【正文】 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 10 圖 22 威布爾分布函數(shù)曲線 上式滿足 (24) （ 2）起動風速。不同地區(qū)，不同時期參數(shù) K、 C是不同的，可根據(jù)某地連續(xù) 30年的風資料算出該地的 K、C參數(shù)，威布爾分布函數(shù)曲線見圖 22。 風速 V是隨機變量，經(jīng)研究專家們多認為用雙參數(shù)威布爾概率密度函數(shù)擬合風速頻率分布最好腳。 （ 1） 雙參數(shù)威布爾分布 風能就是流動空氣具有的動能。當風力機的輸出功率達到標稱功率時的工作風速叫做該風力機的額定風速。 當風速超過某一值的時候，基于安全上的考慮 (主要是塔架和槳葉強度 )，風力機應該停止運轉(zhuǎn)，所以每一臺風力機都規(guī)定有最高風速 Vfmax，最高風速 Vfmax與風力機的設計強度有關，是設計時給定的參數(shù) 。啟動力矩主要與風力機本身的傳動機構(gòu)摩擦阻力有關 η 3 工作風速與輸出功率 風力機啟動時，為了克服其內(nèi)部的摩擦阻力而需要一定的力矩。另外還有傳動機構(gòu)的效率甲 η 2和發(fā)電機的效率 η 3 等 ，所以實際風力發(fā)電機輸出的效率，可以表示為 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 9 η = η 1實際風力機吸收的功率與理想風力機吸收的功率的比值叫做風力機的效率。但是，風力機在制做過程中，由于受到各種條件的限制，做不到完全理想的形狀。 工作風速與輸出功率 風力發(fā)電機的輸出效率 最理想的風力機也不可能吸收全部的風能，而只能吸收部分風能。 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 7 2 風力機理論 基本公式 風能利用系數(shù) 風力機從自然風能中吸收的能量大小程度用風能利用系數(shù) Cp表示。這是一種很有發(fā)展前途的技術(shù)。由于他被設計 成在幾乎所有的風況下都能獲得較大的空氣動力效率，因而提高了捕捉風能的效率，試驗表明，在平均風速 ，變速風力發(fā)電機組要比恒速風力發(fā)電機組多捕獲 15%的風能，同時每由于機艙重量減輕和改善了傳動系統(tǒng)各部件的受力狀況，可使風力發(fā)電機組的支撐結(jié)構(gòu)減輕，塔架等基礎費用也可降低。在 50m 高處捕提的風能要比 30m 高處多 20%。在中、大型風電機組的設計中，采用了更高的塔架以捕捉更多的風能。例如，在美國，國家可再生能源實驗室研制開發(fā)了一種新型 葉片，比早期的一些風力機槳葉捕捉風能的能力要大 20%。早期的一些風力機槳葉是根據(jù)直升飛機的機翼設計的，而風力機的槳葉運行在與直升飛機很不同的空氣動力環(huán)境中。槳葉材料由玻璃纖維增強樹脂湖南電氣職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 6 發(fā)展為強度高、重量輕的碳纖維。例如，單機容量不斷增大，槳葉的長度也在不斷增長，容量為 2MW 的風力機葉輪掃風直徑達72m。目前主流發(fā)電機組的功率，以上升到 600～ 750KW， MW級的機組也成批生產(chǎn)， 24MW 級的機組已在實驗生產(chǎn)。目前正處 于前期工作階段和正在建設的風電場以遍及 10 多個省、市和自治區(qū)。特別近年來，中國的風力風電場建設取得了較好的經(jīng)濟效益和巨大的發(fā)展。 1983年在山東榮城引進 3臺丹麥 55KW 風力發(fā)電機組，開始并網(wǎng)風力發(fā)電技術(shù)的試驗和示范。目前風力發(fā)發(fā)電機組的研制開發(fā)重點分兩方面，一是 1KW 以下獨力運行的小型風力發(fā)電機組，二是 100KW 以上并網(wǎng)運行的大型風力發(fā)電機組。世界能源委員會預計，全世界到 2020年風力發(fā)電裝機容量可達 億～ 億 KW。世界風電總裝機容量 1997 年底為 746 萬 KW，1998 年底為 1015 萬 KW， 1999 年底風力發(fā)電機的設計及風力發(fā)電系統(tǒng)的研究為 1393 萬 KW， 2020 年達 1845 萬 KW， 2020 年達 2493萬 KW， 2020 年達 3112KW，平均年增長率在 30%以上。到 20 世紀 90 年代，單機容量為 100～ 200KW 的機組已在中型和大型風電場中成為主導機型。 1987 年加拿大研制出單機容量為 的立軸達里厄風力發(fā)電機組，安裝于魁北 克省的凱普一柴特。 風力發(fā)電的現(xiàn)狀 世界風力發(fā)電現(xiàn)狀 20 世紀 80 年代以來，工業(yè)發(fā)達國家對風力發(fā)電機組的研制取得了巨大進展。綠色電力的發(fā)展就是一個典型的例予，人們自愿以高于化石電力的價格購買風電和其他可再生能源電力。另外，在一些國家（如歐盟國家）中，風能開發(fā)利用已經(jīng)成為熱點問題，得到了公眾的支持。 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 4 社會驅(qū)動力 風能份額增加時，會創(chuàng)造很多直接和間接的就業(yè)機會。這也迫使人們重視尋找其他可再生的替代能源。冰山消融、海平面升高、大氣環(huán)流和海洋異常導致自然災害的頻發(fā)、土地沙漠化，使 “ 地球村 ” 的效應更加明顯，各國都認識到必須共同采取措施減緩和影響這種變化。一個國家如果開發(fā)利用風能技術(shù)早，就有可能占據(jù)風能利用的技術(shù)和市場優(yōu)勢。 促進能源產(chǎn)業(yè)升級 風力發(fā)電技術(shù)屬于新興技術(shù)，風電產(chǎn)業(yè)是朝陽產(chǎn)業(yè)。一些國家要靠進口化石能源來滿足本國內(nèi)能源的消費。為了人類社會的可持續(xù)發(fā)展，當務之急是尋找和研究利用其他可再生資源。人們開始認識到，無限制地開采煤炭、石油、天然氣等化石能源，終有資源枯竭的一天。在這些地區(qū)，利用汽油／柴油發(fā)電機的供電，考慮油料的運輸成本，農(nóng)牧戶承擔的成本也要高于 6元 /KW。例如在內(nèi)蒙古農(nóng)牧區(qū)，利用小型離網(wǎng)風力發(fā)電系統(tǒng)供電，農(nóng)牧戶承擔的成本約2 元 /KW 左右。在偏遠地區(qū)，電力供應困難。下面將主要從經(jīng)濟、環(huán)境、社會和技術(shù)進步四 方面來介紹風能開發(fā)利用的動因。 可以說，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。因此，能源和環(huán)境問題成為當今世界所面臨的兩大重要課題。s overall mechanism, And has designed the regulating control system. What I design is one kind of new vertical axis small winddriven generator, by the air blower impeller, the column, the crossbeam, the gearshift mechanism, the engaging and disengaging gear and the generator is posed. This kind of generator has the volume to be small, the noise is small, the service life is long, the price low characteristic, suits in has the wind energy resources area building crown, the supply family uses electricity, For example illumination: The light bulb, conserves energy the lamp。這種發(fā)電機有體積小、噪音小、使用壽命長、價格低的特點，適合在有風能資源地區(qū)的樓房頂部，供應家庭用電，例如照明： 燈泡 ,節(jié)能燈 ； 家用電器 :電視機、收音機、電風扇、洗衣機、電冰箱 。首先，對風力發(fā)電機的總體機械結(jié)構(gòu)進行了設計，并且設計了限速控制系統(tǒng)。 最后，向在百忙中抽出時間對本文進行評審并提出寶貴意見的各位老師表示衷心地，真誠的感謝！ 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 XXIII 小型風力發(fā)電機畢業(yè)設計 摘要 基于開發(fā)風能資源在改善能源結(jié)構(gòu)中的重要意義，本論文對風力發(fā)電機的特性作了簡要的介紹，且對風力發(fā)電機的各種參數(shù)和風力機類型作了必要的說明。在我撰寫論文的過程中， ***老師傾注了大量的心血和汗水，無論是在論文的選題、構(gòu)思和資料的收集方面，還是在論文的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了羅老師悉心細致的教誨和無私的幫助，特別是他湖南電氣職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 XXII 廣博的學識、深厚的學術(shù)素養(yǎng)、嚴謹?shù)闹螌W精神和一絲不茍的工作作風使我終生受益，在此表示 真誠地感謝和深深的謝意?？捎糜陔娋W(wǎng)未通達 的偏遠地區(qū)的戶用電力供應。將該電氣設計接入風機組和逆變電路之間，即可實現(xiàn)將風能轉(zhuǎn)化為標準戶用型 50HZ交流電。論文 的重點在于電氣設計部分，因此作者對電氣設計各部分進行了具體的論證分析，用 OMRON編程軟件對系統(tǒng)進行了邏輯電路的設計及仿真，證明電路的邏輯性正確無誤，做到了按照作者的設計要求切換電路。 （ 6） 為了保證可靠的關斷與導通 ,在柵射極加穩(wěn)壓二極管。 （ 4） 6腳過電流保護取樣信號連接端 ,通過快恢復二極管接 IGBT集電極 .。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)生誤導通。 其典型接線方法如圖 3— 13： 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 XVIII 圖 312 EX840/EX841 集成電路接線方法 使用時注意如下幾點： （ 1） IGBT 柵 射極驅(qū)動回路往返接線不能太長 (一般應該小于1m),并且應該采用雙絞線接法 ,防止干擾。 （ 5） 具有靈敏的過流保護能力。 （ 3） 盡可能小的輸入輸出延遲時間 ,以提高工作效率。 對 IGBT 驅(qū)動電路的基本要求如下： （ 1） 提供適當?shù)恼蚝头聪蜉敵鲭妷?,使 IGBT可靠的開通和關斷。可靠性和安全性都有重要的意義。 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。 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 XVII 圖 1443（ a）中煮點錄音開關 T1~T4 世紀是各種半導體開關器件的一種理想模型。當以頻率 Fs交替切換開關管 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。 圖中 Ud為輸入直流電壓， Uo為輸出交 流電壓， R為逆變器的輸出負載。 ( 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，是通過功率半導體開關器件的開通和關斷作用來實現(xiàn)的。 逆變電路 獨立運行的異步風力發(fā)電動機組輸出 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、電冰箱、電風扇和絕大多數(shù)動力機械等都是以交流電工作，因此，在獨立運行的風力發(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。并且在蓄電池組的輸出端引湖南電氣職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 XV 出兩線亦與逆變器相接，作為風能不足時負載的供電電路，其通斷狀態(tài)用動開觸點 I2控制。 放電時，當蓄 電池電壓高于 21V 時，繼電器 V3 工作，其控制的動合觸點 V3閉合，保持放電狀態(tài)；當該電壓低于 21V時，繼電器 V3停止工作，其控制的動合觸點 V3斷開，從而斷開了放電電路 。下面以 本論文 24V額定電壓為例，負荷最高充電電壓限制在 28~29V,最低放電電壓控制在 21~22V。 充放電 保護電路 該控制器由電壓繼電器 V V3 和它們所控制的動開觸點 V動合觸點 V3構(gòu)成。 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，將會嚴重損壞用戶的電器；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)學院畢業(yè)設計 XIV 戶電器的 正常使用，而且會縮短蓄電池的使用壽命。圖 3— 3— 7分別是蓄電池典型的充放電曲線。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)將在實際應用中再做具體分析。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。 本論文采用 12節(jié)鉛蓄電池串聯(lián)，組 成24V 的蓄電池組。本系統(tǒng)采用的是鉛蓄電池。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為風力發(fā)電機輸出功率， VA； 2U 為整流器入口交流 線電壓， V。 在整流回路中，經(jīng)常會出 現(xiàn)操作過電壓獲換向過電壓。 整流管的參數(shù)應根據(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。 參數(shù)選擇 由于風力發(fā)電機組的輸出電壓與輸出電流是會隨著風速的波動而發(fā)生很大變化的。 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計