寄存器，支持?jǐn)帱c、觀察點、 單步及運行和停機命令。下面列出了一些主要特性； 1. 高速、流水線結(jié)構(gòu)的 8051 兼容的 CIP51 內(nèi)核（可達(dá) 25MIPS） 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書192. 全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試接口（片內(nèi)） 3. 真正 12 位 （C8051F020） 、 100 ksps 的 8 通道 ADC， 帶 PGA 和模擬多路開關(guān) 4. 真正 8 位 500 ksps 的 ADC，帶 PGA 和 8 通道模擬多路開關(guān) 5. 兩個 12 位 DAC，具有可編程數(shù)據(jù)更新方式 6. 64K 字節(jié)可在系統(tǒng)編程的 FLASH 存儲器 7. 4352（4096+256）字節(jié)的片內(nèi) RAM 8. 可尋址 64K 字節(jié)地址空間的外部數(shù)據(jù)存儲器接口 9. 硬件實現(xiàn)的 SPI、SMBus/ I2C 和兩個 UART 串行接口 10. 5 個通用的 16 位定時器 11. 具有 5 個捕捉/比較模塊的可編程計數(shù)器/定時器陣列 12. 片內(nèi)看門狗定時器、VDD 監(jiān)視器和溫度傳感器 具有片內(nèi) VDD 監(jiān)視器、看門狗定時器和時鐘振蕩器的 C8051F020 是真正能獨立工作的片上系統(tǒng)。I/O、RST、JTAG引腳均勻許5v電壓輸入。35個通用16位定時器。內(nèi)置溫度傳感器。12路電壓比較器。812位多通道ADC。1 電流限制點：120%（typ） 輸出電壓調(diào)整范圍：177。負(fù)載用電量的計算負(fù)載用電量可用公式 TPWll?? （31）內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書16式中： lW為負(fù)荷的用電量， kwh； lP為計算負(fù)荷，w； T為負(fù)荷的平均利用小時數(shù)，h；蓄電池容量的計算蓄電池的容量可根據(jù)公式 Q= （32）式中： LW為負(fù)荷日消耗量， wh； bU為蓄電池組端電壓，v。我國小型風(fēng)力發(fā)電機組的額定風(fēng)速有 sm/ /8和 s/10三種，選擇風(fēng)力發(fā)電機時。本文使用的控制器主要的器件是單片機，通過對單片機的編程對蓄電池的充放電進(jìn)行控制。（3）脈沖控制器內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書14脈沖控制器的控制原理是：其核心器件是一個受充電電壓調(diào)治的“充電脈沖發(fā)生器” ，脈沖控制器以 “斬波”方式工作，對蓄電池進(jìn)行脈沖充電。（1）旁路控制器 旁路控制器的原理是控制器檢測電路監(jiān)控蓄電池端電壓，當(dāng)達(dá)到標(biāo)志著電池充滿的電壓閥值時，開關(guān)元件接通負(fù)載將蓄電池旁路，過充電流將開關(guān)元件轉(zhuǎn)移到耗能負(fù)載，將多于的功率變?yōu)闊崮?；?dāng)蓄電池端電壓下降到恢復(fù)充電的電壓時，開關(guān)元件斷開耗能負(fù)載，同時接通蓄電池的充電回路。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書13恒壓充電法在充電過程中充電電壓始終不變，充電電流自動逐漸減少。5)禁止不同容量和不同廠家的電池混用，否則會嚴(yán)重降低電池使用壽命。電池必須存放在干燥涼爽的環(huán)境中。當(dāng)溫度升高時，要降低浮充電壓。1)盡量使閥控式鉛酸蓄電池工作在15℃一35℃之內(nèi)。%時，容量降低75%，失水達(dá)到25%時，容量基本消失。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。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。 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。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。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。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。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。但是要大范圍的應(yīng)用，還有很多技術(shù)難題待解決。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)電機的輸出電流，改變風(fēng)力發(fā)電機的負(fù)載特性，即調(diào)節(jié)了發(fā)電機的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性，從而控制風(fēng)力機轉(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)電機的輸出功率。當(dāng)開關(guān)管Q導(dǎo)通時，二極管D截止，發(fā)電機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。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。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)電機的輸出端到蓄電池，所以防止了蓄電池對風(fēng)力發(fā)電機的反向供電。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書8 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。由于用永久磁鋼取代勵磁線圈勵磁，永磁同步發(fā)電機結(jié)構(gòu)簡單，加工及裝配比較容易。目前小型風(fēng)力發(fā)電機主要是低速永磁發(fā)電機，這主要是因為小型風(fēng)力發(fā)電機的風(fēng)輪是直接禍合在發(fā)電機軸上，省去了升速機構(gòu)，故不用增速齒輪箱增速，這就要求發(fā)電機只有幾百轉(zhuǎn)每分，所以采用低速發(fā)電機。 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 停 機 。 ② 發(fā) 電 機 ： 小 型 風(fēng) 力 發(fā) 電 機 一 般 采 用 的 是 永 磁 式 交 流 發(fā) 電 機 ， 由 風(fēng) 輪 驅(qū) 動 發(fā)電 機 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 。 小型風(fēng)力發(fā)電機的結(jié)構(gòu)小 型 風(fēng) 力 發(fā) 電 機 組 的 組 成 ： 小 型 風(fēng) 力 發(fā) 電 機 組 一 般 由 下 列 幾 部 分 組 成 ： 風(fēng) 輪 、發(fā) 電 機 、 調(diào) 速 和 調(diào) 向 機 構(gòu) 、 停 車 機 構(gòu) 、 塔 架 及 拉 索 等 ，內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書7① 風(fēng) 輪 ： 小 型 風(fēng) 力 機 的 風(fēng) 輪 大 多 用 2－ 3 個 葉 片 組 成 ， 它 是 把 風(fēng) 能 轉(zhuǎn) 化 為 機械 能 的 部 件 。系統(tǒng)采用輸出電壓隨風(fēng)速變化的系統(tǒng)，在發(fā)電機和負(fù)載間設(shè)置儲能設(shè)備(如蓄電池)和整流、逆變設(shè)備來變換，以滿足用戶對輸出電壓的要求。主要有他勵、自勵和復(fù)勵幾種形式，小型直流發(fā)電系統(tǒng)大都用于1KW以下的微、小型風(fēng)力發(fā)電裝置，與蓄電池儲能配合使用。 照 風(fēng) 力 發(fā) 電 機 的 功 率 分 按 風(fēng) 力 發(fā) 電 機 的 功 率 可 分 為 大 、 中 、 小 型 風(fēng) 力 發(fā) 電 機 。 圖22水平軸風(fēng)力發(fā)電機（ 1） 水 平 軸 風(fēng) 力 發(fā) 電 機 ： 水 平 軸 風(fēng) 力 發(fā) 電 機 的 風(fēng) 輪 圍 繞 一 個 水 平 軸 旋 轉(zhuǎn) ，風(fēng) 輪 軸 與 風(fēng) 向 平 行 ， 風(fēng) 輪 上 的 葉 片 式 徑 向 安 裝 的 ， 與 旋 轉(zhuǎn) 軸 垂 直 ， 并 與 風(fēng) 輪 的 旋轉(zhuǎn) 平 面 成 一 角 度 （ 稱 為 安 裝 角 ） 。第三章 講述了小型風(fēng)力供電系統(tǒng)電路的設(shè)計及各部分器件的選擇，以及部分計算。本論文討論的是前者，即獨立運行風(fēng)電系統(tǒng)的解決方案。 風(fēng)力發(fā)電的特點風(fēng)力發(fā)電有如下特點（1）可再生，且清潔無污染。兩大風(fēng)能地帶——西北、華北、東北和東南沿海為風(fēng)能資源豐富區(qū), 跨全國21個省、市、自治區(qū)。風(fēng)力發(fā)電的迅猛發(fā)展也使那些本地能源短缺的發(fā)展中國家收益, 如巴西、阿根廷、摩洛哥、埃及和哥斯達(dá)黎加等國是發(fā)展中國家風(fēng)力發(fā)電的佼佼者。在1998 2022年期間, 美國風(fēng)力發(fā)電的總裝機容量已經(jīng)超過6740MW, 可以滿足160萬個中等家庭的日常用電需求。 風(fēng)力發(fā)電概述 國外風(fēng)力發(fā)展國際能源研究報告表明, 如果各國采取有力措施, 風(fēng)力發(fā)電到2022年可提供世界電力需求的10%, 創(chuàng)造 170萬個就業(yè)機會,并在全球范圍內(nèi)減少100多億噸二氧化碳廢氣。是一種安全、可靠的能源。（3）人類在利用礦物燃料的過程中，必然釋放出大量有害物質(zhì)，使人類賴以生存的環(huán)境受到破壞和污染。盡管如此，風(fēng)能資源具有如下優(yōu)越性：（1）邊遠(yuǎn)地區(qū)由于遠(yuǎn)離電網(wǎng)，同時這些地區(qū)的居民用電和所設(shè)置的微波中繼站、氣象臺、電視調(diào)頻差轉(zhuǎn)臺以及邊防哨所需要的電功率大都在 10 千瓦以下，在這種條件下，由輸電線將電力輸送到邊遠(yuǎn)地區(qū)耗資巨大顯然是不利的。 課題的目的和意義 風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)點 風(fēng)是