小型家用風(fēng)力發(fā)電機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 時(shí)，儲(chǔ)存在蓄電池中的電能向負(fù)荷供電，以彌補(bǔ)風(fēng)力發(fā)電的不足，達(dá)到維持向負(fù)荷持續(xù)穩(wěn)定供電的目的。本系統(tǒng)采用的是鉛蓄電池。湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)XIII 蓄電池的性能單格鉛蓄電池的電動(dòng)勢(shì)約為 2V，將多個(gè)單格蓄電池串聯(lián)組成蓄電池組，可獲得不同的蓄電池組電動(dòng)勢(shì)。本論文采用 12 節(jié)鉛蓄電池串聯(lián)，組成 24V 的蓄電池組。當(dāng)外電路閉合時(shí)，蓄電池組正負(fù)兩極間的電位差即為蓄電池組的端電壓。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(shí)端電壓高于電動(dòng)勢(shì)，放電時(shí)端電壓低于其電動(dòng)勢(shì)。這是由于蓄電池組存在內(nèi)阻的原因所致。蓄電池的容量以 Ah 表示，其端電壓隨著放電而逐漸降低，且蓄電池組存在最佳充放電電流，其具體參數(shù)將在實(shí)際應(yīng)用中再做具體分析。蓄電池經(jīng)過多次充放電后，其容量會(huì)降低，當(dāng)蓄電池的容量敬愛那個(gè)地道其額定值的 80%以下時(shí)，就再不能使用了，也就是說蓄電池有一定的使用壽命。影響其壽命的原因有很多，如充放電過度、蓄電池的電解液濃度太大或者純度降低以及在高溫環(huán)境下使用等都會(huì)是蓄電池的性能變壞，降低蓄電池的使用壽命。蓄電池的充放電電壓不僅直接影響蓄電池性能，也會(huì)影響用電器的壽命與安全。圖 3—3—7 分別是蓄電池典型的充放電曲線。圖中縱坐標(biāo)為蓄電池充、放電端電壓，曲線標(biāo)號(hào)數(shù)字為相應(yīng)小時(shí)的充、放電曲線。湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)XIV圖 36 蓄電池充電曲線 圖 37 蓄電池放電曲線 從蓄電池充放電曲線可見，如果充電電壓過高，將會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞用戶的電器；若放電電壓過低（放電電流太大或放電時(shí)間過長(zhǎng)） ，不僅影響到用戶電器的正常使用，而且會(huì)縮短蓄電池的使用壽命。充放電控制器可防止蓄電池的過充與過放。 充放電保護(hù)電路該控制器由電壓繼電器 VV3 和它們所控制的動(dòng)開觸點(diǎn) V動(dòng)合觸點(diǎn) V3 構(gòu)成。其電路如圖 3—8 所示。下面以本論文 24V 額定電壓為例，負(fù)荷最高充電電壓限制在 28~29V,最低放電電壓控制在 21~22V。圖 38 充放電保護(hù)電路充電時(shí)，當(dāng)蓄電池電壓低于 29V 時(shí)，繼電器 V2 不工作，觸點(diǎn) V2 閉合，保持充電狀態(tài)；當(dāng)該電壓高于 29V 時(shí)，繼電器 V2 開始工作，繼而控制動(dòng)斷觸點(diǎn) V2 斷開，切斷充電電路。放電時(shí)，當(dāng)蓄電池電壓高于 21V 時(shí)，繼電器 V3 工作，其控制的動(dòng)合觸點(diǎn) V3 閉合，保持放電狀態(tài)；當(dāng)該電壓低于 21V 時(shí)，繼電器 V3 停止工作，其控制的動(dòng)合觸點(diǎn) V3 斷開，從而斷開了放電電路。湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)XV 蓄電池組供電控制設(shè)計(jì)控制電路如下圖 3—9 所示，在整流輸出端引出兩線，與逆變器相接，為負(fù)載供電，其通斷狀態(tài)用動(dòng)合觸點(diǎn) I2 控制。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(fēng)能不足時(shí)負(fù)載的供電電路，其通斷狀態(tài)用動(dòng)開觸點(diǎn) I2 控制。圖 39 蓄電池組供電控制電路當(dāng)風(fēng)力充足，發(fā)電機(jī)正常工作時(shí)，逆流繼電器的電壓線圈和電流線圈內(nèi)流過的電流產(chǎn)生的磁力使動(dòng)合觸點(diǎn) I2 閉合，風(fēng)電向負(fù)載供電，同時(shí)向蓄電池充電；當(dāng)風(fēng)力不足，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速太低時(shí)，逆流繼電器產(chǎn)生的磁力消失，此時(shí)動(dòng)開觸點(diǎn) I2 閉合，同時(shí)動(dòng)合觸點(diǎn) I2 斷開，此時(shí)即切換成蓄電池組向負(fù)載供電。 逆變電路 獨(dú)立運(yùn)行的異步風(fēng)力發(fā)電動(dòng)機(jī)組輸出 有是不穩(wěn)定的交流電，必須用蓄電池儲(chǔ)能，才能向用戶提供連續(xù)平穩(wěn)的電能，但絕大多數(shù)用電器，如日光燈、電視機(jī)、電冰箱、電風(fēng)扇和絕大多數(shù)動(dòng)力機(jī)械等都是以交流電工作，因此，在獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中通常需要將直流電再變換成交流電，這種變換過程叫逆變，具有逆變功能的電力電子設(shè)備稱為逆變器，湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)XVI逆變器還具有自動(dòng)穩(wěn)壓功能，可改善系統(tǒng)的供電質(zhì)量。 逆變電路及其工作原理其電路原理圖如下所示。( a ) ( b )圖 1443 單相橋式逆變電路原理 逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的逆向過程，是通過功率半導(dǎo)體開關(guān)器件的開通和關(guān)斷作用來實(shí)現(xiàn)的。 最基本的逆變電路是單相橋式逆變電路，它可以很好的說明逆變電路的工作原理，其電路結(jié)構(gòu)如圖 1443（a）所示。 圖中 Ud 為輸入直流電壓，Uo 為輸出交流電壓，R 為逆變器的輸出負(fù)載。當(dāng)開關(guān)管 TT4 閉合，TT3 斷開時(shí)，逆變器輸出電壓 Uo=Ud；當(dāng)開關(guān)管 TT4 斷開，TT3 閉合時(shí)，輸出電壓 Uo=Ud。當(dāng)以頻率 Fs 交替切換開關(guān)管 TT4 和 TT3 時(shí)，則在電阻 R 上獲得如圖 1443（b）所示湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)XVII的交變電壓波形，其周期 Ts=1/fs，這樣，就將滯留電壓 Ud 編程了交流電壓 Uo。Uo 含有各次諧波，如果想得到正玄波電壓，則可通過濾波器獲得。 圖 1443（a）中煮點(diǎn)錄音開關(guān) T1~T4 世紀(jì)是各種半導(dǎo)體開關(guān)器件的一種理想模型。逆變電路中常用開關(guān)器件有快速晶閘管、可關(guān)斷晶閘管（GTO） 、功率晶體管（GTR）功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET） 、絕緣柵晶體管（IGBT） 。 IGBT 的驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)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(huán)節(jié)，對(duì)整個(gè)裝置的性能有很大影響。采用性能良好的驅(qū)動(dòng)電路，可使電力電子器件工作在較理想的狀態(tài)， ，縮短開關(guān)時(shí)間，減少開關(guān)損耗，對(duì)裝置的運(yùn)行效率。可靠性和安全性都有重要的意義。簡(jiǎn)言之，驅(qū)動(dòng)電路的基本任務(wù)，就是按照控制目標(biāo)的要求，將單片機(jī)輸出的脈沖進(jìn)行功率放大,轉(zhuǎn)換為加在 IGBT 控制端和公共端之間，可以使其開通或關(guān)斷的信號(hào)，從而驅(qū)動(dòng) IGBT，保證其可靠工作。對(duì) IGBT 驅(qū)動(dòng)電路的基本要求如下： （1） 提供適當(dāng)?shù)恼蚝头聪蜉敵鲭妷?使 IGBT 可靠的開通和關(guān)斷。（2） 提供足夠大的瞬態(tài)功率或瞬時(shí)電流,使 IGBT 能迅速建立柵控電場(chǎng)而導(dǎo)通。 （3） 盡可能小的輸入輸出延遲時(shí)間,以提高工作效率。（4） 足夠高的輸入輸出電氣隔離性能,使信號(hào)電路與柵極驅(qū)動(dòng)電路湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)XVIII絕緣。 （5） 具有靈敏的過流保護(hù)能力。目前，在 IGBT 的柵極驅(qū)動(dòng)電路中廣泛采用的是 EX840/EX841 集成電路。其典型接線方法如圖 3—13：圖 312 EX840/EX841 集成電路接線方法使用時(shí)注意如下幾點(diǎn)：（1） IGBT 柵射極驅(qū)動(dòng)回路往返接線不能太長(zhǎng)(一般應(yīng)該小于1m),并且應(yīng)該采用雙絞線接法,防止干擾。（2） 由于 IGBT 集電極產(chǎn)生較大的電壓尖脈沖,增加 IGBT 柵極串聯(lián)電阻 RG 有利于其安全工作。但是柵極電阻 RG 不能太大也不能太小,如果 RG 增大,則開通關(guān)斷時(shí)間延長(zhǎng),使得開通能耗增加；相反,如果 RG 太小,則使得 di/dt 增加,容易產(chǎn)生誤導(dǎo)通。（3） 圖中電容 C 用來吸收由電源連接阻抗引起的供電電壓變化,并不是電源的供電濾波電容,一般取值為 47 F。 （4） 6 腳過電流保護(hù)取樣信號(hào)連接端,通過快恢復(fù)二極管接IGBT 集電極.。（5）115 接驅(qū)動(dòng)信號(hào),一般 14 腳接脈沖形成部分的地,15 腳接輸入信號(hào)的正端,15 端的輸入電流一般應(yīng)該小于 20mA,故在 15 腳湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)XIX前加限流電阻。（6） 為了保證可靠的關(guān)斷與導(dǎo)通,在柵射極加穩(wěn)壓二極管。 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)XX結(jié) 論本論文研究了小型獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成及其運(yùn)行狀況，提出了系統(tǒng)構(gòu)成的具體解決方案。論文的重點(diǎn)在于電氣設(shè)計(jì)部分，因此作者對(duì)電氣設(shè)計(jì)各部分進(jìn)行了具體的論證分析，用 OMRON 編程軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了邏輯電路的設(shè)計(jì)及仿真，證明電路的邏輯性正確無誤，做到了按照作者的設(shè)計(jì)要求切換電路。然后用 MATLAB 對(duì)整個(gè)實(shí)際電路進(jìn)行了詳細(xì)的仿真，結(jié)果表明，在接入仿真三相交流電的情況下，各個(gè)輸出端的輸出達(dá)到了預(yù)期的要求，證明了方案的切實(shí)可行和正確無誤。將該電氣設(shè)計(jì)接入風(fēng)機(jī)組和逆變電路之間，即可實(shí)現(xiàn)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)戶用型 50HZ 交流電。本系統(tǒng)采用繼電控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)在完全的自動(dòng)化，無需人工控制，方便易行。可用于電網(wǎng)未通達(dá)的偏遠(yuǎn)地區(qū)的戶用電力供應(yīng)。湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)XXI參考文獻(xiàn)[1] [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2022：256289.[2] [M].北京:水里水電出版社，2022:2451.[3] (法）勒古里雷斯著，[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1987：356384.[4] 姚興佳，[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2022:5667.[5] 秦建國(guó)，[J].內(nèi)蒙古:內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)信息工程學(xué)院，[6] 王承煦，[M]. 北京:中國(guó)電力出版社.2022:221235.[7] [M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1996:6185.[8] 王兆安，[M]. 北京::75116.[9] [J]..湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)XXII[10] 王大鵬，[M].北京：中國(guó)電力出版社，2022：1551.[11] 曲學(xué)基,曲敬凱,[M].北京:電子工業(yè)出版社，2022:195221.致 謝在論文完成之際，我要特別感謝我的指導(dǎo)老師***老師的熱情關(guān)懷和悉心指導(dǎo)。在我撰寫論文的過程中，***老師傾注了大量的心血和汗水，無論是在論文的選題、構(gòu)思和資料的收集方面，還是在論文的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了羅老師悉心細(xì)致的教誨和無私的幫助，特別湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)XXIII是他廣博的學(xué)識(shí)、深厚的學(xué)術(shù)素養(yǎng)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和一絲不茍的工作作風(fēng)使我終生受益，在此表示真誠(chéng)地感謝和深深的謝意。 在論文的設(shè)計(jì)過程中還得到了身邊同學(xué)們的不少幫助，在這里一并表示感謝。最后，向在百忙中抽出時(shí)間對(duì)本文進(jìn)行評(píng)審并提出寶貴意見的各位老師表示衷心地，真誠(chéng)的感謝！湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)XXIV小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì)摘要基于開發(fā)風(fēng)能資源在改善能源結(jié)構(gòu)中的重要意義，本論文對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的特性作了簡(jiǎn)要的介紹，且對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的各種參數(shù)和風(fēng)力機(jī)類型作了必要的說明。在此基礎(chǔ)上，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的原理和結(jié)構(gòu)作了細(xì)致的分析。首先，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的總體機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并且設(shè)計(jì)了限速控制系統(tǒng)。本課題設(shè)計(jì)的是一種新型的立式垂直軸小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，由風(fēng)機(jī)葉輪、立柱、橫梁、變速機(jī)構(gòu)、離合裝置和發(fā)電機(jī)組成。這種發(fā)電機(jī)有體積小、噪音小、使用壽命長(zhǎng)、價(jià)格低的特點(diǎn)，適合在有風(fēng)能資源地區(qū)的樓房頂部，供應(yīng)家庭用電，例如照明：燈泡,節(jié)能燈；家用電器:電視機(jī)、收音機(jī)、電風(fēng)扇、洗衣機(jī)、電冰箱。關(guān)鍵詞： 風(fēng)力發(fā)電 限速控制系統(tǒng) 小型風(fēng)力發(fā)電機(jī) 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)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。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。 Domestic electric appliances: Television, radio, electric fan, washer, electric refrigerator.Key words：Wind power generation, Regulating control system, Small winddriven generator