【正文】 ? 因此在小型及微型風(fēng)力發(fā)電機(jī)中被廣泛采用。 ?3 ．永磁發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu) ? 永磁發(fā)電機(jī)定子 與普通交流電機(jī)相同，包括定子鐵芯及定子繞組；定子鐵芯槽內(nèi)安放定子三相繞組或單相繞組。 ? 永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子 按磁路結(jié)構(gòu)的磁化方向 ，可分為徑向式、切向式和軸向式三種類(lèi)型。 第四章 風(fēng)力發(fā)電機(jī)與蓄能裝置 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及其發(fā)電機(jī) 風(fēng)力發(fā)電 風(fēng)力發(fā)電 風(fēng)力發(fā)電 2022年 5月 30日 42 ? 爪極式永磁電機(jī) 的 所有左端爪極皆為 N 極 ，所有右端爪極皆為 S 極 ，爪極與定子鐵芯間的氣隙距離遠(yuǎn)小于左右兩端爪極之間的間隙，因此磁通不會(huì)直接由 N 極爪進(jìn)入 S 極爪而形成短路，左端爪極與右端爪極做成相同的形狀。在這種低速永磁電機(jī)中，定子鐵耗和機(jī)械損耗相對(duì)較小，而定子繞組銅耗所占比例較大。 ? 永磁發(fā)電機(jī)的運(yùn)行性能是不能通過(guò)其本身來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)的，為了調(diào)節(jié)其輸出功率，必須另加輸出控制電路。 第四章 風(fēng)力發(fā)電機(jī)與蓄能裝置 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及其發(fā)電機(jī) 風(fēng)力發(fā)電 風(fēng)力發(fā)電 風(fēng)力發(fā)電 2022年 5月 30日 44 ?（二）硅整流自勵(lì)交流發(fā)電機(jī) ? 1 結(jié)構(gòu)、工作原理及 電路圖 ? 結(jié)構(gòu)： 發(fā)電機(jī)的定子： 由定子鐵芯和定子繞組組成，定子繞組為三相， Y 形連接，放在定子鐵芯 內(nèi)圓槽內(nèi) 第四章 風(fēng)力發(fā)電機(jī)與蓄能裝置 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及其發(fā)電機(jī) 風(fēng)力發(fā)電 風(fēng)力發(fā)電 風(fēng)力發(fā)電 2022年 5月 30日 45 ?發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子 ? 由 轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組（即勵(lì)磁繞組）、滑環(huán)和轉(zhuǎn)子軸 組成， ? 轉(zhuǎn)子鐵芯 可做成凸極式或爪形，一般多用爪形磁極 ? 轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組 的兩端接到滑環(huán)上，通過(guò)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(lì)磁電流。 第四章 風(fēng)力發(fā)電機(jī)與蓄能裝置 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及其發(fā)電機(jī) 風(fēng)力發(fā)電 風(fēng)力發(fā)電 風(fēng)力發(fā)電 2022年 5月 30日 49 ?勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的作用： ? 自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁，控制因風(fēng)速變化引起的電壓波動(dòng)，保護(hù)用電設(shè)備及蓄電池組 ? 獨(dú)立運(yùn)行的小型風(fēng)力發(fā)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)力發(fā)電機(jī)組的 轉(zhuǎn)速隨之發(fā)生變化 ，發(fā)電機(jī)的 出口電壓會(huì)產(chǎn)生波動(dòng) ，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，這樣又會(huì)造成發(fā)電機(jī) 出口電壓的波動(dòng) ，這種連鎖反應(yīng)使得發(fā)電機(jī)出口電壓的波動(dòng)范圍不斷增加，顯見(jiàn)，如果電壓的波動(dòng)得不到控制， 在向負(fù)載獨(dú)立供電的情況下，將會(huì)影響供電的質(zhì)量，甚至?xí)斐捎秒娫O(shè)備損壞 。 第四章 風(fēng)力發(fā)電機(jī)與蓄能裝置 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及其發(fā)電機(jī) 風(fēng)力發(fā)電 風(fēng)力發(fā)電 風(fēng)力發(fā)電 2022年 5月 30日 50 ? （電壓繼電器動(dòng)作） ? 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 v 不動(dòng)作，其動(dòng)斷觸點(diǎn) J1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)磁狀況 ； ?當(dāng)風(fēng)速加大 ，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速增高，發(fā)電機(jī)端電壓高于額定值時(shí)，動(dòng)斷觸點(diǎn) J1斷開(kāi)，勵(lì)磁回路中被串入了電阻 R1，勵(lì)磁電流及磁通隨之減小，發(fā)電機(jī)輸出端電壓也隨之下降； 第四章 風(fēng)力發(fā)電機(jī)與蓄能裝置 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及其發(fā)電機(jī) 風(fēng)力發(fā)電 風(fēng)力發(fā)電 風(fēng)力發(fā)電 2022年 5月 30日 51 第四章 風(fēng)力發(fā)電機(jī)與蓄能裝置 ? 當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓降至額定值時(shí)，觸點(diǎn) J1重新閉合 ，發(fā)電機(jī)恢復(fù)到正常勵(lì)磁狀況，電壓繼電器工作時(shí)發(fā)電機(jī)端電壓與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系 如圖 所示 。 ? 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(guò)多時(shí)，可能出現(xiàn)負(fù)載電流過(guò)大，超過(guò)額定值的狀況，如不加以控制，使發(fā)電機(jī)過(guò)負(fù)荷運(yùn)行，會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)的使用壽命有較大影響，甚至?xí)p壞發(fā)電機(jī)的定子繞組。 ? 電流繼電器工作時(shí)，發(fā)電機(jī)負(fù)載電流與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系 如圖 曲線所示 。 第四章 風(fēng)力發(fā)電機(jī)與蓄能裝置 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及其發(fā)電機(jī) 風(fēng)力發(fā)電 風(fēng)力發(fā)電 風(fēng)力發(fā)電 2022年 5月 30日 57 ?一、蓄能裝置的必要性及蓄能方式 ? 必要性 ? 風(fēng)能是隨機(jī)性的能源，有間歇性，并且是不能直接儲(chǔ)存起來(lái)的，配備適當(dāng)?shù)男钅苎b置是必要的。 ? 蓄能方式 ? 當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的蓄能方式主要有：蓄電池蓄能、飛輪蓄能、抽水蓄能、壓縮空氣蓄能、電解水制氫蓄能等幾種。 優(yōu)點(diǎn) :鉛酸蓄電池具有運(yùn)行溫度適中、放電電流大、儲(chǔ)存性能好、轉(zhuǎn)換效率較高、循環(huán)壽命較長(zhǎng)、端電壓高、成本較低以及可根據(jù)電解液比重的變化檢查電池的荷電狀態(tài)等，是目前應(yīng)用最廣泛的一種蓄電池。同時(shí)隨著新工藝、新技術(shù)的采用，鉛酸蓄電池的使用壽命仍在不斷提高。 第四章 風(fēng)力發(fā)電機(jī)與蓄能裝置 蓄能裝置 風(fēng)力發(fā)電 風(fēng)力發(fā)電 風(fēng)力發(fā)電 2022年 5月 30日 61 ?（ 2）堿性蓄電池 堿性蓄電池是以電解液的性質(zhì)而得名，此類(lèi)蓄電池的電解液采用了苛性鉀或苛性鈉的水溶液。 鎘鎳蓄電池 是以鎘和鐵的混合物作為負(fù)極活性物質(zhì)，以氧化鎳作為正極活性物質(zhì)。 堿性蓄電池與鉛酸蓄電池相比具有體積小，可深放電，耐過(guò)充電和過(guò)放電，以及使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。同低成本的鉛酸蓄電池比較，錫鎳蓄電池初始成本高 3～ 4 倍，因此在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中較少采用。 ?蓄電池的端電壓 ? 充電時(shí)蓄電池的電壓高于其電動(dòng)勢(shì)，放電時(shí)蓄電池的電壓低于其電動(dòng)勢(shì)，且隨著放電而逐漸降低，放電時(shí)鉛酸蓄電池的電壓不能低于 ～ ，堿性蓄電池的電壓不能低于 ～ ?蓄電池的容量： ? 以 Ah 表示，容量為 100Ah 的蓄電池代表該蓄電池放電電流為10A 時(shí)，可連續(xù)放電 10h 。 ? 控制逆變器 ? 控制逆變器由控制器和逆變器組合而成。逆變器將蓄電池組輸出的直流電轉(zhuǎn)換成 220伏交流電，并提供給用電器。 ? 當(dāng)蓄電池組電壓低于額定電壓 , 逆變器停止工作，不再向外供電。 ? 原理： ? 機(jī)組原來(lái)旋轉(zhuǎn)的慣性能為 ? 增加飛輪且轉(zhuǎn)速變化后慣性能為 ? 式中： A 為旋轉(zhuǎn)物體的慣性能量 。 為旋轉(zhuǎn)物體的旋轉(zhuǎn)角速度。 ? 當(dāng)用電負(fù)荷增大 ，風(fēng)力減弱或無(wú)風(fēng)時(shí)，使貯存的氫和氧在燃料電池中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而直接產(chǎn)生電能，繼續(xù)向負(fù)荷供電，從而保證供電的連續(xù)性。 ? 制氫、貯氫及燃料電池是這種蓄能方式的關(guān)鍵技術(shù)和部件。 ?六、壓縮空氣蓄能 ? 當(dāng)風(fēng)力強(qiáng)，用電負(fù)荷少時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的多余的電能驅(qū)動(dòng)由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的空氣壓縮機(jī)生產(chǎn)、儲(chǔ)存壓縮空氣， ? 在無(wú)風(fēng)期或用電負(fù)荷增大時(shí)，將儲(chǔ)存的壓縮空氣釋放出來(lái)，推動(dòng)蝸輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。 ? 控制器根據(jù)風(fēng)力的大小以及負(fù)荷的變化，對(duì)蓄電池組的工作狀態(tài)進(jìn)行切換和調(diào)節(jié)，保證風(fēng)力及聯(lián)合互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)工作的連續(xù)性和穩(wěn)定性。 ? 通過(guò)檢測(cè)蓄電池的荷電狀態(tài)，發(fā)送蓄電、放電、停止等指令，確保蓄電池不會(huì)過(guò)度放電或充電。 第四章 風(fēng)力發(fā)電機(jī)與蓄能裝置 風(fēng)力發(fā)電的控制器與逆變器 風(fēng)力發(fā)電 風(fēng)力發(fā)電 風(fēng)力發(fā)電 2022年 5月 30日 69 鉛酸蓄電池放電特性 開(kāi)始階段（ OE） —— 電壓下降較快（ 酸濃度下降引起電動(dòng) 勢(shì)下降 ） 中期（ EFG） —— 電壓緩慢下降，持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間（ 活性物 質(zhì)減少，反應(yīng)面積減小， PbSO4 不斷生成，使電池內(nèi)阻不斷增加 ） 末期（ G點(diǎn)以后） —— 電壓急劇下降 第四章 風(fēng)力發(fā)電機(jī)與蓄能裝置 風(fēng)力發(fā)電的控制器與逆變器 風(fēng)力發(fā)電 風(fēng)力發(fā)電 風(fēng)力發(fā)電 2022年 5月 30日 70 二、風(fēng)力發(fā)電的逆變器 逆變器的用途 異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出的是不穩(wěn)定的交流電，必須通過(guò)蓄電池儲(chǔ)能才能像負(fù)載提供連續(xù)穩(wěn)定的電能。 第四章 風(fēng)力發(fā)電機(jī)與蓄能裝置 風(fēng)力發(fā)電的控制器與逆變器 風(fēng)力發(fā)電 風(fēng)力發(fā)電 風(fēng)力發(fā)電 2022年 5月 30日 71 逆變器工作原理 逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的逆向過(guò)程，是通過(guò)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)通和關(guān)斷