【正文】 如下圖所示：圖 31 小型垂直軸風力發(fā)電機框圖該小型垂直軸風力發(fā)電機的發(fā)電原理為：在風的吹動下，風輪轉(zhuǎn)動起來，使空氣動力能轉(zhuǎn)變成了機械能（轉(zhuǎn)速+扭矩）。但是風力發(fā)電較太陽能而言，它的成本優(yōu)勢明顯。我國現(xiàn)行的風速觀測有兩種方法:一種是每日定時4次兩分鐘平均風速觀測。 風的觀測風的觀測，因其目的不同而有各自的特點。湖南電氣職業(yè)技術學院畢業(yè)設計13 風能利用中需要的氣象調(diào)查在風能利用中，需要進行四項氣象調(diào)查:(l)風能密度調(diào)查 結(jié)合風能的地區(qū)分布和可設立風力機地區(qū)面積的調(diào)查，在全國范圍內(nèi)對可利用的風能量進行估算。所以，當風速測量有10%的誤差時，風力機輸出功率的誤差將擴大到33%。（3）額定風速 額定風速的選定直接影響風能利用系統(tǒng)整體的效率和經(jīng)濟性，是風力發(fā)電機設計中的重要參數(shù)。根據(jù)國內(nèi)外100多種風力機，起動風速的范圍是2ms 1，至 6ms1，這一范圍能滿足風能豐富區(qū)、較豐富區(qū)、可利用區(qū)的不同需要。威布爾分布函數(shù)形如下式其中K為形狀參數(shù)，無量綱，C為尺度參數(shù)，量綱為ms 1。 啟動風速和額定風速的選定如何根據(jù)風能資源來選用風力機，使風力機的運行狀態(tài)最佳，確定起動風速和額定風速是關鍵。因此風力機有一最低工作風速稱V fmin，只有風速大于Vfmin時風力機才能工作。η 2因此實際的風力機和理想的風力機之間也有差異。橫截面積為s(m 2)的氣流的動能為E=式中 ρ ——空氣密度， ㎏/m3 Vf ——風速，m/s如果風力機實際獲得的軸功率為P,那么風能利用系數(shù)為CP=P/E=P/() （21 ） 風壓強如圖21a，根據(jù)伯努力方程，風中物體受到的風壓Q為 Q=式中 C——空氣阻力系數(shù)與物體形狀有關，平板一般取2Vf——風與平板的相對速度 阻力式風力機的最大效率建立簡單的理想模型，一個平板在風的氣動壓力作用下沿著風速方向運動，如圖2l（b），并規(guī)定平板上游一定距離上的風速為V f，平板的運動速度為V，那么平板吸收的功率可以表示為 P=FV=QSV式中 F——板受到風的壓力，牛頓 S——平板的面積， m2湖南電氣職業(yè)技術學院畢業(yè)設計8圖21 平板模型F=QS=(VfV)2所以P=(VfV)2V (22)對給定的上游風速玲，可以寫出以平板的運動速度V為函數(shù)的功率變化關系式，對V進行微分得dp／ dv=CP(VfV)(VfV／ 3)令 dp／ dv=0， 可以得到兩個解：1） V1=Vf沒有物理意義2） V2=Vf／ 3對應于最大值Pmax=(4C/27)CPmax=4C/27 (23)從上式中可以看出，阻力式風力機的效率是比較低的，提高效率的唯一辦法是設法提高風的阻力系數(shù)C。其運行維護費用也較低。地處平坦地帶的風力機。對葉型的進一步改進，增強了風力機捕捉風能的效率。目前最長的葉片以做到 50m。 風力發(fā)電展望風力發(fā)電技術目前還在不斷發(fā)展，主要體現(xiàn)在單機容量不斷增大上。1986 年在新疆達坂城安裝了 1 臺100KW 風力發(fā)電機組，1989 年又安裝了 13 臺 150KW 風力發(fā)電機組，同年在內(nèi)蒙古朱日和也安裝 5 臺美國 100KW 機組，開始了中國風電場運行的試驗和示范。 中國風力發(fā)電現(xiàn)狀中國風力發(fā)電起步較晚，但發(fā)展較快。同時單機容量在 1MW 以上的風力發(fā)電機組也研制開發(fā)成功，并在風電場中成功運行。1987 年美國研制出單機容量為 的水平軸風力發(fā)電機組，安裝于夏威夷群島的瓦胡島上。許多民眾十分關注風能的發(fā)展，并將利用風能和其他可再生能源當成他們的生活方式。風能在能源轉(zhuǎn)化工程中不會產(chǎn)生任何排放量，因此除了不產(chǎn)生煙塵、二氧化硫等區(qū)域性污染外，也不會帶來全球環(huán)境污染。 環(huán)境驅(qū)動力除了人們早先認識到的煙塵、二氧化硫等區(qū)域性的污染外，世界上越來越多的人開始認識到二氧化碳等溫室氣體的大量排放對全球氣候變暖給人類社會帶來的有害影響。風能的開發(fā)利用可以減少對國外能源的依賴，并加強本國的能源供應安全水平，國內(nèi)的化石能源價格變化較小，社會經(jīng)濟穩(wěn)定性也因此而增強。目前石油儲量約 1300億噸，年消耗量約 35 億噸，計今后 25 年中平均年消耗量將達50 億噸，即使加上新發(fā)現(xiàn)的油田，專家估計總儲量也不會超過2022 億噸，有油資源在四五十年后也將枯竭。如果用電網(wǎng)延伸的方法，農(nóng)牧戶承擔的成本高于8 元/KW。 經(jīng)濟驅(qū)動力 經(jīng)濟最優(yōu)化能源供應的經(jīng)濟最優(yōu)化提供了重視開發(fā)利用的基本原理。由能源問題引發(fā)的危機以及日益突出的環(huán)境問題，使人們認識到開發(fā)清潔的可再生能源是保護生態(tài)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的客觀需要。關鍵詞： 風力發(fā)電 限速控制系統(tǒng) 小型風力發(fā)電機 湖南電氣職業(yè)技術學院畢業(yè)設計XXVAbstractExploiting wind energy resources is of great significance in improving energy structure. In the discourse，the characters of wind generator are introduced briefly，while parameters and types of wind generators are also narrated. Base on these，the theory and constitution of the wind generator are meticulously analyzed. Firstly，Has carried on the design to winddriven generator39。在此基礎上，對風力發(fā)電機的原理和結(jié)構(gòu)作了細致的分析。湖南電氣職業(yè)技術學院畢業(yè)設計XXI參考文獻[1] [M].北京：機械工業(yè)出版社，2022：256289.[2] [M].北京:水里水電出版社，2022:2451.[3] (法）勒古里雷斯著，[M].北京：機械工業(yè)出版社，1987：356384.[4] 姚興佳，[M].北京：機械工業(yè)出版社，2022:5667.[5] 秦建國，[J].內(nèi)蒙古:內(nèi)蒙古工業(yè)大學信息工程學院，[6] 王承煦，[M]. 北京:中國電力出版社.2022:221235.[7] [M].北京:機械工業(yè)出版社，1996:6185.[8] 王兆安，[M]. 北京::75116.[9] [J]..湖南電氣職業(yè)技術學院畢業(yè)設計XXII[10] 王大鵬，[M].北京：中國電力出版社，2022：1551.[11] 曲學基,曲敬凱,[M].北京:電子工業(yè)出版社，2022:195221.致 謝在論文完成之際，我要特別感謝我的指導老師***老師的熱情關懷和悉心指導。然后用 MATLAB 對整個實際電路進行了詳細的仿真，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到了預期的要求，證明了方案的切實可行和正確無誤。（5）115 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該小于 20mA,故在 15 腳湖南電氣職業(yè)技術學院畢業(yè)設計XIX前加限流電阻。（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。（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)動電路湖南電氣職業(yè)技術學院畢業(yè)設計XVIII絕緣。簡言之，驅(qū)動電路的基本任務，就是按照控制目標的要求，將單片機輸出的脈沖進行功率放大,轉(zhuǎn)換為加在 IGBT 控制端和公共端之間，可以使其開通或關斷的信號，從而驅(qū)動 IGBT，保證其可靠工作。逆變電路中常用開關器件有快速晶閘管、可關斷晶閘管（GTO） 、功率晶體管（GTR）功率場效應晶體管（MOSFET） 、絕緣柵晶體管（IGBT） 。當開關管 TT4 閉合，TT3 斷開時，逆變器輸出電壓 Uo=Ud；當開關管 TT4 斷開，TT3 閉合時，輸出電壓 Uo=Ud。 逆變電路及其工作原理其電路原理圖如下所示。湖南電氣職業(yè)技術學院畢業(yè)設計XV 蓄電池組供電控制設計控制電路如下圖 3—9 所示，在整流輸出端引出兩線，與逆變器相接，為負載供電，其通斷狀態(tài)用動合觸點 I2 控制。其電路如圖 3—8 所示。圖中縱坐標為蓄電池充、放電端電壓，曲線標號數(shù)字為相應小時的充、放電曲線。蓄電池經(jīng)過多次充放電后，其容量會降低，當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。當外電路閉合時，蓄電池組正負兩極間的電位差即為蓄電池組的端電壓。2 蓄電池在獨立運行的小型風力發(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風力較強或用電負荷減小時，可以將來自風力發(fā)電機發(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；當風力較弱、無風或者用電負荷增大時，儲存在蓄電池中的電能向負荷供電，以彌補風力發(fā)電的不足，達到維持向負荷持續(xù)穩(wěn)定供電的目的。假設 100W 風力發(fā)電機組的輸出電壓經(jīng)過整流后，負荷的額定直流電壓 Uz0=24V，帶負荷運行時的最高電壓，最大負載電流 ，依式 4—1 所示計算出，元件承28zmUV??受的最大正、反向峰值電壓為湖南電氣職業(yè)技術學院畢業(yè)設計XII()mzUV???元件流過的最大電流為 ()mzIIA由上式計算結(jié)果，可選擇最大電流 5A，最大反向電壓 50V 的硅二極管。 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 ? 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。下面討論單相橋式整流電路的定量關系及元件選擇。此時，電源電壓全部加在負載電阻 RL 上，得到一個半波電壓；D2 和 D4 則承受反向電壓。單相橋式整流電路由 4 個二極管接成橋式電路，RL 為負載電阻。而且用該交流發(fā)電機進行發(fā)電時，發(fā)電機的轉(zhuǎn)速必須達到在該轉(zhuǎn)速下的電壓時才能對蓄電池組充電。電流繼電器工作時，發(fā)電機負載電流與發(fā)電機轉(zhuǎn)速的關系如圖 3—3 所示。電壓繼電器工作時發(fā)電機端電壓與發(fā)電機轉(zhuǎn)速的關系如圖 3—2 所示。此外獨立運行的風力發(fā)電系統(tǒng)都帶有蓄電池組，電壓的波動會導致蓄電池組的過充電，從而降低蓄電池組的使用壽命。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組（即勵磁繞組）和轉(zhuǎn)子軸組成，轉(zhuǎn)子鐵芯可做成凸極式或形，一般都用爪形磁極，轉(zhuǎn)子勵磁繞組的兩端接到滑環(huán)上，通過與滑環(huán)接觸的電刷與硅整流器的直流輸出端相連，從而獲得直流勵磁電流。第三章 電氣設計部分 發(fā)電機在本論文討論的獨立風力發(fā)電系統(tǒng)中，采用的是硅整流自勵單相交流發(fā)電機。風力與速度平方成正比，所以風的功率與風度的三次方成正比。齒輪箱的主要作用是將風輪在風力作用下所產(chǎn)生的動力傳遞給發(fā)電機，通過齒輪副的增速作用使其得到相應的轉(zhuǎn)速。本論文只介紹小型風力機的對風裝置，如圖 2—4 所示，利用尾舵控制對風。（2）塔架：為了讓風輪能在較高的風速中運行，需要塔架把風輪支撐起來。升力總是推動葉片繞中心軸轉(zhuǎn)動。 風力機的氣動原理風力發(fā)電機組主要利用氣動升力的風輪。（6）直流電經(jīng)逆變器變換為恒頻穩(wěn)定交流電。（3）轉(zhuǎn)軸帶動單相交流發(fā)電機轉(zhuǎn)動，開始發(fā)電。湖南電氣職業(yè)技術學院畢業(yè)設計風力發(fā)電的運行方式主要有兩種：一類是獨立運行的供電系統(tǒng)，即在電網(wǎng)未通達的地區(qū)，用小型發(fā)電機組為蓄電池充電，再通過逆變器轉(zhuǎn)換為交流電向終端電器供電；另一類是作為常規(guī)電網(wǎng)的電源，與電網(wǎng)并聯(lián)運行。然后在依據(jù)具體要求需要，通過適當?shù)淖儞Q將其存儲為化學能或者并網(wǎng)或者直接為負載供電。隨著風電技術的日趨成熟和電力規(guī)模的擴大，風力發(fā)電機的功率在向大型化方向發(fā)展。 第二階段是 1991～1995 年示范項目取得成效并逐步推廣階段。根據(jù)全國 900 多個氣象站的觀測資料進行估計，中國陸地風能資源總儲量約 億 KW，其中可開發(fā)的風能儲量為 億 KW，而海上的風能儲量有 億 KW，總計為 10 億 KW。由于新技術的運用，風電的電價呈快速下降趨勢，且日益接近燃煤發(fā)電的成本。湖南電氣職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（2）風電制造企業(yè)集中度較高。風機的單機容量已從 600KW 發(fā)展到 2022～5000KW,如德國在北海和易北河口已批量安裝了單機 5000KW 的風機,丹麥已批量建設了單機容量 2022～2200KW 的風機。按照風電目前的發(fā)展趨勢，預計 2022～2022 年期間裝機容量增長率為 20%，以后到 2022 年期間為 15%，2022～2020 年期間為 10%。作為可再生的清潔能源，受到世界各國的高度重視?？梢哉f，對風力發(fā)電的研究和進行這方面的畢業(yè)設計對我們從事風力發(fā)電事業(yè)的同學是有著十分重大的理論和現(xiàn)實意義的，也是十分有必要的湖南電氣職業(yè)技術學院畢業(yè)設計第一章 緒論風能是一種清潔的、儲量極為豐富的可再生能源，它和存在于自然界的礦物質(zhì)燃料能源，如煤、石油、天然氣等不同，它不會隨著其本身的轉(zhuǎn)化和利用而減少，因此可以說是一種取之不盡、用之不竭的能源。系統(tǒng)的運行狀況采用繼電控制電路監(jiān)控和切換。湖南電氣職業(yè)技術學院畢業(yè)設計摘要風能作為一種清潔的可再生能源越來越受到人們的重視，風力發(fā)電也逐漸成為了時下的朝陽產(chǎn)業(yè)。本論文的重點在于