【正文】 通過增速系統(tǒng)和離合湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)15器使轉(zhuǎn)矩和扭矩傳遞到風(fēng)力發(fā)電機(jī)軸上，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)軸旋。所以，如何使風(fēng)力發(fā)電和建筑進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，降低小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)噪音，使其安裝在建筑周圍而不影響人的生活質(zhì)量，已成為各個(gè)國家研究的焦點(diǎn)！我設(shè)計(jì)的是一種新型的立式垂直軸小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，由風(fēng)機(jī)葉輪、立柱、橫梁、變速機(jī)構(gòu)、離合裝置和發(fā)電機(jī)組成。傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)啟動(dòng)風(fēng)速要求較高，發(fā)電噪音也很大，所以只能將風(fēng)力發(fā)電機(jī)放在人跡罕至的地方或風(fēng)力較大的地方。湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)143 風(fēng)力發(fā)電機(jī)方案和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 小型垂直式風(fēng)力發(fā)電機(jī)方案設(shè)計(jì)現(xiàn)在，各個(gè)發(fā)達(dá)國家均大力發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)，雖然太陽能一直是新能源商業(yè)化的首選，因?yàn)樘柲艿脑O(shè)置地點(diǎn)較靈活，不會(huì)產(chǎn)生噪音，可以和建筑進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)。一種是一日24次自記10分鐘平均風(fēng)速觀測。因?yàn)轱L(fēng)速隨時(shí)間變化很大，而且變化不定，所以測量時(shí)取一定時(shí)間內(nèi)的風(fēng)速大小的平均值和最長時(shí)間的風(fēng)向。對于風(fēng)能利用，通過對風(fēng)的觀測，可以估算出該地區(qū)可利用的風(fēng)能大小，為風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)和性能研究以及開發(fā)的經(jīng)濟(jì)性等提供條件。(4)為了風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)強(qiáng)度和安全系數(shù)的氣象調(diào)查 異常的強(qiáng)風(fēng)出現(xiàn)的概率、風(fēng)的不定向性以及突風(fēng)程度，冰暴、鹽害等的調(diào)查。(2)選定適合地點(diǎn) 在一年中，對通過強(qiáng)風(fēng)場所的調(diào)查。所以在風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)劃中，對風(fēng)的觀測非常受重視。在風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)中，輸出功率出現(xiàn)30%以上的誤差，將帶來很大的經(jīng)濟(jì)損失。橫坐標(biāo)表示風(fēng)能，單位為:m/s)A—理論風(fēng)能曲線B—扣除空氣動(dòng)力損失后的風(fēng)力機(jī)吸收的功率C—計(jì)算傳動(dòng)損失和機(jī)械能轉(zhuǎn)換損失后的功率曲線D—發(fā)電機(jī)實(shí)際輸出功率曲線圖2—3 功率與風(fēng)速的關(guān)系 風(fēng)能利用與氣象 風(fēng)的觀測對風(fēng)能利用的意義在前面已經(jīng)講述過，風(fēng)能與風(fēng)速的三次方成正比。己知風(fēng)能密度p=12ρv 3，對一臺(tái)效率為?，槳葉半徑為廠的風(fēng)力機(jī)，輸出功率w(V)的威布爾分布函數(shù)為w(V)峰值對應(yīng)之風(fēng)速V P應(yīng)是額定風(fēng)速，此時(shí)風(fēng)力機(jī)提取的風(fēng)能最多。使用起動(dòng)力風(fēng)速大于上式計(jì)算的氣的風(fēng)力機(jī)會(huì)損失小風(fēng)速這一區(qū)段的風(fēng)能，使用起動(dòng)風(fēng)速小于上式計(jì)算的咋的風(fēng)力機(jī)是否更好呢?表面看低風(fēng)速的風(fēng)能得到更多的利用，深入研究可知在之氣的較高風(fēng)速區(qū)風(fēng)能利用率下降，總體上是得不償失，故選用盡可能接近上式結(jié)果的風(fēng)力機(jī)最為理想。雙參數(shù)威布爾分布函數(shù)曲線峰值對應(yīng)的凡就是起動(dòng)風(fēng)速(圖22)。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 啟動(dòng)風(fēng)速為風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪由靜止開始轉(zhuǎn)動(dòng)并能連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最小風(fēng)速:風(fēng)力機(jī)分水平軸和垂直軸兩大類，每一類又有多種形式，同一形式還有若干種規(guī)格，只有科學(xué)地選擇適合當(dāng)?shù)仫L(fēng)能資源的風(fēng)力機(jī)，才能以較少的投資獲取較多的風(fēng)能。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)曲線見圖22。風(fēng)速V是隨機(jī)變量，經(jīng)研究專家們多認(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V fmax，最高風(fēng)速V fmax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)9η = 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)72 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)C p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，國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室研制開發(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)樹脂發(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，槳葉的長度也在不斷增長，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級的機(jī)組也成批生產(chǎn)，24MW 級的機(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)電場以遍及 10 多個(gè)省、市和自治區(qū)。特別近年來，中國的風(fēng)力風(fēng)電場建設(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KW，1998 年底為 1015 萬 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 KW，2022 年達(dá) 1845 萬 KW，2022 年達(dá) 2493 萬 KW，2022 年達(dá) 3112KW，平均年增長率在 30%以上。到 20 世紀(jì) 90 年代，單機(jī)容湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)5量為 100～200KW 的機(jī)組已在中型和大型風(fēng)電場中成為主導(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，工業(yè)發(fā)達(dá)國家對風(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)格購買風(fēng)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(fēng)能開發(fā)利用已經(jīng)成為熱點(diǎn)問題，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)國家如果開發(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)和市場優(yōu)勢。 促進(jìn)能源產(chǎn)業(yè)升級風(fēng)力發(fā)電技術(shù)屬于新興技術(shù)，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)是朝陽產(chǎn)業(yè)。一些國家要靠進(jìn)口化石能源來滿足本國內(nèi)能源的消費(fèi)。為了人類社會(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。人們開始認(rèn)識(shí)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(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)步四方面來介紹風(fēng)能開發(fā)利用的動(dòng)因?？梢哉f，對風(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、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)間對本文進(jìn)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(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)XXIV小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì)摘要基于開發(fā)風(fēng)能資源在改善能源結(jié)構(gòu)中的重要意義，本論文對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的特性作了簡要的介紹，且對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的各種參數(shù)和風(fēng)力機(jī)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(xì)致的教誨和無私的幫助，特別湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)XXIII是他廣博的學(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 腳過電流保護(hù)取樣信號連接端,通過快恢復(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,則開通關(guān)斷時(shí)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(dǎo)通。其典型接線方法如圖 3—13：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(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 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 可靠的開通和關(guān)斷。可靠性和安全性都有重要的意義。 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)，對整個(gè)裝置的性能有很大影響。 圖 1443（a）中煮點(diǎn)錄音開關(guān) T1~T4 世紀(jì)是各種半導(dǎo)體開關(guān)器件的一種理想模型。當(dāng)以頻率 Fs 交替切換開關(guān)管 TT4 和 TT3 時(shí)，則在電阻 R 上獲得如圖 1443（b）所示湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)XVII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程，是通過功率半導(dǎo)體開關(guān)器件的開通和關(guān)斷作用來實(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，這種變換過程叫逆變，具有逆變功能的電力電子設(shè)備稱為逆變器，湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)XVI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，