風力發(fā)電電能變換裝置的研究畢業(yè)設(shè)計論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 電容濾波電路 L型濾波電路RLCL由電感電容組成倒L字型的濾波電路，稱L型濾波電路或倒L型濾波電路。 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，使電容電感相互配合，大大改善濾波效果。L型濾波電路的濾波效果，主要取決于LC的乘積，即LC愈大，濾波效果愈好。 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行衰減。因此，它是各類無源濾波電路中濾波效果中最好的一種。 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。RC濾波電路在自動控制電路與小功率整流電路中經(jīng)常用到，因為它不需要體積大、繞線麻煩的電感線圈L。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。但電阻R和電容器C不能過大，因為電容器C值過大則體積和重量增大，成本提高。電阻R太大，在電阻R上的損耗也大。因此，要綜合考慮。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)。因此風力發(fā)電電能變換裝置的選用該濾波電路作為三相不可控整流電路的濾波電路，在電路中選用1000Ω的電阻，在“速度相等”恰好發(fā)生，則可得：因為RLC1C2RRLCR因此： RC 濾波電路第3章 蓄電池組 蓄電池的種類和特性蓄電池是化學電池的一種，所謂化學電池是指能將化學能直接轉(zhuǎn)換為電能的裝置。一般使用的化學電池分為原電池和蓄電池兩種。原電池只能使用一次，即我們所說的干電池，蓄電池可以多次反復使用。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(zhuǎn)化為化學靛儲存起來。這種反向充電補充能量的過程即是電池充電過程，而電池將自身的能量以電能的形式供給外線路的過程即放電過程。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。這四種蓄電池具有相同的功能就是為最終產(chǎn)品提供可補充的電能，但不同的電池具有不同的特性，適用的對象和場合也是不同的。： 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載提供電能的速度和大小。對于放電速率要求不高的產(chǎn)品，如便攜式計算機、蜂窩電話機和手提式視頻設(shè)備，可以使用鎳金屬氧化物電池和鋰離子電池。因為它們具有較大的內(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。而密封鉛酸蓄電池和鎳鎘電池由子內(nèi)阻較小，可以提供較大的電流，所以適用子放電速率要求較高的產(chǎn)品。因此，在風力發(fā)電的電能變換裝置中，選用鉛酸蓄電池。 鉛酸蓄電池的基本概念 由于蓄電池的充電本身涉及到許多相關(guān)的專業(yè)知識，為了能夠更好的理解本課題，本節(jié)將簡要介紹鉛酸蓄電池有關(guān)的一些知識。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。單元電池內(nèi)活性物質(zhì)的數(shù)量決定了單元電池含有的電荷量，因此，電池越大，它的容量越高。電池容量用C表示，其單位用Ah、mAh表示。2. 充電速率和放電速率 為了對不同容量的電池加以比較，蓄電池的充電電流不用電流的絕對值來表示，而是用電池的額定容量C和放電時間t的比來表示，稱為電池的充電速率或放電倍率。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） ()。放電速率的描述和充電速率相同。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。放電終止電壓是指蓄電池可放電的最低電壓，如果電壓低于放電終止電壓后繼續(xù)放電，電池兩段電壓會迅速下降，形成過放電。這極易對電池造成永久性損害，影響蓄電池的使用壽命。放電終止電壓和放電率有關(guān)。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(jié)束充電過程，電池則很容易存在大電流過充電的問題。過充電會使電池內(nèi)部的溫度和壓力都急劇上升，造成對電池的損害。這是因為在過充電階段電池內(nèi)部所進行的反應為消耗反應，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，這就使電池溫度迅速上升。因此在電池充電接近滿充點時，只能采用低速率充電。這是因為電池在低電流過充電時所產(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。5. 電池的內(nèi)阻 當電流流過蓄電池時，蓄電池兩端所呈現(xiàn)出來的電阻稱為蓄電池的內(nèi)阻，這個內(nèi)阻與其它電源的內(nèi)阻有所不同，它包含兩個部分，即： R＝RO十RN ()其中RO為電極與電解液的內(nèi)阻之和，該電阻遵守歐姆定律，是不變的量；RN是由干電流流過蓄電池時兩電極的電位有所改變而表現(xiàn)出來的，因此又稱為極化電阻或假電阻，其值與流過電池的電流強度有關(guān)，電流越大，RN越大。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。該值與蓄電池的工作狀態(tài)有關(guān)，它一般有三種狀態(tài)的值：1. 當蓄電池為開路狀態(tài)時，所測得的電池兩極間的電壓稱為電池的開路電壓； 2. 當蓄電池充電時所測得的電壓稱為電池的充電電壓；3. 電池放電時測得的電壓稱為放電電壓。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。這種現(xiàn)象的產(chǎn)主，主要是因為一般的密封式蓄電池在充電過程中，內(nèi)部會產(chǎn)生氧氣和氫氣，其中主要是氧氣，氫氣只占一小部分，當產(chǎn)生的氧氣不能被及時吸收時，它便堆積在正極飯上，使得電池內(nèi)部壓力增大，電池溫度上升，同時縮小了電池正極板的板面積，表現(xiàn)為電池內(nèi)阻上升，即使得電池出現(xiàn)了所謂的極化現(xiàn)象。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。當充電速率較低時，充電時所產(chǎn)生的氧氣可以被及時吸收，因此電池的極化現(xiàn)象很輕，一般不會對電池造成很大的傷害；當高速率恒流充電時，這一現(xiàn)象則不容忽視。蓄電池的極化現(xiàn)象對蓄電池的工作是不利的。它不僅使電池發(fā)熱，而且降低了電池的效率，同時也加速了電池的老化。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。當電池的老化達到一定程度時，這個電池就報廢了。一般經(jīng)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(jié)束了。8. 循環(huán)壽命循環(huán)壽命是指在其實際容量降低至某一規(guī)定值之前所經(jīng)歷的充放電循環(huán)的次數(shù)，通常用宋定義蓄電池的使用壽命。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。在正常維護條件下，蓄電池浮充供電的時間，稱為浮充壽命。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(nèi)的活性物質(zhì)與電解液間自發(fā)的反應卻一直在進行，這造成了電池內(nèi)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。自放電的大小一般用單位時間的電池容量下降的百分比來表示，見公式24：自放電＝[（Q0Qr）/Q0]*100％ ()其中，Q。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。自放電通常與環(huán)境溫度有密切關(guān)系。但環(huán)境溫度較高時，電池的自放電現(xiàn)象比較明顯。所以電池應在適宜的溫度和適度下保存。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。鉛酸蓄電池的自放電相對鎳鎘電池來講比較嚴重，經(jīng)驗表明，鉛酸蓄電池在閑置一個月后，自放電達30％左右?？紤]到這一點，在設(shè)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。 免維護鉛酸蓄電池的特性 免維護鉛酸蓄電池的特點與普通蓄電池相比，免維護鉛酸蓄電池具有以下特點：(1) 由于是全密封結(jié)構(gòu)，使用中不會發(fā)主漏液現(xiàn)象，充電時幾乎不產(chǎn)主酸霧或其它有害氣體，在壽命期內(nèi)無需加液，真正做到了免維護，十分適合于無人值守變電的運行。(2) 自放電速率也較小。(3) 有良好的放電性能。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(gòu)的合閘要求。(4) 使用壽命長。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。一般50Ah/12V蓄電池浮充設(shè)計壽命可達5年，100Ah/12V蓄電池在7年左右，300Ah/2V蓄電池浮充設(shè)計壽命可達10～15年。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。 鉛酸蓄電池的充放電特性1. 充電特性充電過程通常要完成兩個任務，首先是使電池恢復額定容量，另一個是補充電池因自放電而產(chǎn)生的容量損失，以維持電池的額定電量。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。這就是說，電池充足電后，充電裝置應輸出恒定的浮充電壓（）。％及100％放電后的恒壓限流充電的充電特性圖。放電后的蓄電池充滿電所需時間隨放電量、充電初期電流、溫度而變化。％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。浮充電壓不能過高，以免因嚴重過充電而縮短電池的壽命。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。實踐證明，實際的浮充電壓與規(guī)定的浮充電壓相差5％時，免維護蓄電池的壽命將縮短一半。 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。放電容量還會隨著環(huán)境溫度的降低而減少。 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。充電時，硫酸鉛通過氧化還原反應分別恢復成二氧化鉛和鉛，電解液中的硫酸濃度增大；放電時，正極板的二氧化鉛和負極板的鉛與電解液中的硫酸反應，生成硫酸鉛，電解液中的濃度降低。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(chǎn)生正負離子形成電流，稱為成流反應。： PbO2＋3H+＋HSO4－＋2e=PbSO4＋ 2H2O ()： Pb＋HSO4= PhSO4＋2e＋H+ ()： PbO2＋Pb＋ 2H2SO4=2PbSO4＋2H2O ()，式中左方向為放電反應，右方向為充電反應。 Pb243。Pb2++2е () Pb2++HSO4243。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。因此每隔一定時間必須對蓄電池進行定期補水，以補充電解液中水分的損夫，否則蓄電池中的電解液濃度將大大超過規(guī)定值。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(shù)，可把這種定期補水的間隔時間延長到五年以上。生成的氧氣在電場作用下移向電池組的陰極，在陰極催化劑的作用下，重新與氫氣化合成水。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(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。因此，要想提高電池的使用壽命，必須嚴格遵循充電電流不得超過電池所允許的最大充電電流的規(guī)定，過大的充電電流會導致蓄電池使用壽命的縮短。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。它既可作為正常運行時的操作（合閘等）電源，又可作為事故停電后的后備電源，在變電站的安全運行中起著不可替代的作用。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。蓄電池充電裝置是直流電源系統(tǒng)的核心部件之一，其性能的優(yōu)劣直接決定了直流電源的水平。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(diào)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。并能對充電電壓、電流，進行監(jiān)視、顯示等。后者正是智能充電裝置的控制器要完成的功能。