【正文】 ................................................................................ I 風力機的功率 ................................................................................................................... III 第三章 電氣設計部分 ............................................................................................................ III 發(fā)電機 ............................................................................................................................... III 發(fā)電機結構、工作原理及電路圖 ............................................................. IV 勵磁調節(jié)器的工作原理 .............................................................................. V 整流部分 ..........................................................................................................................VII 電路圖和工作原理 .................................................................................... VII 參數(shù)選擇 ..................................................................................................... XI 蓄電池 ............................................................................................................................. XII 蓄電池的性能 ............................................................................................XII 充放電保護電路 ...................................................................................... XIV 圖 38 充放電保護電路 .................................................................................... XIV 蓄電池組供電控制設計 .......................................................................... XIV 逆變電路 ......................................................................................................................... XV 逆變電路及其工作原理 .......................................................................... XVI IGBT 的驅動電路 .................................................................................... XVII 結 論 ................................................................................................................................... XIX 參考文獻 ................................................................................................................................ XX 湖南電氣職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 致 謝 ................................................................................................................................... XXI 湖南電氣職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 引 言 隨著 世界工業(yè)化進程的不斷加快，使得能源消耗逐漸增加，全球工業(yè)有害物質的排放量與日俱增，從而造成氣候異常、災害增多、 惡性疾病的多發(fā)，因此，能源和環(huán)境問題成為當今世界所面臨的兩大重要課題。 可以說，對風力發(fā)電的研究和進行這方面的畢業(yè)設計對我們從事風力發(fā)電事業(yè)的同學是有著十分重大的理論和現(xiàn)實意義的，也是十分有必要的 湖南電氣職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 第一章 緒論 風能是一種清潔的、儲量極為豐富的可再生能源，它和存在于自然界的礦物質燃料能源，如煤、石油、天然氣等不同，它不會隨著其本身的轉化和利用而 減少，因此可以說是一種取之不盡、用之不竭的能源。因此風力發(fā)電正越來越引起人們的關注。作為可再生的清潔能源，受到世界各國的高度重視。而風能售價也已能為電力用戶所承受：一些美國的電力公司提供給客戶的風電優(yōu)惠售價已達到 2～ /kWh， 此售價使得美國家庭有 25%的電力可以通過購買風電獲得。按照風電目前的發(fā)展趨勢，預計 2020～ 2020 年期間裝機容量增長率為 20%，以后到 2020年期間為 15%， 2017～ 2020年期間為 10%。 世界風電發(fā)展有如下特點： （ 1）風電單機容量不斷擴大。風機的單機容量已從 600KW發(fā)展到 2020～ 5000KW,如德國在北海和易北河口已批量安裝了單機 5000KW 的風機 ,丹麥已批量建設了單機容量 2020～ 2200KW 的風機。另外 ,可變槳翼和雙饋電機的采用 ,使機組更能適 應風速的變化 , 大大提高了效率。 （ 2）風電制造企業(yè)集中度較高。近來， GE風能（ GE Wind Energy）、德國 REpower（ REpower Systems AG）和三菱重工（ MHI）的市場份額提高迅速。由于新技術的運用，風電的電價呈快速下降趨勢，且日益接近燃煤發(fā)電的成本。有關專家預測，世界風力發(fā)電能力每增加一倍，成本就下降 15%。根據(jù)全國 900多個氣象站的觀測資料進行估計，中國陸地風能資源總儲量約 億 KW，其中可開發(fā)的風能儲量為 億 KW，而海上的風能儲量有 KW，總計為 10億 KW。 第一階段是 1986～ 1990年我國并網(wǎng)風電項目的探索和示范階段。 第二階段是 1991～ 1995 年示范項目取得成效并逐步推廣階段。 第三階段是 1996年后擴大建設規(guī)模階段。 隨著風電技術的日趨成熟和電力規(guī)模的擴大，風力發(fā)電機的功率在向大型化方向發(fā)展。風輪是風電機組最主要的部件，由槳葉和輪轂組成。然后在依據(jù)具體要求需要，通過適當?shù)淖儞Q將其存儲為化學能或者并網(wǎng)或者直接為負載供電。 （ 2） 風速隨時變化，風電機組承受著十分惡劣的交變載荷。 風力發(fā)電的運行方式主要有兩種：一類是獨立運行的供 電系統(tǒng)，即在電網(wǎng)未通達的地區(qū)，用小型發(fā)電機組為蓄電池充電，再通過逆變器轉換為交流電向終端電器供電；另一類是湖南電氣職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 作為常規(guī)電網(wǎng)的電源，與電網(wǎng)并聯(lián)運行。 論文系統(tǒng)概述 該獨立運行的風力發(fā)電系統(tǒng)結構圖如下 1— 1所示： 圖 11 獨立運行的風力發(fā)電系統(tǒng)結構圖 其具體運行狀況為： （ 1） 風力吹動風輪轉動。 （ 3） 轉軸帶動 單 相交流發(fā)電機轉動，開始發(fā)電。 （ 4） 引出的 單 相交流電通過整流器變成穩(wěn)定的直流電。 （ 6） 直流電經(jīng)逆變器變換為恒頻穩(wěn)定交流電。 湖南電氣職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 I 第二章 風力機原理及其結構 風力機經(jīng)過多年的發(fā)展和演變，已經(jīng)有很多形式，但是歸納起來，可分為兩類： ① 水平軸風力機，風倫的旋轉轉軸與風向平行； ② 垂直軸風力機，風輪的旋轉軸垂直與地面或氣流方向。 風力機的氣動原理 風力發(fā)電機 組主要利用氣動升力的風輪。 圖 21氣動升力圖 從圖可以看出，機翼翼型運動的氣流方向有所變化，在其上表面形成低壓區(qū)，在其下表面形成高壓區(qū)，產(chǎn)生向上的合力，并垂直于氣流方向。升力總是推動葉片繞中心軸轉動。當風輪旋轉時，葉片受到離心力和氣動力的作 用，離心湖南電氣職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 II 力對葉片是一個拉力，而氣動力使葉片彎曲。 （ 2） 塔架：為了讓風輪能在較高的風速中運行，需要塔架把風輪支撐起來。選擇塔架時要必須考慮其成本，根據(jù)實際情況而定。本論文只介紹小型風力機的對風裝置，如圖 2— 4所示，利用尾舵控制對風。 圖 24對風裝置 （ 4） 齒輪箱 由于風輪的轉速比較低，而且風力的大小經(jīng)常變化著，這又使得轉速不穩(wěn)定。齒輪箱的主要作用是將風輪在風力作用下所產(chǎn)生的動力傳遞給發(fā)電機，通過齒輪副的增速作用使其得到相應的轉速。為了增加齒輪箱的制動能力，在齒輪箱的輸入端或輸出端設置剎車裝置配合葉尖制動裝置實現(xiàn)湖南電氣職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 III 聯(lián)合制動。風力與速度平方成正比，所以風的功率與風度的三次方成正比。 風輪從風中吸收的功率如下： 3pP C A v?? (2— 1) 2AR?? (2— 2) 式中： P為輸出功率， pC 為風輪機的功率系數(shù)， ρ 為空氣密度， R為風輪半徑， v為風速。 第三章 電氣設計部分 發(fā)電機 在本論文討論的獨立風力發(fā)電系統(tǒng)中，采用的是硅整流自勵 單 相交流發(fā)電機。其電路圖如圖 3— 1所示。轉子由轉子鐵芯、轉子繞組（即勵磁繞組）和轉子軸組成，轉子鐵芯可做成凸極式或形，一般都用爪形磁極，轉子勵磁繞組的兩端接到滑環(huán)上，通過與滑環(huán)接觸的電刷與硅整流器的直流輸出端相連，從而獲得直流勵磁電流。這種連鎖反應是的發(fā)電機的出口電壓的波動范圍不斷增加。此外獨立運行的風力發(fā)電系統(tǒng)都帶有蓄電池組，電壓的波動會導致蓄電池組的過充電，從而降低蓄電池組的使用壽命。 勵磁調節(jié)器的工作原理 勵磁調節(jié)器的作用是使發(fā)電機能自動調節(jié)其勵磁電流（即勵磁磁通）的大小，來抵消因風速變化而導致的發(fā)電機轉速變化對發(fā)電機端電壓的影響。電壓繼電器工作時發(fā)電機端電壓與發(fā)電機轉速的關系如圖 3— 2所示。電流繼電器的作用是為了抑制發(fā)電機過負荷運行。電流繼電器工作時，發(fā)電機負載電流與發(fā)電機轉速的關系如圖 3— 3所示。發(fā)電機正常工作時，逆流繼電器的電壓線圈及電流線圈內(nèi)流過的電流產(chǎn)生的吸力是動合觸點 I2閉合；當風速太低，發(fā)電機端電壓低于蓄電池組電壓時，繼電器電流線圈瞬間流過反向電流，此電流產(chǎn)生的磁場與電壓線圈內(nèi)流過的電流產(chǎn)生的磁場作用相反，而電壓線圈內(nèi)流過的電流由于發(fā)電機電壓下降也減小了，由其產(chǎn)生的磁場也減弱了，故由電壓線圈及電流線圈內(nèi)電流所產(chǎn)生的總磁場的吸力減弱，是的動合觸點 I2斷開，從而斷開了蓄電湖南電氣職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 VII 池想發(fā)電機勵磁繞組送電的回路。而且用該交流發(fā)電機進行發(fā)電時，發(fā)電機的轉速必須達到在該轉速下的電壓時才能對蓄電池組充電。如果電能足夠充足的話或者空載時還可以將多余的直流電儲存在蓄電池組內(nèi)。 單相橋式整流電路由 4 個二極管接成橋式電路， RL 為負載電阻。 湖南電氣職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 VIII 圖 511 單相橋式整流電路 下面按圖 511所示電路進行分析。此時，電源電壓全部加在負載電阻 RL上，得到一個半波電壓； D2和 D4則承受反向電壓。同樣，在負載電阻 RL上也得到一個半波電壓； D1和 D3則承受反向電壓。 下面討論單相橋式整流電路的定量關系及元件選擇。負載所得脈動直流電壓的平均值是 2220 in21 UUttdUU o ??? ? ???? ? 上式表