力机原理及其结构 风力机的气动原理 风力机的主要部件 风力机的功率 第三章电气设计部分 发电机 发电机结构工作原理及电路图 励磁调节器的工作原理 整流部分 电路图和工作原理 参数选择 蓄电池 蓄电池的性能 充放电保护电路 逆变电路 逆变电路及其工作原理 的驱动电路 第四章系统整体运行分析及仿真 系统分析 逻辑说明 系统仿真 结论 致谢 参考文献 小型运行风力发电系统研究 第章绪论 风能是种清洁的储量极为丰富的可再生能源，它和存在于自然界的矿物质燃料 能源，如煤石油天然气等不同，它不会随着其本身的转化和利用而减少，因此可以 说是种取之不尽用之不竭的能源。而矿物质燃料储量有限，正在日趋减少，况且其 带来的严重的污染问题和温室效应正越来越困扰着人们。因此风力发电正越来越引起人 们的关注。 风力发电概述 风力发电现状与展望 全球风能资源极为丰富，技术上可以利用的资源总量估计约亿年。 作为可再生的清洁能源，受到世界各国的高度重视。近年来风电技术有了巨大的进 步，发展速度惊人。而风能售价也已能为电力用户所承受些美国的电力公司提供给 客户的风电优惠售价已达到美分，此售价使得美国家庭有的电力可以 通过购买风电获得。 年欧洲风能协会和绿色和平组织签署了风力关于年风电达到 世界电力总量的的蓝图的报告，风力的蓝图展示出风力发电已经成为解决 世界能源问题的不可或缺的重要力量。按照风电目前的发展趋势，预计年 期间装机容量增长率为，以后到年期间为，年期间为。其 推算的结果年风电装机亿，风电电量亿，年风电装 机亿，风电电量亿，占当时世界总电消费量亿 的。 世界风电发展有如下特点 风电单机容量不断扩大。风电机组的技术沿着增大单机容量提高转换效率 的方向发展。风机的单机容量已从发展到,如德国在北海和易北河 口已批量安装了单机的风机,丹麦已批量建设了单机容量的风机。 新的风电机组叶片设计和制造广泛采用了新技术和新材料，有效地改善并提高了风力发 电总体设计能力和水平。另外,可变桨翼和双馈电机的采用,使机组更能适应风速的变化, 大大提高了效率。最近,又发展了无齿风机等,进步提高了安全性和效率。 风电制造企业集中度较高。目前，主要风电设备制造企业集中在欧美国家， 全世界风电机组供应商的前位供应了世界新增装机容量的以上的份额，集中度小型运行风力发电系统研究 比较高。近来，风能德国和 三菱重工的市场份额提高迅速。 风电电价快速下降。由于新技术的运用，风电的电价呈快速下降趋势，且日益 接近燃煤发电的成本。以美国为例，风电机组的造价和发电成本正逐年降低，达到可与 常规发电设备不相上下的水平。有关专家预 小型运行风力发电系统研究 第二章风力机原理及其结构 风力机经过多年的发展和演变，已经有很多形式，但是归纳起来，可分为两类 水平轴风力机，风伦的旋转转轴与风向平行垂直轴风力机，风轮的旋转轴垂直与地 面或气流方向。本系统中采用的是水平轴风力机。 风力机的气动原理 风力发电机组主要利用气动升力的风轮。气动升力是由飞行器的机翼产生的种 力，如图。 图气动升力图 从图可以看出，机翼翼型运动的气流方向有所变化，在其上表面形成低压区，在其 下表面形成高压区，产生向上的合力，并垂直于气流方向。在产生升力的同时也产生阻 力，风速也会有所下降。升力总是推动叶片绕中心轴转动。 风力机的主要部件 水平轴风力机主要由风轮塔架对风装置齿轮箱组 成，整体结构如图所示 风轮由个叶片组成，这是吸收风能的主要部 件。当风轮旋转时，叶片受到离心力和气动力的作用，离心 力对叶片是个拉力，而气动力使叶片弯曲。当风速高于风 力机的设计风速时，为防止叶片损坏，需对风轮进行控制， 控制风轮有三种方法，使风轮偏离主方向，改变叶片 角度利用扰流器，产生阻力，以降低风轮转速。 塔架为了让风轮能在较高的风速中运行，需要塔 架把风轮支撑起来。这时塔架需要承受两个主要的载荷 个是风力机的重力，向下压在塔架上另个是阻力，使图风力主要部件结构图小型运行风力发电系统研究 塔架向风的下游方向弯曲。选择塔架时要必须考虑其成本，根据实际情况而定。 对风装置自然界的风向及风速直变化，为了得到较高的风能利用率，应 使风能的旋转面经常对准风向为此需要对风装置。本论文只介绍小型风力机的对风装 置，如图所示，利用尾舵控制对风。由尾翼带东水平轴旋转，是风轮总朝向风吹 来的方向。 图对风装置 齿轮箱 由于风轮的转速比较低，而且风力的大小经常变化着，这又使得转速不稳定。所以， 在带动发电机之前，还必须附加个齿轮箱，再加个调速装置使得转速保持稳定，然 后在连接到发电机上。齿轮箱的主要作用是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发 电机，通过齿轮副的增速作用使其得到相应的转速。在装机是应使其与轮毂相连。为了 增加齿轮箱的制动能力，在齿轮箱的输入端或输出端设置刹车装置配合叶尖制动装置实 现联合制动。 风力机的功率 风的动能和风速的平方成正比，功率是力和速度的乘积，也可用于风轮功率的计算。 风力与速度平方成正比，所以风的功率与风度的三次方成正比。如果风速增加倍，风 的功率便会增加倍。 风轮从风中吸收的功率如下   式中为输出功率，为风轮机的功率系数，为空气密度，为风轮半径， 为风速。 众所周知，如果接近风力机的空气全部动能都被风力机全部吸收，那么风轮后的空 气就不动了，然而空气当然不能完全停止，所以风力机的效率总是小于。小型运行风力发电系统研究 第三章电气设计部分 发电机 在本论文讨论的风力发电系统中，采用的是硅整流自励三相交流发电机。整 流部分将在下节作详细介绍 发电机结构工作原理及电路图 本论文提出的系统采用蓄电池组为励磁功供电，并在蓄电池组合励磁绕组之间串联 励磁调节器。其电路图如图所示。发电机的定子由定子铁心和定子绕组组成，定 子绕组为三相，型连接，放在定子铁芯内圆槽内。转子由转子铁芯转子绕组即励 磁绕组和转子轴组成，转子铁芯可做成凸极式或形，般都用爪形磁极，转子励磁绕 组的两端接到滑环上，通过与滑环接触的电刷与硅整流器的直流输出端相连，从而获得 直流励磁电流。 图串联励磁调节器 运行的小型风电机组的风力机叶片多数是固定桨距的，当风力变化时风力机转 速随之变化，与风力机相连的发电机的转速也随之变化，因而发电机的出口电压也会产 生波动，这将导致硅整流器输出的直流电压及发电机励磁电流的变化，并造成励磁磁场 的变化，这样又造成发电机出口电压的波动。这种连锁反应是的发电机的出口电压的波 动范围不断增加。显而易见，如果电压的波动得不到控制，在向负载供电的情况下，将 会影响供电质量，甚至损坏用电设备。此外运行的风力发电系统都带有蓄电池组， 电压的波动会导致蓄电池组的过充电，从而降低蓄电池组的使用寿命。 为了消除发电机输出端电压的波动，该硅整流交流发电机配有励磁调节器，如图所 示，励磁调节器由电压继电器电流继电器逆流继电器及其所控制的动断触 电和动合触电以及电阻等组成。 黑龙江大学本科生 毕业论文设计档案 编码 学院电子工程学院 专业自动化 年级 学生姓名刘占通 毕业论文题目小型运行风力发电系统研究 指导教师张鹏 装订日期年月日 备注栏 摘要 风能作为种清洁的可再生能源越来越受到人们的重视，风力发电也逐渐成为了时 下的朝阳产业。本论文详细阐明了小型风力发电系统的设计方案，对风力发电机组 的结构和电能的变换及继电控制电路做了深入的研究。 本文提出的解决方案为，风力发电机组带动三相交流发电机，然后通过 变换为用户需要的标准交流电，并且考虑到风力的不稳定性，在系统中并入蓄电池组， 通过控制电路的监控实现系统的控制，保证系统在风能充足时可蓄能，在风能不充足时 亦可为负载供电。系统的运行状况采用继电控制电路监控和切换。 本论文的重点在于继点控制电路的设计，并对各种不同风力情况下系统的运行状况 进行了全面而严谨的分析，最后电气控制部分进行了系统仿真。 关键词 风力发电机组整流逆变继电控制 , , , , , , 目录 摘要 第章绪论 风力发电概述 风力发电现状与展望 风力发电的原理和特点 论文系统概述 第二章风力机原理及其结构 风力机的气动原理 风力机的主要部件 风力机的功率 第三章电气设计部分 发电机 发电机结构工作原理及电路图 励磁调节器的工作原理 整流部分 电路图和工作原理 参数选择 蓄电池 蓄电池的性能 充放电保护电路 逆变电路 逆变电路及其工作原理 的驱动电路 第四章系统整体运行分析及仿真 系统分析 逻辑说明 系统仿真 结论 致谢 参考文献 小型运行风力发电系统研究 第章绪论 风能是种清洁的储量极为丰富的可再生能源，它和存在于自然界的矿物质燃料 能源，如煤石油天然气等不同，它不会随着其本身的转化和利用而减少，因此可以 说是种取之不尽用之不竭的能源。而矿物质燃料储量有限，正在日趋减少，况且其 带来的严重的污染问题和温室效应正越来越困扰着人们。因此风力发电正越来越引起人 们的关注。 风力发电概述 风力发电现状