【正文】 電，做到既節(jié)約用電又對電池無損傷。 充電過程對于免維護鉛酸蓄電池來講，常用的充電方式有恒流限壓和恒壓限流兩種充電方式，然而，單獨采用其中的一種充電方式，沒有動態(tài)跟蹤電池的實際狀態(tài)和可接受充電電流大小的技術，對免維護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％（即浪費的電能超過了90％），這樣既延長了工作時間，嚴重的析氣也使正極板腐蝕，損壞了蓄電池。 裝置的設計技術指標根據(jù)實際需要，本裝置應該在一定的使用條件下按要求的技術指標對免維護鉛酸蓄電池進行理想的快速充電：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； 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，如由平均無故障運行時間所表達的可靠性，由穩(wěn)壓穩(wěn)流精度、動態(tài)調整速度及紋波系數(shù)等所表達的動、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)進行不斷的研究、改造，使之更加完善、可靠是一項重要工作。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，為了使得電池內部的這種氣體陰極吸收方式能夠充分進行，它要求在電解過程中水的電解反應要盡可能進行的緩慢，還要求電池內部的陽極、陰極及中間隔離板的結構必須易于氣體通過和傳輸。對于免維護鉛酸蓄電池，它采用了先進的陰極吸收式密封技術，可把這種定期補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生電解分離反應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、負極板上在進行不同的化學反應，產生正負離子形成電流，稱為成流反應。 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?shù)母〕潆妷?，免維護鉛酸蓄電池的浮充壽命可達10年以上。％放電后的電池在250C時進行恒壓限流充電（、），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廠家，蓄電池的浮充設計壽命也會不同。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。由子采用了先進的工藝和配方，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構的合閘要求。(2) 自放電速率也較小?？紤]到這一點，在設計蓄電池充電裝置時，應在電池長時間不用的情況下對電池進行補充充電。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，但電池內的活性物質與電解液間自發(fā)的反應卻一直在進行，這造成了電池內的化學能量無益的損耗，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。一般經驗來講，當電池的容量達到額定容量的80％時，就可以認為電池的壽命基本結束了。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，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：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。這是因為電池在低電流過充電時所產生的極化現(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。這是因為在過充電階段電池內部所進行的反應為消耗反應，它會增大電池內部的壓力，同時，由于氧氣的產生和吸收都是放熱反應，這就使電池溫度迅速上升。4. 電池的過充電當高速率充電而又不能及時地在滿充電后結束充電過程，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，極板上的活性物質己達到保護狀態(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，在風力發(fā)電的電能變換裝置中，選用鉛酸蓄電池。因為它們具有較大的內阻，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。當蓄電池使用一段時間后，即部分放電或完全放電，用適當?shù)姆聪螂娏魍ㄈ腚姵兀瑒t蓄電池可以再次將電能轉化為化學靛儲存起來。一般使用的化學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L型濾波器將其部分進行衰減。 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生較大的衰減，而電容又對交流成分旁路的特點，使電容電感相互配合，大大改善濾波效果。當然，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，負載R上得到的脈動直流電壓U在一個周期內，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的兩相電壓瞬時值之和。在t2～t3時間內，a相電壓雖然仍為正值，且與t1～t2時間內電壓值大小一樣（變化的趨勢則不相同），但b相電壓已經高于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通，整流輸出電壓為變壓器次級電壓uca。但在風力發(fā)電電能變換裝置中，要將風能盡可能的轉化為電能，因此選用三相不可控整流電路，因為三相不可控整流電路是直接由電流來控制二極管導通的，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載時，在負載電感足夠大足以使負載電流連續(xù)的情況下，電路工作情況與電感性負載時相似，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、及負載組成。當α≤60。若電感L足夠大，ud中正負面積將基本相等，ud平均值近似為零。當α60。時，ud波形連續(xù)，電路的工作情況與帶電阻負載時十分相似，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。當電路中帶有電阻負載時，三相橋式全控整流電路在每個時刻均需2個晶閘管同時導通，形成向負載供電的回路，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上進行分析。當α突然增大至180o或觸發(fā)脈沖丟失時，由于電感儲能不經變壓器二次繞組釋放，只是消耗在負載電阻上，會發(fā)生一個晶閘管持續(xù)導通而兩個二極管輪流導通的失控現(xiàn)象，因此在電路中加設續(xù)流二極管VDR以避免此失控現(xiàn)象，同時，續(xù)流期導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： 當電路中帶有阻感負載時，電感的存在使負載電流不能突變，對負載電流起平波作用，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，每個導電回路中只需1個晶閘管導通以控制導電回路，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，因為兩個整流元件是輪流導通的，所以流過每個整流元件的電流只有負載電流的一半，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?，應用十分廣泛，電路形式多種多樣，各具特色。比如當負載發(fā)生短路是，保護電路會很快將逆變器關斷，使其免受損壞，短路消失后逆變器會重新自動啟動，恢復風力發(fā)電。如果靜態(tài)開關的轉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，當過載消失以后，靜態(tài)開關重新切換回逆變器端。② 當風力發(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)開關仍然切換到逆變器端，由蓄電池經逆變器將蓄電池的直流電壓轉換成交流電壓通過靜態(tài)開關輸出到負載。這種工作狀態(tài)時，靜態(tài)開關切換到逆變器。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)和運行情況?？刂齐娐肥秋L力發(fā)電電能變換裝置的神經中樞，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。在風力發(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。 靜態(tài)開關靜態(tài)開關是風