【正文】 X 圖 512 單相橋式 整流電路電壓與電流的波形 負(fù)載電流的平均值 是 LOLOo RURUI ?? 每個(gè)周期中， D D3串聯(lián)與 D D4串聯(lián)各輪流導(dǎo)電半周，所以每個(gè)湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) XI 二極管中流出的平均電流只有負(fù)載電流的一半，如圖 512（ c）所示，即 LOD RUII ?? 由圖 512（ d）可以看出，二極管截止時(shí)承受的最高反向電壓就是變壓器二次側(cè)交流電壓 u2的最大值 U2m，即 22 2UUU MD R M ?? ID和 UDRM是選擇整流二極管的主要依據(jù)。 負(fù)載上得到的脈動(dòng)直流電壓，常用一個(gè)周期的平均值來說明它的大小。 有上述可見，盡管 u2的方向是交變的，通過負(fù)載 RL的電流 io及其兩端電壓 uo的方向都不變，因此 在負(fù)載上得到大小變化而方向不變的脈動(dòng)湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) IX 直流電流和電壓， uo、 io及二極管承受的電壓 uD的波形如圖 512（ b）、（ d）所示。 在 u2的負(fù)半周，其極性與上述相反，即 b點(diǎn)的電壓高于 a點(diǎn)時(shí)， DD4 導(dǎo)通， D D3截止，電流由 b 經(jīng) D2→ RL→ D4→形成通路，如圖中虛線箭頭所示。 在 U2的正半周，其極性為上（ +）下（ ），即 a點(diǎn) 的點(diǎn)位高于b點(diǎn)時(shí)， D D3導(dǎo)通， D D4截止，電流由 a經(jīng) D1→ R1→ D3→ b形成通路，如圖中實(shí)線箭頭所示。圖511所示為單相橋式整流電路的 畫法。 電路圖和工作原理 目前在所有的整流電路中采用最廣泛的是 單 相橋式全 波 整流電路，本系統(tǒng)亦采用了 該 整流電路。 整流部分 由于自然界風(fēng)力的不穩(wěn)定性，交流發(fā)電機(jī)輸出的是不穩(wěn)定的交流電，頻率和幅值都在不斷地變化，而用戶需要的是正常頻率（即 50HZ）的穩(wěn)定交流電，因此必須進(jìn)行 AC— DC— AC變換，即 先經(jīng)過整流變成直流電，之后在經(jīng)過你變電路將之變成標(biāo)準(zhǔn)的交流電。 采用勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的硅整流交流 發(fā)電機(jī)，與永磁發(fā)電機(jī)比較，其特點(diǎn)是能隨風(fēng)速變化自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出端電壓，防止產(chǎn)生對(duì)蓄電池組過充電，延長(zhǎng)蓄電池組的使用壽命；同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了對(duì)發(fā)電機(jī)的過負(fù)荷保護(hù)，但由于勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的動(dòng)斷、動(dòng)合觸點(diǎn)動(dòng)作頻繁，需對(duì)出頭材質(zhì)及斷弧性能做適當(dāng)?shù)奶幚怼? 圖 33發(fā)電機(jī)負(fù)載電流與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系 為了防止無風(fēng)或風(fēng)速太低時(shí)，蓄電池組向發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組送電，及蓄電池組由充電運(yùn)行變?yōu)榉错懛烹姞顟B(tài)，這不僅會(huì)消耗蓄電池組所儲(chǔ)電能，還可能燒毀勵(lì)磁繞組，因此在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器裝置內(nèi)，還裝有逆流繼電器 I2。電流繼電器 I1的動(dòng)斷觸點(diǎn) I1串接在發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁 回路中，發(fā)電機(jī)輸出的負(fù)荷電流則通過電流繼電器的繞組；當(dāng)發(fā)電機(jī)的輸出電流低于額定值時(shí)，繼電器不工作，動(dòng)斷觸點(diǎn) I1閉合，發(fā)電機(jī)屬于正常勵(lì)磁狀態(tài)；當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出電流高于額定值時(shí)，動(dòng)斷觸點(diǎn) I1斷開，電阻 R2被串入勵(lì)磁回路，勵(lì)磁電流減小，從而降低了發(fā)電機(jī)輸出端的電壓，并減小了負(fù)載電流。 圖 32發(fā)電機(jī)端電壓與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān) 系 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) VI 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)，當(dāng)用戶投入的負(fù)載過多時(shí)，可能出現(xiàn)負(fù)載電流過大超過額定值的狀況，如果不加以控制，使發(fā)電機(jī)過負(fù)荷運(yùn)行，會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)的使用壽命有較大的影響，甚至損壞發(fā)電機(jī)的定子繞組。 當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速較低，發(fā)電機(jī)端電壓低于額定值時(shí)，電壓繼電器 V1 不動(dòng)作，其動(dòng)斷觸點(diǎn) V1閉合，硅整流器輸出端電壓直接施加在勵(lì)磁繞組上，發(fā)電機(jī)屬于正常勵(lì)磁狀態(tài)；當(dāng)風(fēng)速加大，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速增高，發(fā)電機(jī)端電壓高于額定電壓時(shí)，動(dòng)斷觸電 V1 斷開，勵(lì)磁回路中被 串入了電阻 R2，勵(lì)磁電流及磁通隨之減小，發(fā)電機(jī)輸出端電壓隨之下降；當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓降至額定值時(shí)，觸點(diǎn) V1重新閉合，發(fā)電機(jī)恢復(fù)到正常勵(lì)磁狀態(tài)。 為了消除發(fā)電機(jī)輸出端電壓的波動(dòng)，該硅整流交流發(fā)電機(jī)配有勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，如圖所示，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器由 電壓繼電器 V電流繼電器 I逆流繼電器 I2及其所控制的動(dòng)斷觸電 V I1和動(dòng)合觸電 I2 以及電阻 R2等組成。顯而易見，如果電壓的波動(dòng)得不到控制，在向負(fù)載供電的情況下，將會(huì)影湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) V 響供電質(zhì)量，甚至損壞用電設(shè)備。 圖 31 串聯(lián)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器 獨(dú)立運(yùn)行的小型風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)力機(jī)葉片多數(shù)是固定槳距的，當(dāng)風(fēng)力變化時(shí)風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速隨之變化，與風(fēng)力機(jī) 相連的發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速也隨之變化，因而發(fā)電機(jī)的出口電壓也會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，這將導(dǎo)致硅整流器輸出的直流電壓及發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的變化，并造成勵(lì)磁磁場(chǎng)的變化，這樣又造成發(fā)電機(jī)出口電壓的波動(dòng)。發(fā)電機(jī)的定子由定子鐵心和 定子繞組組成，定子繞組為 單 相， Y型連接，放在定子鐵芯內(nèi)圓槽內(nèi)。 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) IV 發(fā)電機(jī) 結(jié)構(gòu)、工作原理及電路圖 本論 文提出的系統(tǒng)采用蓄電池組為勵(lì)磁功供電，并在蓄電池組合勵(lì)磁繞組之間串聯(lián)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。 眾所周知，如果接近風(fēng)力機(jī)的空氣全部動(dòng)能都被風(fēng)力機(jī)全部吸收，那么風(fēng)輪后的空氣就不動(dòng)了，然而空氣當(dāng)然不能完全停止，所以風(fēng)力機(jī)的效率總是小于 1。如果風(fēng)速增加一倍，風(fēng)的功率便會(huì)增加 8倍。 風(fēng)力機(jī)的功率 風(fēng)的動(dòng)能和風(fēng)速的平方成正比，功率是力和速度的乘積，也可用于風(fēng)輪功率的計(jì)算。在裝機(jī)是 應(yīng)使其與輪轂相連。所以，在帶動(dòng)發(fā)電機(jī)之前，還必須附加一個(gè)齒輪箱，再加一個(gè)調(diào)速裝置使得轉(zhuǎn)速保持穩(wěn)定，然后在連接到發(fā)電機(jī)上。由尾翼帶東水平軸旋轉(zhuǎn)，是風(fēng)輪總朝向風(fēng)吹來的方向。 （ 3） 對(duì)風(fēng)裝置：自然界的風(fēng)向及風(fēng)速一直變 化，為了得到較高的風(fēng)能利用率，應(yīng)使風(fēng)能的旋轉(zhuǎn)面經(jīng)常對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向?yàn)榇诵枰獙?duì)風(fēng)裝置。這時(shí)塔架需要承受兩個(gè)主要的載荷：一個(gè)是風(fēng)力機(jī)的重力，向下壓在塔架上；另一個(gè)是阻力，使 圖 22 風(fēng)力主要部結(jié)構(gòu)圖 塔架向風(fēng)的下游方向彎曲。當(dāng)風(fēng)速高于風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)風(fēng)速時(shí)，為防止葉片損壞，需對(duì)風(fēng)輪進(jìn)行控制，控制風(fēng)輪有三種方法： a，使風(fēng)輪偏離主方向； b，改變?nèi)~片角度；利用擾流器，產(chǎn)生阻力，以降低風(fēng)輪轉(zhuǎn)速。 風(fēng)力機(jī)的主要部件 水平軸風(fēng)力機(jī)主要由風(fēng)輪、塔架、對(duì)風(fēng)裝置、齒輪箱組成，整體結(jié)構(gòu)如圖 2— 2所示： （ 1） 風(fēng)輪：由 1~3個(gè)葉片組成，這是吸收風(fēng)能的主要部件。在產(chǎn)生升力的同時(shí)也產(chǎn)生阻力，風(fēng)速也會(huì)有所下降。氣動(dòng)升力是由飛行器的機(jī)翼產(chǎn)生的一種力，如圖 21。本系統(tǒng)中采用的是水平軸風(fēng)力機(jī)。此時(shí)即可實(shí)現(xiàn)為負(fù)載供電。 （ 5） ，直流電經(jīng)控制電路流向逆變器，并向蓄電池充電； ，控制電路切換為蓄電池供電狀態(tài)。（此時(shí)發(fā)出的是 頻 率和幅值都不穩(wěn) 定的交流電） 。 （ 2） 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通過連接的齒輪變速箱來提高輸出端轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速，該軸與發(fā)電機(jī)相連。 本論文討論的是前者，即獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)電系統(tǒng)的解決方案。 （ 3） 風(fēng)電的不穩(wěn)定性會(huì)給電網(wǎng)或負(fù)載帶來一定的沖擊影響。 [3] 風(fēng)力發(fā)電 有如下 特點(diǎn) （ 1） 可再生，且清潔無污染。槳葉具有良好的動(dòng)力外形，在氣流的作用下能產(chǎn)生空氣動(dòng)力是風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)，將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再通過齒輪箱增速驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化電能。風(fēng)力發(fā)電這一朝陽產(chǎn)業(yè)必將蓬勃發(fā)展，成為將來能源供給的支柱產(chǎn)業(yè)！ 風(fēng)力發(fā)電的原理和特點(diǎn) 風(fēng)力發(fā)電是利用風(fēng)能來發(fā)電，而風(fēng) 力發(fā)電機(jī)組是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的機(jī)械。其特點(diǎn)是項(xiàng)目規(guī)模和裝機(jī)容量較大，發(fā)展速度較快，平均年新增裝機(jī)容量 KW，最大單機(jī)容量達(dá)到 1300KW。共建 5 個(gè)風(fēng)電場(chǎng)，安裝風(fēng)機(jī) 131臺(tái)，裝機(jī)容量 KW，最大單機(jī) 500KW。其特點(diǎn)是項(xiàng)目規(guī)模小，單機(jī)容量小，最大單機(jī) 200KW，總裝機(jī)容量 KW。我國(guó)的風(fēng)電開發(fā)起步較晚，大體分為三個(gè)階段。 中國(guó)的風(fēng)能資源十分豐富。以美國(guó)為例，風(fēng)電機(jī) 組的造價(jià)和發(fā)電成本正逐年降低，達(dá)到可與常規(guī)發(fā)電設(shè)備不相上下的水平。 （ 3）風(fēng)電電價(jià)快速下降。目前，主要風(fēng)電設(shè)備制造企業(yè)集中在歐美國(guó)家，全世湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 界風(fēng)電機(jī)組供應(yīng)商的前 10位供應(yīng)了世界新增裝機(jī)容量的 90% 以上的份額，集中度比較高。最近 ,又發(fā)展了無齒風(fēng)機(jī)等 ,進(jìn)一步提高了安全性和效率。新的風(fēng)電機(jī)組葉片設(shè)計(jì)和制造廣泛采用了新技術(shù)和新材料，有效地改善并提高了風(fēng)力發(fā)電總體設(shè)計(jì)能力和水平。風(fēng)電機(jī)組的技術(shù)沿著增大單機(jī)容量、提高轉(zhuǎn)換效率的方向發(fā)展。其推算的結(jié)果 2020年風(fēng)電裝機(jī) KW，風(fēng)電電量 104億 kWh， 2020年風(fēng)電裝機(jī) KW，風(fēng)電電量 104億 kWh，占當(dāng)時(shí)世界總電消費(fèi)量 104億 kWh的 %。 2020 年歐洲風(fēng)能協(xié)會(huì)和綠色和平組織簽署了《風(fēng)力 12—— 關(guān)于 2020 年風(fēng)電達(dá)到世界電力總量的 12%的藍(lán)圖》的報(bào)告，“風(fēng)力 12%”的藍(lán)圖展示出風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)成為解決世界能源問題的不可或缺的重要力量。近 20年來風(fēng)電技術(shù)有了巨大的進(jìn)步，發(fā)展速度驚人。 風(fēng)力發(fā)電概述 風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀與展望 全球風(fēng)能資源極為豐富，技術(shù)上可以利用的資源總量估計(jì)約 53 106億 kWh /年。而礦物質(zhì)燃料儲(chǔ)量有限，正在日趨減少，況且其帶來的嚴(yán)重的污染問題和溫室效應(yīng)正越來越困擾著人們。由能源問題引發(fā)的危機(jī)以及日益突出的環(huán)境問題，使人們認(rèn)識(shí)到開發(fā)清潔的可再生能源是保護(hù)生態(tài)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的客觀需要。 本論文的重點(diǎn)在于繼 點(diǎn)控制電路的設(shè)計(jì)，并對(duì)各種不同風(fēng)力情況下系統(tǒng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行了全面而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治?，最后電氣控制部分進(jìn)行了系統(tǒng)仿真。 本文 提出的解決方案為，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組帶動(dòng) 單 相交流發(fā)電機(jī)，然后通過 AC— DC— AC 變換為用戶需要的標(biāo)準(zhǔn)交流電 ， 并且考慮到風(fēng)力的不穩(wěn)定性，在系統(tǒng)中并入蓄電池組， 通過控制電路的監(jiān)控實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制， 保證系統(tǒng)在風(fēng)能充足時(shí)可蓄能，在風(fēng)能不充足時(shí)亦可為負(fù)載供電。湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 摘要 風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源越來越受到人們的重視，風(fēng)力發(fā)電也逐漸成為了時(shí)下的朝陽產(chǎn)業(yè)。本論文詳細(xì)闡明了小型獨(dú)立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)和電能的變換及 繼電 控制電路做了深入的研究。 系統(tǒng)的運(yùn)行狀況采用繼電控制電路監(jiān)控和切換。 關(guān)鍵詞 ： 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組；整流 —— 逆變；繼電控制 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 目 錄 摘要 ............................................................................................................................................1 目 錄 ........................................................................................................................................2 引 言 ........................................................................................................................................4 第一章 緒論 ..............................................................................................................................5 風(fēng)力發(fā)電概述 .....................................................................................................................5 風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀與展望 ................................................................................... 5 風(fēng)力發(fā)電的原理和特點(diǎn) ............................................................................... 6 論文系統(tǒng)概述 .....................................................................................................................7 第二章 風(fēng)力機(jī)原理及其結(jié)構(gòu) .................................................................................................. I 風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)原理 ............................................................................................................. I 風(fēng)力機(jī)的主要部件 .............................