小型家用風力發電機畢業設計論文(留存版)

　　

【正文】 風力機槳葉是根據直升飛機的機翼設計的，而風力機的槳葉運行在與直升飛機很不同的空氣動力環境中。但是，風力機在制做過程中，由于受到各種條件的限制，做不到完全理想的形狀。風速V是隨機變量，經研究專家們多認為用雙參數威布爾概率密度函數擬合風速頻率分布最好腳。所以在風力機設計計劃中，對風的觀測非常受重視。所以，如何使風力發電和建筑進行一體化設計，降低小型風力發電機噪音，使其安裝在建筑周圍而不影響人的生活質量，已成為各個國家研究的焦點！我設計的是一種新型的立式垂直軸小型風力發電機，由風機葉輪、立柱、橫梁、變速機構、離合裝置和發電機組成。對于風能利用，通過對風的觀測，可以估算出該地區可利用的風能大小，為風力機的設計和性能研究以及開發的經濟性等提供條件。雙參數威布爾分布函數曲線峰值對應的凡就是起動風速(圖22)。η 3 工作風速與輸出功率風力機啟動時，為了克服其內部的摩擦阻力而需要一定的力矩。在 50m 高處捕提的風能要比 30m 高處多20%。特別近年來，中國的風力風電場建設取得了較好的經濟效益和巨大的發展。綠色電力的發展就是一個典型的例予，人們自愿以高于化石電力的價格購買風電和其他可再生能源電力。為了人類社會的可持續發展，當務之急是尋找和研究利用其他可再生資源。s overall mechanism, And has designed the regulating control system. What I design is one kind of new vertical axis small winddriven generator, by the air blower impeller, the column, the crossbeam, the gearshift mechanism, the engaging and disengaging gear and the generator is posed. This kind of generator has the volume to be small, the noise is small, the service life is long, the price low characteristic, suits in has the wind energy resources area building crown, the supply family uses electricity, For example illumination: The light bulb, conserves energy the lamp。（6） 為了保證可靠的關斷與導通,在柵射極加穩壓二極管。 IGBT 的驅動電路驅動電路是主電路與控制電路之間的接口，是該逆變裝置的重要環節，對整個裝置的性能有很大影響。下面以本論文 24V 額定電壓為例，負荷最高充電電壓限制在 28~29V,最低放電電壓控制在 21~22V。本系統采用的是鉛蓄電池。 在 u2 的負半周，其極性與上述相反，即 b 點的電壓高于 a 點時，DD4 導通，DD3 截止，電流由 b 經 D2→RL→D4→形成通路，如圖中虛線箭頭所示。湖南電氣職業技術學院畢業設計VI圖 32 發電機端電壓與發電機轉速的關系風力發電機組運行時，當用戶投入的負載過多時，可能出現負載電流過大超過額定值的狀況，如果不加以控制，使發電機過負荷運行，會對發電機的使用壽命有較大的影響，甚至損壞發電機的定子繞組。如果風速增加一倍，風的功率便會增加 8 倍。 風力機的主要部件水平軸風力機主要由風輪、塔架、對風裝置、齒輪箱組成，整體結構如圖 2—2 所示：（1）風輪：由 1~3 個葉片組成，這是吸收風能的主要部件。本論文討論的是前者，即獨立運行風電系統的解決方案。我國的風電開發起步較晚，大體分為三個階段。其推算的結果2022 年風電裝機 億 KW，風電電量 104 億 kWh，2020 年風電裝機 億 KW，風電電量 104 億 kWh，占當時世界總電消費量 104 億 kWh 的 %。湖南電氣職業技術學院畢業設計摘要風能作為一種清潔的可再生能源越來越受到人們的重視，風力發電也逐漸成為了時下的朝陽產業。按照風電目前的發展趨勢，預計 2022～2022 年期間裝機容量增長率為 20%，以后到 2022 年期間為 15%，2022～2020 年期間為 10%。根據全國 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，其中可開發的風能儲量為 億 KW，而海上的風能儲量有 億 KW，總計為 10 億 KW。湖南電氣職業技術學院畢業設計風力發電的運行方式主要有兩種：一類是獨立運行的供電系統，即在電網未通達的地區，用小型發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；另一類是作為常規電網的電源，與電網并聯運行。升力總是推動葉片繞中心軸轉動。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。電壓繼電器工作時發電機端電壓與發電機轉速的關系如圖 3—2 所示。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。2 蓄電池在獨立運行的小型風力發電系統中，廣泛使用蓄電池組作為蓄能裝置，蓄電池組的作用是當風力較強或用電負荷減小時，可以將來自風力發電機發出的電能中的一部分儲存在蓄電池中，也就是向蓄電池充電；當風力較弱、無風或者用電負荷增大時，儲存在蓄電池中的電能向負荷供電，以彌補風力發電的不足，達到維持向負荷持續穩定供電的目的。其電路如圖 3—8 所示。逆變電路中常用開關器件有快速晶閘管、可關斷晶閘管（GTO） 、功率晶體管（GTR）功率場效應晶體管（MOSFET） 、絕緣柵晶體管（IGBT） 。（5）115 接驅動信號,一般 14 腳接脈沖形成部分的地,15 腳接輸入信號的正端,15 端的輸入電流一般應該小于 20mA,故在 15 腳湖南電氣職業技術學院畢業設計XIX前加限流電阻。關鍵詞： 風力發電 限速控制系統 小型風力發電機 湖南電氣職業技術學院畢業設計XXVAbstractExploiting wind energy resources is of great significance in improving energy structure. In the discourse，the characters of wind generator are introduced briefly，while parameters and types of wind generators are also narrated. Base on these，the theory and constitution of the wind generator are meticulously analyzed. Firstly，Has carried on the design to winddriven generator39。目前石油儲量約 1300億噸，年消耗量約 35 億噸，計今后 25 年中平均年消耗量將達50 億噸，即使加上新發現的油田，專家估計總儲量也不會超過2022 億噸，有油資源在四五十年后也將枯竭。許多民眾十分關注風能的發展，并將利用風能和其他可再生能源當成他們的生活方式。1986 年在新疆達坂城安裝了 1 臺100KW 風力發電機組，1989 年又安裝了 13 臺 150KW 風力發電機組，同年在內蒙古朱日和也安裝 5 臺美國 100KW 機組，開始了中國風電場運行的試驗和示范。地處平坦地帶的風力機。η 2根據國內外100多種風力機，起動風速的范圍是2ms 1，至 6ms1，這一范圍能滿足風能豐富區、較豐富區、可利用區的不同需要。 風的觀測風的觀測，因其目的不同而有各自的特點。如下圖所示：圖 31 小型垂直軸風力發電機框圖該小型垂直軸風力發電機的發電原理為：在風的吹動下，風輪轉動起來，使空氣動力能轉變成了機械能（轉速+扭矩）。湖南電氣職業技術學院畢業設計13 風能利用中需要的氣象調查在風能利用中，需要進行四項氣象調查:(l)風能密度調查 結合風能的地區分布和可設立風力機地區面積的調查，在全國范圍內對可利用的風能量進行估算。威布爾分布函數形如下式其中K為形狀參數，無量綱，C為尺度參數，量綱為ms 1。因此實際的風力機和理想的風力機之間也有差異。對葉型的進一步改進，增強了風力機捕捉風能的效率。 中國風力發電現狀中國風力發電起步較晚，但發展較快。風能在能源轉化工程中不會產生任何排放量，因此除了不產生煙塵、二氧化硫等區域性污染外，也不會帶來全球環境污染。如果用電網延伸的方法，農牧戶承擔的成本高于8 元/KW。在此基礎上，對風力發電機的原理和結構作了細致的分析。（2） 由于 IGBT 集電極產生較大的電壓尖脈沖,增加 IGBT 柵極串聯電阻 RG 有利于其安全工作。當開關管 TT4 閉合，TT3 斷開時，逆變器輸出電壓 Uo=Ud；當開關管 TT4 斷開，TT3 閉合時，輸出電壓 Uo=Ud。圖中縱坐標為蓄電池充、放電端電壓，曲線標號數字為相應小時的充、放電曲線。假設 100W 風力發電機組的輸出電壓經過整流后，負荷的額定直流電壓 Uz0=24V，帶負荷運行時的最高電壓，最大負載電流 ，依式 4—1 所示計算出，元件承28zmUV??受的最大正、反向峰值電壓為湖南電氣職業技術學院畢業設計XII()mzUV???元件流過的最大電流為 ()mzIIA由上式計算結果，可選擇最大電流 5A，最大反向電壓 50V 的硅二極管。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。此外獨立運行的風力發電系統都帶有蓄電池組，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。齒輪箱的主要作用是將風輪在風力作用下所產生的動力傳遞給發電機，通過齒輪副的增速作用使其得到相應的轉速。 風力機的氣動原理風力發電機組主要利用氣動升力的風輪。然后在依據具體要求需要，通過適當的變換將其存儲為化學能或者并網或者直接為負載供電。由于新技術的運用，風電的電價呈快速下降趨勢，且日益接近燃煤發電的成本。作為可再生的清潔能源，受到世界各國的高度重視。本論文的重點在于繼點控制電路的設計，并對各種不同風力情況下系統的運行狀況進行了全面而嚴謹的分析，最后電氣控制部分進行了系統仿真。新的風電機組葉片設計和制造廣泛采用了新技術和新材料，有效地改善并提高了風力發電總體設計能力和水平。共建 5 個風電場，安裝風機 131 臺，裝機容量 萬 KW，最大單機 500KW。 （此時發出的是頻率和幅值都不穩定的交流電） 。這時塔架需要承受兩個主要的載荷：一個是風力機的重力，向下壓在塔架上；另一個是阻力，使 圖 22 風力主要部結構圖塔架向風的下游方向彎曲。湖南電氣職業技術學院畢業設計IV 發電機結構、工作原理及電路圖本論文提出的系統采用蓄電池組為勵磁功供電，并在蓄電池組合勵磁繞組之間串聯勵磁調節器。圖 33 發電機負載電流與發電機轉速的關系為了防止無風或風速太低時，蓄電池組向發電機勵磁繞組送電，及蓄電池組由充電運行變為反響放電狀態，這不僅會消耗蓄電池組所儲電能，還可能燒毀勵磁繞組，因此在勵磁調節器裝置內，還裝有逆流繼電器I2。負載上得到的脈動直流電壓，常用一個周期的平均值來說明它的大小。蓄電池組在充電和放電的過程中，端電壓是不相等的，充電時端電壓高于電動勢，放電時端電壓低于其電動勢。并且在蓄電池組的輸出端引出兩線亦與逆變器相接，作為風能不足時負載的供電電路，其通斷狀態用動開觸點 I2 控制。對 IGBT 驅動電路的基本要求如下： （1） 提供適當的正向和反向輸出電壓,使 IGBT 可靠的開通和關斷。將該電氣設計接入風機組和逆變電路之間，即可實現將風能轉化為標準戶用型 50HZ 交流電。可以說，對風力發電的研究和進行這方面的畢業設計對我們從事風力發電事業的同學是有著十分重大的理論和現實意義的，也是十分有必要的。 促進能源產業升級風力發電技術屬于新興技術，風電產業是朝陽產業。1987 年加拿大研制出單機容量為 的立軸達里厄風力發電機組，安裝于魁北克省的凱普一柴特。目前主流發電機組的功率，以上升到 600～750KW，MW級的機組也成批生產，24MW 級的機組已在實驗生產。這是一種很有發展前途的技術。當風速超過某一值的時候，基于安全上的考慮(主要是塔架和槳葉強度)，風力機應該停止運轉，所以每一臺風力機都規定有最高風速V fmax，最高風速V fmax與風力機的設計強度有關，是設計時給定的參數。己知風能密度p=12ρv 3，對一臺效率為?，槳葉半徑為廠的風力機，輸出功率w(V)的威布爾分布函數為w(V)峰值對應之風速V P應是額定風速，此時風力機提取的風能最多。一種是一日24次自記10分鐘平均風速觀測。湖南電氣職業技術學院畢業設計143 風力發電機方案和結構設計 小型垂直式風力發電機方案設計現在，各個發達國家均大力發展新能源產業，雖然太陽能一直是新能源商業化的首選，因為太陽能的設置地點較靈活，不會產生噪音，可以和建筑進行一體化設計。橫坐標表示風能，單位為:m/s)A—理論風能曲線B—扣除空氣動力損失后的風力機吸收的功率C—計算傳動損失和機械能轉換損失后的功率曲線D—發電機實際輸出功率曲線圖2—3 功率與風速的關系 風能利用與氣象 風的觀測