小型家用风力发电机毕业设计论文

小型家用风力发电机毕业设计论文内容摘要：

的输出电压与输出电流是会随着风速的波动而发生很大变化的。 如果整流管的参数选择不当，将使元件遭到破坏。 整流管的参数应根据其在电路中可能承受的最大正、反向峰值电压和流过的最大工作电流来 选择。 假设 100W风力发电机组的输出电压经过整流后，负荷的额定直流电压 Uz0=24V，带负荷运行时的最高电压 28zmUV ，最大负载电流 0  ，依式 4— 1 所示计算出，元件承受的最大正、反向峰值电压为 XII 28 ( )m zmU U V    元件流过的最大电流为 ( )mzI I A    由上式计算结果，可选择最大电流 5A，最大反向电压 50V的硅二极管。 在整流回路中，经常会出 现操作过电压获换向过电压。 为了防止过电压破坏元件，通常在整流回路的直流侧接入阻容过电压保护。 电阻 R和电容 C的值可参照式 4— 3所示方法估算，即 105 ( )zzR U I   270 / ( )C U uF 式中： 1zU 为输出的整流电压， V； 0zI 为输出的整流电流， A； P为风力发电机输出功率， VA； 2U 为整流器入口交流 线电压， V。 蓄电池 在独立运行的小型风力发电系统中，广泛使用蓄电池组作为蓄能装置，蓄电池组的作用是当风力较强或用电负荷减小时，可以将来自风力发电机发出的电能中的一部分储存在蓄电池中，也就是向蓄电池充电；当风力较弱、无风或者用电负荷增大时，储存在蓄电池中的电能向负荷供电，以弥补风力发电的不足，达到维持向负荷持续稳定供电的目的。 本系统采用的是铅蓄电池。 蓄电池的性能 单格铅蓄电池的电动势约为 2V， 将多个单格蓄电池串联组成蓄电池 XIII 组，可获得不同的蓄电池组电动势。 本论文采用 12节铅蓄电池串联，组 成24V 的蓄电池组。 当 外电路闭合时，蓄电池组正负两极间的电位差即为蓄电池组的端电压。 蓄电池组在充电和放电的过程中，端电压是不相等的，充电时端电压高于电动势，放电时端电压低于其电动势。 这是由于蓄电池组存在内阻的原因所致。 蓄电池的容量以 Ah 表示，其端电压随着放电而逐渐降低，且蓄电池组存在最佳充放电电流，其具体参数将在实际应用中再做具体分析。 蓄电池经过多次充放电后，其容量会降低，当蓄电池的容量敬爱那个地道其额定值的 80%以下时，就再不能使用了，也就是说蓄电池有一定的使用寿命。 影响其寿命的原因有很多，如充放电过 度、蓄电池的电解液浓度太大或者纯度降低以及在高温环境下使用等都会是蓄电池的性能变坏，降低蓄电池的使用寿命。 蓄电池的充放电电压不仅直接影响蓄电池性能，也会影响用电器的寿命与安全。 图 3— 3— 7分别是蓄电池典型的充放电曲线。 图中纵坐标为蓄电池充、放电端电压，曲线标号数字为相应小时的充、放电曲线。 图 36 蓄电池 充电曲线 图 37 蓄电池 放电曲线 从蓄电池充放电曲线可见，如果充电电压过高，将会严重损坏用户的电器；若放电电压过低（放电电流太大或放电时间过长），不仅影响到用 XIV 户电器的 正常使用，而且会缩短蓄电池的使用寿命。 充放电控制器可防止蓄电池的过充与过放。 充放电 保护电路 该控制器由电压继电器 V V3 和它们所控制的动开触点 V动合触点 V3构成。 其电路如图 3— 8所示。 下面以 本论文 24V额定电压为例，负荷最高充电电压限制在 28~29V,最低放电电压控制在 21~22V。 图 38充放电保护电路 充电时，当蓄电池电压低于 29V时，继电器 V2不工作，触点 V2闭合，保持充电状态；当该电压高于 29V时，继电器 V2开始工作，继而控制动断触点 V2断开，切断充电电路。 放电时，当蓄 电池电压高于 21V 时，继电器 V3 工作，其控制的动合触点 V3闭合，保持放电状态；当该电压低于 21V时，继电器 V3停止工作，其控制的动合触点 V3断开，从而断开了放电电路。 蓄电池组供电控制设计 控制电路如下图 3— 9所示，在整流输出端引出两线，与逆变器相接，为负载供电，其通断状态用动合触点 I2控制。 并且在蓄电池组的输出端引 XV 出两线亦与逆变器相接，作为风能不足时负载的供电电路，其通断状态用动开触点 I2控制。 图 39蓄电池组供电控制电路 当风力充足，发电机正常工作时，逆流继电器的电压线圈和电流线圈内流 过的电流产生的磁力使动合触点 I2闭合，风电向负载供电，同时向蓄电池充电；当风力不足，发电机转速太低时，逆流继电器产生的磁力消失，此时动开触点 I2闭合，同时动合触点 I2断开，此时即切换成蓄电池组向负载供电。 逆变电路 独立运行的异步风力发电动机组输出 有是不稳定的交流电，必须用蓄电池储能，才能 向用户提供连续平稳的电能，但绝大多数用电器，如日光灯、电视机、电冰箱、电风扇和绝大多数动力机械等都是以交流电工作，因此，在独立运行的风力发电系统中通常需要将直流电再变换成交流电，这种变换过程叫逆变，具有逆变 功能的电力电子设备称为逆变器，逆变器还具有自动稳压功能，可改善系统的供电质量。 XVI 逆变电路及其工作原理 其电路原理图如下所示。 ( a ) ( b ) 图 1443 单相桥式逆变电路原理 逆变器将直流电转换为交流电的逆向过程，是通过功率半导体开关器件的开通和关断作用来实现的。 最基本的逆变电路是单相桥式逆变电路，它可以很好的说明逆变电路的工作原理，其电路结构如图 1443（ a）所示。 图中 Ud为输入直流电压， Uo为输出交 流电压， R为逆变器的输出负载。 当开关管 T T4闭合， T T3断开时，逆变器输出电压 Uo=Ud；当开关管T T4断开， T T3闭合时，输出电压 Uo=Ud。 当以频率 Fs交替切换开关管 T T4 和 T T3 时，则在电阻 R 上获得如图 1443（ b）所示的交变电压波形，其周期 Ts=1/fs，这样，就将滞留电压 Ud编程了交流电压 Uo。 Uo含有各次谐波，如果想得到正玄波电压，则可通过滤波器获得。 XVII 图 1443（ a）中煮点录音开关 T1~T4 世纪是各种半导体开关器件的一种理想模型。 逆变电路中常用开关器件 有 快 速晶闸管、可关断晶闸管（ GTO）、功率晶体管（ GTR）功率场效应晶体管（ MOSFET）、绝缘栅晶体管（ IGBT）。 IGBT 的驱动电路 驱动电路是主电路与控制电路之间的接口，是该逆变装置的重要环节，对整个装置的性能有很大影响。 采用性能良好的驱动电路，可使电力电子器件工作在较理想的状态，缩短开关时间，减少开关损耗，对装置的运行效率。 可靠性和安全性都有重要的意义。 简言之，驱动电路的基本任务，就是按照控制目标的要求， 将单片机输出的脉冲进行功率放大 ,转换为加在 IGBT控制端和公共端之间，可以使其开通或关断的信号 ，从而驱动 IGBT，保证其可靠工作。 对 IGBT 驱动电路的基本要求如下： （ 1） 提供适当的正向和反向输出电压 ,使 IGBT可靠的开通和关断。 （ 2） 提供足够大的瞬态功率或瞬时电流 ,使 IGBT能迅速建立栅控电场而导通。 （ 3） 尽可能小的输入输出延迟时间 ,以提高工作效率。 （ 4） 足够高的输入输出电气隔离性能 ,使信号电路与栅极驱动电路绝缘。 （ 5） 具有灵敏的过流保护能力。 目前，在 IGBT的栅极驱动电路中广泛采用的是 EX840/EX841集成电路。 其典型接线方法如图 3— 13： XVIII 图 312 EX840/EX841 集成电路接线方法 使用时注意如下几点： （ 1） IGBT 栅 射极驱动回路往返接线不能太长 (一般应该小于1m),并且应该采用双绞线接法 ,防止干扰。 （ 2） 由于 IGBT 集电极产生较大的电压尖脉冲 ,增加 IGBT栅极串联电阻 RG有利于其安全工作。 但是栅极电阻 RG不能太大也不能太小 ,如果 RG 增大 ,则开通关断时间延长 ,使得开通能耗增加；相反 ,如果 RG太小 ,则使得 di/dt增加 ,容易产生误导通。 （ 3） 图中电容 C用来吸收由电源连接阻抗引起的供电电压变化 ,并不是电源的供电滤波电容 ,一般 取值为 47 F。 （ 4） 6脚过电流保护取样信号连接端 ,通过快恢复二极管接 IGBT集电极 .。 （ 5） 1 15 接驱动信号 ,一般 14脚接脉冲形成部分的地 ,15 脚接输入信号的正端 ,15端的输入电流一般应该小于 20mA,故在 15脚前加限流电阻。 （ 6） 为了保证可靠的关断与导通 ,在栅射极加稳压二极管。 XIX 结 论 本论文研究了小型独立运行风力发电系统的构成及其运行状况，提出了系统构成的具体解决方案。 论文 的重点在于电气设计部分，因此作者对电气设计各部分进行了具体的论证分析，用 OMRON编程软件对系统进行了逻辑电路的设计及仿真，证明电路的逻辑性正确无误，做到了按照作者的设计要求切换电路。 然后用 MATLAB对整个实际电路进行了详细的仿真，结果表明，在接入仿真三相交流电的情况下，各个输出端的输出达到了预期的要求，证明了方案的切实可行和正确无误。 将该电气设计接入风机组和逆变电路之间，即可实现将风能转化为标准户用型 50HZ交流电。 本系统采用继电控制系统，可实现在完全的自动化，无需人工控制，方便易行。 可用于电网未通达 的偏远地区的户用电力供应。 XX 参考文献 [1] 吴治坚 .新能源和可再生能源的利用 [M].北京：机械工业出版社， 2020：256289. 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[11] 曲学基 ,曲敬凯 ,于明扬 .逆变技术基础与应用 [M].北京 :电子工业出版社， 2020:195221. 致 谢 在论文完成之际，我要特别感谢我的指导老师 ***老师的热情关怀和悉心指导。 在我撰写论文的过程中， ***老师倾注了大量的心血和汗水，无论是在论文的选题、构思和资料的收集方面，还是在论文的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了罗老师悉心细致的教诲和无私的帮助，特别是他 XXII 广博的学识、深厚的学术素养、严谨的治学精神和一丝不苟的工作作风使我终生受益，在此表示 真诚地感谢和深深的谢意。 在论文的设计过程中还得到了身边同学们的不少帮助，在这里一并表示感谢。 最后，向在百忙中抽出时间对本文进行评审并提出宝贵意见的各位老师表示衷心地，真诚的感谢。 XXIII 小型风力发电机毕业设计 摘要 基于开发风能资源在改善能源结构中的重要意义，本论文对风力发电机的特性作了简要的介绍，且对风力发电机的各种参数和风力机类型作了必要的说明。 在此基础上，对风力发电机的原理和结构作了细致的分析。 首先，对风力发电机的总体机械结构进行了设计，并且设计了限速控制系统。 本课题设计的是 一种新型 的 立式垂直轴 小型 风力发电机，由风机叶轮、立柱、横梁、变速机构 、离合装置 和发电机组成。 这种发电机有体积小、噪音小、使用寿命长、价格低的特点，适合在有风能资源地区的楼房顶部，供应家庭用电，例如照明： 灯泡 ,节能灯 ； 家用电器 :电视机、收音机、电风扇、洗衣机、电冰箱。 关键词： 风力发电 限速控制系统 小型风力发电机 XXIV Abstract Exploiting wind energy resources is of great si。