【正文】 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 圖 22 威布爾分布函數(shù)曲線 上式滿足 (24) （ 2）起動(dòng)風(fēng)速。不同地區(qū)，不同時(shí)期參數(shù) K、 C是不同的，可根據(jù)某地連續(xù) 30年的風(fēng)資料算出該地的 K、C參數(shù)，威布爾分布函數(shù)曲線見(jiàn)圖 22。 風(fēng)速 V是隨機(jī)變量，經(jīng)研究專(zhuān)家們多認(rèn)為用雙參數(shù)威布爾概率密度函數(shù)擬合風(fēng)速頻率分布最好腳。 （ 1） 雙參數(shù)威布爾分布 風(fēng)能就是流動(dòng)空氣具有的動(dòng)能。當(dāng)風(fēng)力機(jī)的輸出功率達(dá)到標(biāo)稱功率時(shí)的工作風(fēng)速叫做該風(fēng)力機(jī)的額定風(fēng)速。 當(dāng)風(fēng)速超過(guò)某一值的時(shí)候，基于安全上的考慮 (主要是塔架和槳葉強(qiáng)度 )，風(fēng)力機(jī)應(yīng)該停止運(yùn)轉(zhuǎn)，所以每一臺(tái)風(fēng)力機(jī)都規(guī)定有最高風(fēng)速 Vfmax，最高風(fēng)速 Vfmax與風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)強(qiáng)度有關(guān)，是設(shè)計(jì)時(shí)給定的參數(shù) 。啟動(dòng)力矩主要與風(fēng)力機(jī)本身的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)摩擦阻力有關(guān) η 3 工作風(fēng)速與輸出功率 風(fēng)力機(jī)啟動(dòng)時(shí)，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(dòng)機(jī)構(gòu)的效率甲 η 2和發(fā)電機(jī)的效率 η 3 等 ，所以實(shí)際風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的效率，可以表示為 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 η = η 1實(shí)際風(fēng)力機(jī)吸收的功率與理想風(fēng)力機(jī)吸收的功率的比值叫做風(fēng)力機(jī)的效率。但是，風(fēng)力機(jī)在制做過(guò)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(fēng)速與輸出功率 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出效率 最理想的風(fēng)力機(jī)也不可能吸收全部的風(fēng)能，而只能吸收部分風(fēng)能。 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 2 風(fēng)力機(jī)理論 基本公式 風(fēng)能利用系數(shù) 風(fēng)力機(jī)從自然風(fēng)能中吸收的能量大小程度用風(fēng)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(shè)計(jì) 成在幾乎所有的風(fēng)況下都能獲得較大的空氣動(dòng)力效率，因而提高了捕捉風(fēng)能的效率，試驗(yàn)表明，在平均風(fēng)速 ，變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組要比恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組多捕獲 15%的風(fēng)能，同時(shí)每由于機(jī)艙重量減輕和改善了傳動(dòng)系統(tǒng)各部件的受力狀況，可使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的支撐結(jié)構(gòu)減輕，塔架等基礎(chǔ)費(fèi)用也可降低。在 50m 高處捕提的風(fēng)能要比 30m 高處多 20%。在中、大型風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計(jì)中，采用了更高的塔架以捕捉更多的風(fēng)能。例如，在美國(guó)，國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室研制開(kāi)發(fā)了一種新型 葉片，比早期的一些風(fēng)力機(jī)槳葉捕捉風(fēng)能的能力要大 20%。早期的一些風(fēng)力機(jī)槳葉是根據(jù)直升飛機(jī)的機(jī)翼設(shè)計(jì)的，而風(fēng)力機(jī)的槳葉運(yùn)行在與直升飛機(jī)很不同的空氣動(dòng)力環(huán)境中。槳葉材料由玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 發(fā)展為強(qiáng)度高、重量輕的碳纖維。例如，單機(jī)容量不斷增大，槳葉的長(zhǎng)度也在不斷增長(zhǎng)，容量為 2MW 的風(fēng)力機(jī)葉輪掃風(fēng)直徑達(dá)72m。目前主流發(fā)電機(jī)組的功率，以上升到 600～ 750KW， MW級(jí)的機(jī)組也成批生產(chǎn)， 24MW 級(jí)的機(jī)組已在實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)。目前正處 于前期工作階段和正在建設(shè)的風(fēng)電場(chǎng)以遍及 10 多個(gè)省、市和自治區(qū)。特別近年來(lái)，中國(guó)的風(fēng)力風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和巨大的發(fā)展。 1983年在山東榮城引進(jìn) 3臺(tái)丹麥 55KW 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，開(kāi)始并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的試驗(yàn)和示范。目前風(fēng)力發(fā)發(fā)電機(jī)組的研制開(kāi)發(fā)重點(diǎn)分兩方面，一是 1KW 以下獨(dú)力運(yùn)行的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，二是 100KW 以上并網(wǎng)運(yùn)行的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。世界能源委員會(huì)預(yù)計(jì)，全世界到 2020年風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量可達(dá) 億～ 億 KW。世界風(fēng)電總裝機(jī)容量 1997 年底為 746 萬(wàn) KW，1998 年底為 1015 萬(wàn) KW， 1999 年底風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的研究為 1393 萬(wàn) KW， 2020 年達(dá) 1845 萬(wàn) KW， 2020 年達(dá) 2493萬(wàn) KW， 2020 年達(dá) 3112KW，平均年增長(zhǎng)率在 30%以上。到 20 世紀(jì) 90 年代，單機(jī)容量為 100～ 200KW 的機(jī)組已在中型和大型風(fēng)電場(chǎng)中成為主導(dǎo)機(jī)型。 1987 年加拿大研制出單機(jī)容量為 的立軸達(dá)里厄風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，安裝于魁北 克省的凱普一柴特。 風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀 世界風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀 20 世紀(jì) 80 年代以來(lái)，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的研制取得了巨大進(jìn)展。綠色電力的發(fā)展就是一個(gè)典型的例予，人們自愿以高于化石電力的價(jià)格購(gòu)買(mǎi)風(fēng)電和其他可再生能源電力。另外，在一些國(guó)家（如歐盟國(guó)家）中，風(fēng)能開(kāi)發(fā)利用已經(jīng)成為熱點(diǎn)問(wèn)題，得到了公眾的支持。 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 社會(huì)驅(qū)動(dòng)力 風(fēng)能份額增加時(shí)，會(huì)創(chuàng)造很多直接和間接的就業(yè)機(jī)會(huì)。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(dǎo)致自然災(zāi)害的頻發(fā)、土地沙漠化，使 “ 地球村 ” 的效應(yīng)更加明顯，各國(guó)都認(rèn)識(shí)到必須共同采取措施減緩和影響這種變化。一個(gè)國(guó)家如果開(kāi)發(fā)利用風(fēng)能技術(shù)早，就有可能占據(jù)風(fēng)能利用的技術(shù)和市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。 促進(jìn)能源產(chǎn)業(yè)升級(jí) 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)屬于新興技術(shù)，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)是朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)。一些國(guó)家要靠進(jìn)口化石能源來(lái)滿足本國(guó)內(nèi)能源的消費(fèi)。為了人類(lèi)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，當(dāng)務(wù)之急是尋找和研究利用其他可再生資源。人們開(kāi)始認(rèn)識(shí)到，無(wú)限制地開(kāi)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(jī)的供電，考慮油料的運(yùn)輸成本，農(nóng)牧戶承擔(dān)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(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)供電，農(nóng)牧戶承擔(dān)的成本約2 元 /KW 左右。在偏遠(yuǎn)地區(qū)，電力供應(yīng)困難。下面將主要從經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會(huì)和技術(shù)進(jìn)步四 方面來(lái)介紹風(fēng)能開(kāi)發(fā)利用的動(dòng)因。 可以說(shuō)，對(duì)風(fēng)力發(fā)電的研究和進(jìn)行這方面的畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)我們從事風(fēng)力發(fā)電事業(yè)的同學(xué)是有著十分重大的理論和現(xiàn)實(shí)意義的，也是十分有必要的。因此，能源和環(huán)境問(wèn)題成為當(dāng)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(jī)有體積小、噪音小、使用壽命長(zhǎng)、價(jià)格低的特點(diǎn)，適合在有風(fēng)能資源地區(qū)的樓房頂部，供應(yīng)家庭用電，例如照明： 燈泡 ,節(jié)能燈 ； 家用電器 :電視機(jī)、收音機(jī)、電風(fēng)扇、洗衣機(jī)、電冰箱 。首先，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的總體機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并且設(shè)計(jì)了限速控制系統(tǒng)。 最后，向在百忙中抽出時(shí)間對(duì)本文進(jìn)行評(píng)審并提出寶貴意見(jiàn)的各位老師表示衷心地，真誠(chéng)的感謝！ 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) XXIII 小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì) 摘要 基于開(kāi)發(fā)風(fēng)能資源在改善能源結(jié)構(gòu)中的重要意義，本論文對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的特性作了簡(jiǎn)要的介紹，且對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的各種參數(shù)和風(fēng)力機(jī)類(lèi)型作了必要的說(shuō)明。在我撰寫(xiě)論文的過(guò)程中， ***老師傾注了大量的心血和汗水，無(wú)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(xì)致的教誨和無(wú)私的幫助，特別是他湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) XXII 廣博的學(xué)識(shí)、深厚的學(xué)術(shù)素養(yǎng)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和一絲不茍的工作作風(fēng)使我終生受益，在此表示 真誠(chéng)地感謝和深深的謝意。可用于電網(wǎng)未通達(dá) 的偏遠(yuǎn)地區(qū)的戶用電力供應(yīng)。將該電氣設(shè)計(jì)接入風(fēng)機(jī)組和逆變電路之間，即可實(shí)現(xiàn)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)戶用型 50HZ交流電。論文 的重點(diǎn)在于電氣設(shè)計(jì)部分，因此作者對(duì)電氣設(shè)計(jì)各部分進(jìn)行了具體的論證分析，用 OMRON編程軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了邏輯電路的設(shè)計(jì)及仿真，證明電路的邏輯性正確無(wú)誤，做到了按照作者的設(shè)計(jì)要求切換電路。 （ 6） 為了保證可靠的關(guān)斷與導(dǎo)通 ,在柵射極加穩(wěn)壓二極管。 （ 4） 6腳過(guò)電流保護(hù)取樣信號(hào)連接端 ,通過(guò)快恢復(fù)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(kāi)通關(guān)斷時(shí)間延長(zhǎng) ,使得開(kāi)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(dǎo)通。 其典型接線方法如圖 3— 13： 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) XVIII 圖 312 EX840/EX841 集成電路接線方法 使用時(shí)注意如下幾點(diǎn)： （ 1） IGBT 柵 射極驅(qū)動(dòng)回路往返接線不能太長(zhǎng) (一般應(yīng)該小于1m),并且應(yīng)該采用雙絞線接法 ,防止干擾。 （ 5） 具有靈敏的過(guò)流保護(hù)能力。 （ 3） 盡可能小的輸入輸出延遲時(shí)間 ,以提高工作效率。 對(duì) IGBT 驅(qū)動(dòng)電路的基本要求如下： （ 1） 提供適當(dāng)?shù)恼蚝头聪蜉敵鲭妷?,使 IGBT可靠的開(kāi)通和關(guān)斷?？煽啃院桶踩远加兄匾囊饬x。 IGBT 的驅(qū)動(dòng)電路 驅(qū)動(dòng)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(duì)整個(gè)裝置的性能有很大影響。 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) XVII 圖 1443（ a）中煮點(diǎn)錄音開(kāi)關(guān) T1~T4 世紀(jì)是各種半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的一種理想模型。當(dāng)以頻率 Fs交替切換開(kāi)關(guān)管 T T4 和 T T3 時(shí)，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(fù)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(guò)程，是通過(guò)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)通和關(guān)斷作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 逆變電路 獨(dú)立運(yùn)行的異步風(fēng)力發(fā)電動(dòng)機(jī)組輸出 有是不穩(wěn)定的交流電，必須用蓄電池儲(chǔ)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(jī)、電冰箱、電風(fēng)扇和絕大多數(shù)動(dòng)力機(jī)械等都是以交流電工作，因此，在獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)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(guò)程叫逆變，具有逆變 功能的電力電子設(shè)備稱為逆變器，逆變器還具有自動(dòng)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(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) XV 出兩線亦與逆變器相接，作為風(fēng)能不足時(shí)負(fù)載的供電電路，其通斷狀態(tài)用動(dòng)開(kāi)觸點(diǎn) I2控制。 放電時(shí)，當(dāng)蓄 電池電壓高于 21V 時(shí)，繼電器 V3 工作，其控制的動(dòng)合觸點(diǎn) V3閉合，保持放電狀態(tài)；當(dāng)該電壓低于 21V時(shí)，繼電器 V3停止工作，其控制的動(dòng)合觸點(diǎn) V3斷開(kāi)，從而斷開(kāi)了放電電路 。下面以 本論文 24V額定電壓為例，負(fù)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(hù)電路 該控制器由電壓繼電器 V V3 和它們所控制的動(dòng)開(kāi)觸點(diǎn) V動(dòng)合觸點(diǎn) 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(jiàn)，如果充電電壓過(guò)高，將會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞用戶的電器；若放電電壓過(guò)低（放電電流太大或放電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)），不僅影響到用湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) XIV 戶電器的 正常使用，而且會(huì)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(guò) 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(huì)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(shí)際應(yīng)用中再做具體分析。蓄電池組在充電和放電的過(guò)程中，端電壓是不相等的，充電時(shí)端電壓高于電動(dòng)勢(shì)，放電時(shí)端電壓低于其電動(dòng)勢(shì)。 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(fēng)力發(fā)電機(jī)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(huì)出 現(xiàn)操作過(guò)電壓獲換向過(guò)電壓。 整流管的參數(shù)應(yīng)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(guò)的最大工作電流來(lái) 選擇。 參數(shù)選擇 由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出電壓與輸出電流是會(huì)隨著風(fēng)速的波動(dòng)而發(fā)生很大變化的。 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)