【正文】 免維護(hù)鉛酸蓄電池的充電效果不是很理想。4. 防止過充電。長期充電不足使得蓄電池容量下降，造成蓄電池的早期損壞。蓄電池溫度應(yīng)不超過450C。在大量析氣的狀態(tài)下，用于有效充電消耗的電能，還不到總消耗量的10％（即浪費(fèi)的電能超過了90％），這樣既延長了工作時間，嚴(yán)重的析氣也使正極板腐蝕，損壞了蓄電池。 裝置的設(shè)計技術(shù)指標(biāo)根據(jù)實(shí)際需要，本裝置應(yīng)該在一定的使用條件下按要求的技術(shù)指標(biāo)對免維護(hù)鉛酸蓄電池進(jìn)行理想的快速充電：⑴.電網(wǎng)頻率波動范圍不超過額定值的士2％；⑵.輸出電壓：DC10V～300V；⑶.輸出電流：5A～10OA，連續(xù)可調(diào)； 充放電控制過程分析 鉛酸蓄電池的充電工藝要求1. 充電電流應(yīng)小于或等于蓄電池可接受充電電流。④.具有恒流放電的功能。②.實(shí)時監(jiān)測蓄電池組的環(huán)境溫度。后者正是智能充電裝置的控制器要完成的功能。人們對充電裝置的要求主要有兩方面：其一是要有較高的性能指標(biāo)，如由平均無故障運(yùn)行時間所表達(dá)的可靠性，由穩(wěn)壓穩(wěn)流精度、動態(tài)調(diào)整速度及紋波系數(shù)等所表達(dá)的動、靜態(tài)特性；其二是要有較為完善的自我檢測與控制功能，有較高的智能水平，可以根據(jù)蓄電池的特性和用戶的具體需要，選擇最佳的充電規(guī)律，以提高蓄電池的蓄電容量和使用壽命。因而對直流供電系統(tǒng)進(jìn)行不斷的研究、改造，使之更加完善、可靠是一項(xiàng)重要工作。第4章 充電電路無論在變電站還是發(fā)電廠，直流電源系統(tǒng)都是一種重要的裝備。在理想的工作狀態(tài)下，它可維持蓄電池的電解液中水的含量保持不變，為了使得電池內(nèi)部的這種氣體陰極吸收方式能夠充分進(jìn)行，它要求在電解過程中水的電解反應(yīng)要盡可能進(jìn)行的緩慢，還要求電池內(nèi)部的陽極、陰極及中間隔離板的結(jié)構(gòu)必須易于氣體通過和傳輸。對于免維護(hù)鉛酸蓄電池，它采用了先進(jìn)的陰極吸收式密封技術(shù)，可把這種定期補(bǔ)水的間隔時間延長到五年以上。PbSO4+H+ ()對于老式鉛酸式蓄電池，其中電解液中的水分，在浮動充電及均衡充電末期都會產(chǎn)生電解分離反應(yīng)而被電解成氫氣和氧氣，這些氫氣和氧氣將慢慢消失在空氣中。 Pb243。在充放電狀態(tài)下，鉛酸蓄電池的正、負(fù)極板上在進(jìn)行不同的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生正負(fù)離子形成電流，稱為成流反應(yīng)。 鉛酸蓄電池的放電特性 鉛酸蓄電池的工作原理鉛酸蓄電池由正極板（二氧化鉛）、負(fù)極板(海棉狀鉛)以及電解液（硫酸）組成。 鉛酸蓄電池的充電特性2．放電特性放電電流越小放電容量越大；反之，放電電流越大放電容量越小。采用適當(dāng)?shù)母〕潆妷海饩S護(hù)鉛酸蓄電池的浮充壽命可達(dá)10年以上。％放電后的電池在250C時進(jìn)行恒壓限流充電（、），24小時時左右可以充電至放電量100％以上。％及100％放電后的恒壓限流充電的充電特性圖。電池充足電后，維持電池容量的最佳方法是在電池組兩端加入恒定的電壓。對于不同蓄電池生產(chǎn)廠家，蓄電池的浮充設(shè)計壽命也會不同。由子采用了耐腐蝕的鉛鈣合金板柵，其壽命要高于鉛酸蓄電池，而與鎳鎘電池相當(dāng)。由子采用了先進(jìn)的工藝和配方，其高倍率放電性能明顯優(yōu)于舊式開口鉛酸蓄電池，而接近于中倍率鎳鎘電池的水平，可以滿足電磁式操作機(jī)構(gòu)的合閘要求。(2) 自放電速率也較小?？紤]到這一點(diǎn)，在設(shè)計蓄電池充電裝置時，應(yīng)在電池長時間不用的情況下對電池進(jìn)行補(bǔ)充充電。自放電一般不會損傷電池，只要重新充足電量，還可以照常使用。但環(huán)境溫度較高時，電池的自放電現(xiàn)象比較明顯。為蓄電池在規(guī)定條件下的容量，Qr為電池存儲一段時間后，在同樣規(guī)定條件下的容量。9. 自放電現(xiàn)象當(dāng)電池處于閑置不用（非工作狀態(tài)）時，雖然沒有電流流過蓄電池，但電池內(nèi)的活性物質(zhì)與電解液間自發(fā)的反應(yīng)卻一直在進(jìn)行，這造成了電池內(nèi)的化學(xué)能量無益的損耗，使電池的容量下降，通常將這種現(xiàn)象稱為電池的自放電。根據(jù)前面所介紹的放電深度的概念中可以看出，放電深度不同，電池的循環(huán)壽命是不同的。一般經(jīng)驗(yàn)來講，當(dāng)電池的容量達(dá)到額定容量的80％時，就可以認(rèn)為電池的壽命基本結(jié)束了。7. 電池的老化電池的老化是指另外一種現(xiàn)象：電池在開始使用的一段時間內(nèi)，電池容量增加大約5％～10％，接下來的一段時間，電池的容量大約不變，然后開始慢慢減少，即開始了電池的老化過程。蓄電池的極化現(xiàn)象對蓄電池的工作是不利的。上面提到的蓄電池的極化電阻正是由子電池的極化現(xiàn)象所表現(xiàn)出來的。這三種狀態(tài)的電壓具有下述特點(diǎn)：充電電壓高干開路電壓，而且隨著充電時間的增加而略有升高；放電電壓則低于開路電壓，而且隨著放電時問的增加而略有降低，這種現(xiàn)象稱為電池的極化。6. 電池的極化現(xiàn)象由干蓄電池內(nèi)阻并不是純電阻，所以蓄電池的端電壓也與其它電源有所不同。這是因?yàn)殡姵卦诘碗娏鬟^充電時所產(chǎn)生的極化現(xiàn)象較輕，同時電池的熱量可以及時地向空中散發(fā)，基本上不會對電池造成傷害。這是因?yàn)樵谶^充電階段電池內(nèi)部所進(jìn)行的反應(yīng)為消耗反應(yīng)，它會增大電池內(nèi)部的壓力，同時，由于氧氣的產(chǎn)生和吸收都是放熱反應(yīng)，這就使電池溫度迅速上升。4. 電池的過充電當(dāng)高速率充電而又不能及時地在滿充電后結(jié)束充電過程，電池則很容易存在大電流過充電的問題。這極易對電池造成永久性損害，影響蓄電池的使用壽命。3. 充電終止電壓和放電終止電壓蓄電池充足電時，極板上的活性物質(zhì)己達(dá)到保護(hù)狀態(tài)，再繼續(xù)充電，蓄電池的電壓也不會上升，此時的電壓稱為充電終止電壓。例如一個額定容量C為100Ah的電池，充電2小時后，電池完全充滿，則它的充電電流為： I=C/2=（A） ()：若用1O小時就達(dá)到充滿狀態(tài)，則它的充電電流為： I=C/10=（A） ()。電池容量用C表示，其單位用Ah、mAh表示。1. 電池容量 電池容量是蓄電池使用過程中的一個重要參數(shù)，它指蓄電池充足電后放電到終止電壓時所輸出的電量，也就是在一定的放電條件下可以從電池中獲得的電量。因此，在風(fēng)力發(fā)電的電能變換裝置中，選用鉛酸蓄電池。因?yàn)樗鼈兙哂休^大的內(nèi)阻，從而限制了峰值放電電流，使它們比較適用子長期電流消耗要求較小的產(chǎn)品。： 特性鉛酸蓄電池 鎳鎘電池 鎳氫電池鋰離子電池能量Wh/Kg密度 30 40 60 90能量Wh/l密度 60 100 140 210單電池電壓(V) (平均) 放電曲線 緩慢傾斜 平直 平直 傾斜 自放電 30%/月 15%/月 20%/月 6%/月 內(nèi)阻 低 最低 中 最高 放電阻率 5C 10C 3C 2C選擇蓄電池的主要依據(jù)是電池的能量密度、電池的容量及電壓等級的選取，它們決定了電池為負(fù)載提供電能的速度和大小。目前主要的蓄電池有多種，如：密封鉛酸蓄電池、鎳鎘蓄電池、鎳氫蓄電池和鋰離子蓄電池等。當(dāng)蓄電池使用一段時間后，即部分放電或完全放電，用適當(dāng)?shù)姆聪螂娏魍ㄈ腚姵?，則蓄電池可以再次將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)靛儲存起來。一般使用的化學(xué)電池分為原電池和蓄電池兩種。為了能較好地旁路交流電流，一般滿足1/mωCR(m為整流相數(shù)，對于單相全波與單相橋式整流電路：m=2，對于三相半波整流電路：m=3，對于三相橋式整流電路：m=6)。電阻R太大，在電阻R上的損耗也大。RC濾波電路的濾波效果取決于電阻R和電容器的大小，電阻R、電容器C愈大則濾波效果愈好。 RC濾波電路將L型濾波電路或π型濾波電路中的電感L用電阻R代替，即由電阻R和電容器C組成的濾波電路，稱RC濾波器。 π型濾波電路由電感，電容器組成π型濾波電路，RLCL1L2 π形濾波電路π型濾波電路的濾波效果，等于整流器輸出電壓中的脈動交流成分先由電容器旁路，再經(jīng)L型濾波器將其部分進(jìn)行衰減。 L形濾波電路L型濾波電路利用扼流圈L對脈動電流的交流成分產(chǎn)生較大的衰減，而電容又對交流成分旁路的特點(diǎn)，使電容電感相互配合，大大改善濾波效果。當(dāng)然，電容器大了以后，為防止加電瞬間電容器的過大充電電流，在電路設(shè)計時必須采用限流措施。常用的濾波電路有電容濾波電路、L型濾波電路、π型濾波電路、RC濾波電路等。濾波電路是接在整流電路之后，起著減少交流成分，有使整流器輸出的脈動電流變成平滑的直流電流（仍包括一定的交流成分）的作用。也就是說，整流器輸出的電壓，可以看成的一個直流成分和多個不同交流成分之和，而且頻率越低者，振幅越大，頻率愈高者，振幅愈小。依次類推，負(fù)載R上得到的脈動直流電壓U在一個周期內(nèi)，有6次為變壓器次級電壓的線電壓值，而每一次的線電壓均為兩相相電壓之和，即故在任意時間里，整流電壓的瞬時值等于對應(yīng)的兩相電壓瞬時值之和。在t2～t3時間內(nèi)，a相電壓雖然仍為正值，且與t1～t2時間內(nèi)電壓值大小一樣（變化的趨勢則不相同），但b相電壓已經(jīng)高于c相電壓，所以此時是a 相電壓與c相電壓的差值最大，因此D4截止，VDVD6導(dǎo)通，其通路為a→VD1→R→VD6→b，其他整流元件則受到反向電壓作用而不導(dǎo)通，整流輸出電壓為變壓器次級電壓uca。但在風(fēng)力發(fā)電電能變換裝置中，要將風(fēng)能盡可能的轉(zhuǎn)化為電能，因此選用三相不可控整流電路，因?yàn)槿嗖豢煽卣麟娐肥侵苯佑呻娏鱽砜刂贫O管導(dǎo)通的，不用考慮觸發(fā)角的問題。時,整流電壓平均值為： 三相橋式全控整流電路接反電動勢阻感負(fù)載時，在負(fù)載電感足夠大足以使負(fù)載電流連續(xù)的情況下，電路工作情況與電感性負(fù)載時相似，電路中各處電壓、電流波形均相同，僅在計算Id時有所不同，接反電動勢阻感負(fù)載時的Id為： ； 三相不可控整流電路在三相不控整流電路中，使用最多的也是三相橋式整流電路，一般三相橋式整流電路是由三相輸入變壓器、六只整流二極管、及負(fù)載組成。當(dāng)α≤60。若電感L足夠大，ud中正負(fù)面積將基本相等，ud平均值近似為零。當(dāng)α60。時，ud波形連續(xù)，電路的工作情況與帶電阻負(fù)載時十分相似，各晶閘管的通斷情況、輸出整流電壓ud波形、晶閘管承受的電壓波形等都一樣。在整流電路合閘啟動過程中或電流續(xù)流時，同時導(dǎo)通的2個晶閘管均有觸發(fā)脈沖，以確保電路的正常工作。；同一相的上下兩個橋臂的脈沖相差180。；共陰極組的脈沖依次差120。當(dāng)電路中帶有電阻負(fù)載時，三相橋式全控整流電路在每個時刻均需2個晶閘管同時導(dǎo)通，形成向負(fù)載供電的回路，其中一個晶閘管是共陰極組的，一個是共陽極組的，且不能為同1相的晶閘管。這里主要介紹三相橋式全控整流電路。在三相控整流電路中，應(yīng)用最為廣泛的就是三相橋式全控整流電路，以及雙反星形可控整流電路，均可在三相半波的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析。當(dāng)α突然增大至180o或觸發(fā)脈沖丟失時，由于電感儲能不經(jīng)變壓器二次繞組釋放，只是消耗在負(fù)載電阻上，會發(fā)生一個晶閘管持續(xù)導(dǎo)通而兩個二極管輪流導(dǎo)通的失控現(xiàn)象，因此在電路中加設(shè)續(xù)流二極管VDR以避免此失控現(xiàn)象，同時，續(xù)流期導(dǎo)電回路中只有一個管壓降，少了一次管壓降，有利于降低損耗。但電流不再流過變壓器二次繞組，而是由VT1和VD2續(xù)流。變壓器二次繞組中，正負(fù)兩個半周電流方向相反且波形對稱，平均值為零，即直流分量為零，不存在變壓器直流磁化問題，變壓器繞組的利用率也高，整流電壓平均值為： 當(dāng)電路中帶有阻感負(fù)載時，電感的存在使負(fù)載電流不能突變，對負(fù)載電流起平波作用，其電壓平均值為： 單相橋式半控整流電路在單相橋式半控電路中，每個導(dǎo)電回路中只需1個晶閘管導(dǎo)通以控制導(dǎo)電回路，另1個則用1個二極管代替，從而簡化整個電路。晶閘管承受的最大正向電壓和反向電壓分別為。 單相全波可控整流電路及波形單相全波整流電路，在負(fù)載電阻R上得到的單方向的半波電壓是半波整流電路的2倍，因?yàn)閮蓚€整流元件是輪流導(dǎo)通的，所以流過每個整流元件的電流只有負(fù)載電流的一半，然而，加在整流元件上的反向電壓，卻比半波整流增加了一倍，也就是說，在單相全波整流中，每個整流元件所承受的最大反向電壓，是變壓器次級電壓最大值的兩倍。 單相半波可控整流電路及波形半波整流在負(fù)載R上的直流電壓U的數(shù)值，為半波電壓在整個周期的平均電壓值，即：半波整流中，流過整流元件的平均電流Id與流過阻感負(fù)載的直流電流Ir相等，即： 式中，；整流元件承受的最大反向電壓U反，就是變壓器次級電壓U2的最大值，即： U反= 單相全波整流電路單相全波整流電路，由兩個單相半波整流電路組合而成,由于加在負(fù)載上的電壓有兩個波，包括了電源電壓的整流波形，所以叫做全波整流。 單相可控整流電路單相可控整流電路的交流側(cè)接單相電源，它包括半波可控整流、全波可控整流、橋式全控整流和橋式半控整流。(主線路圖見附錄) 風(fēng)力發(fā)電電能變換裝置框圖第2章 整流電路整流電路是電力電子電路中出現(xiàn)的最早的一種，它將交流電變?yōu)橹绷麟?，?yīng)用十分廣泛，電路形式多種多樣，各具特色。比如當(dāng)負(fù)載發(fā)生短路是，保護(hù)電路會很快將逆變器關(guān)斷，使其免受損壞，短路消失后逆變器會重新自動啟動，恢復(fù)風(fēng)力發(fā)電。如果靜態(tài)開關(guān)的轉(zhuǎn)換是由逆變器故障引起，裝置會發(fā)出報警信號；如果是由過載引起，當(dāng)過載消失以后，靜態(tài)開關(guān)重新切換回逆變器端。② 當(dāng)風(fēng)力發(fā)電不足或輸出故障或輸出過載時，工作在后備狀態(tài)，靜態(tài)開關(guān)仍然切換到逆變器端，由蓄電池經(jīng)逆變器將蓄電池的直流電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓通過靜態(tài)開關(guān)輸出到負(fù)載。這種工作狀態(tài)時，靜態(tài)開關(guān)切換到逆變器。監(jiān)測和報警電路則是為了隨時的掌握和了解裝置的工作狀態(tài)和運(yùn)行情況?？刂齐娐肥秋L(fēng)力發(fā)電電能變換裝置的神經(jīng)中樞，其輸出電壓精度高低、波形失真大小以及長期工作可靠性的高低均與控制電路密切相關(guān)。在風(fēng)力發(fā)電電能變換裝置一般采用一對反向并聯(lián)的快速可控硅作為靜態(tài)開關(guān)。 靜態(tài)開關(guān)靜態(tài)開關(guān)是風(fēng)力發(fā)電電能變換裝置的保護(hù)設(shè)備和供電轉(zhuǎn)換器件，它一方面保護(hù)裝置和負(fù)載，另一方面作為風(fēng)力發(fā)電和蓄電池供電的轉(zhuǎn)換器件。 逆變器電路風(fēng)力發(fā)電電能變換裝置逆變器的功能是將風(fēng)力發(fā)電整流所得的直流電壓或蓄電池電壓逆變成頻率