《发电机常用材料》

时间：2021-03-31 18:07:41 来源：蒲公英阅读网 本文已影响人

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《发电机常用材料》word版 本文简介：发电机常用材料陈志明编密封胶(氢冷电机用)：PAPTNOT25__755335JG[2.268Kg/听]。环氧：(腻子：6101环氧树脂:650聚酰胺固化剂:石英粉＝1:1:4)。(漆:6101环氧树脂:650聚酰胺:丙酮=1:1:2)。环氧自干清漆(气干)：H31_3(1504)。标准编号：Q/G

《发电机常用材料》word版 本文内容：

发电机常用材料

陈志明编密封胶(氢冷电机用)：PAPTNOT25__755335JG[2.268Kg/听]。环氧：(腻子：6101环氧树脂:650聚酰胺固化剂:石英粉＝1:1:4)。

(漆:6101环氧树脂:650聚酰胺:丙酮=1:1:2)。环氧自干清漆(气干)：H31_3(1504)。

标准编号：Q/GHTD__149上海开林造漆厂；16.5Kg/桶环氧浸渍树脂。1441(A组3Kg、B组3Kg)[烘焙干]

用于定子线圈鼻子绑扎Φ20涤玻绳的浸渍。

江苏吴江市新型电工材料厂产1134环氧浸渍树脂(俗称：酚醛漆)

用于定子线圈鼻子填料(加拌石英粉)。贮存期：23℃以下3个月。

上海燎南电工厂及江苏南通市绝缘材料厂及上海绝缘材料厂‘盾牌’产半导体漆：低阻54201FJ；R=103-4Ω；用于定子线棒表面及线槽。

江苏.昆山林庄化工厂产，3Kg/桶

前用牌号：A38_4或Z38__4[92.1月后改]

高阻54201FL；R=1011-13

Ω；中阻5420110FK：R=107-8Ω

中

、高阻漆用於定子线棒近铁心槽口处防晕。定子线圈表面复盖漆：8037铁红聚脂绝缘磁漆。‘长城’商标，上海开林造漆厂产。20Kg/桶。(另有仿美国‘西屋公司’32230CP漆)环氧酯烘干绝缘漆。H30_2(3404)。标准编号：ZBK__15010。

17Kg/桶

用于转子端部整形(烘培)CO4__42黑色醇酸磁漆。用于转子表面及线槽内。上海振华造漆厂产。转子风叶：喷聚胺脂清漆。53841YQ粘胶剂。(A组300g、B组45g)

上海华东理工大学产。53841YR环氧粘结剂(A组300克B组30克)；------WC----------------------------------------------；

现场，环氧树脂浸渍适形材料延时固化配方：(常温不固化。加热70-80℃)

HK_021液态酸酐:N.N二甲基苄胺促进剂:环氧树脂(适当用丙酮稀释后):聚酰胺固化剂54381__1环氧玻璃粉云母带。0.14×26mm，标准号：JB1259_73

上海云母材料厂、江苏丹阳冰神电材有限公司产贮存期：5℃以下6个月

18.4Kg/米2，4圈/Kg、21.4Kg/米2、35米/圈，(17圈/筒、6筒/箱)

(Φ100/圈)云母含量39%、胶剂含量：42%、补强材料：19%绝缘等级：B级。J_5444_1(5440_1)环氧玻璃云母布，0.14×400mm。绝缘等级：F级---------------------------------------带

0.14×25mm。(0.25×50mm)---------F级

附：用量

①

水氢氢30万，QFS12.5定子：3圈/鼻子。

②

水冷30万(QFS、SG)6圈/鼻子。0.1×25mm及0.1×50mm无碱玻璃丝带(生产厂家较多)。0.4×50折叠缝制纤维带

含碱量：＜0.5%、含油量：＜2.2%、断裂强度：24Kg/Cm涤玻绳。型号：DERΦ20mm(扎鼻子：12.5MW160米/台、30万180米/台)及Φ8mm(7米/每只出线支架)

江苏.江都特种器材有限公司产。T0514__63892166020#聚脂薄膜：厚0.03及0.05mm宽幅1米江苏.常州绝缘材料总厂白坯适形材料：‘聚脂毡’。通常厚3mm。幅宽0.9米

上海松江县无纺工艺品厂(叶榭)产。JD__22粘带、JD__12粘带。0.3×25mm特制无碱玻璃丝带。(定向带)

上海金山团结玻璃纤维编织厂.

上海.金山朱行镇西硅橡胶玻璃漆布带QY6351__05。0.17×25mm及0.5×50mm牌号：2551

[厚1mm耐压18000V、3000V/层]

江苏.江阴市青阳电器配件厂、江苏.常州洛阳绝缘材料厂产聚烯亚胺薄膜带：0.05×25mm聚四氟乙烯粘带。XA__038__02437#，厚0.1。3M中国上海厂产0.05×25聚脂薄膜带。*0.1×25涤纶带。303#银纤焊料(条)：含银45%。江苏.常熟.华银公司(碧溪镇、‘常溪’商标)

20根/Kg、450mm/根、Φ4mm、熔点：660__725℃204#低银磷铜焊料(条)：含银15%、磷5%。LAaP___1纤剂：101(焊药粉)成份：氟硼酸砷:硼砂=6:4‘常溪’商标。柠檬酸：无色结晶颗粒。分柝纯。‘俊秀’商标。江苏宜兴第二化学试剂厂产。拉开粉(BX渗透剂、化学名：丁基萘磺酸钠)易受潮成块状

检漏液：用热水冲调，浓度：5%___15%[有绝缘要求处不能使用]厌氧性密封粘合剂(厌氧胶)化学名：甲基丙烯酸脂

无溶剂、室温固化。上海新安化工厂产，铁锚商标。2×0.75□RSFP屏蔽线，耐压：500V沈阳特控电缆厂。3芯高温屏蔽线(测温元件引线)：AFPF。3×0.35mm2。

上海申远高温线有限公司.T：021-530835873×41/0.254三芯阻燃电缆。Φ3.5mm/Φ2.5聚四氟乙烯管。(接定子线圈层间元件用)Φ8环氧玻璃布棒。3840#硅脂。规格295__3，3Kg/桶。

绿宝商标，上海树脂厂*WZCM___201[铜：50Ω/0℃]、WZPM___201[铂：100Ω/0℃]出水端测温元件。(长18mm、Φ6、螺纹：M8×0.75细牙)

轴承上：WZCM___204螺纹M12。上海电机成套公司产。WZP__Pt100陶瓷铂热感温元件。测温范围：-200__450℃。定子铁心测温元件：WZPD__60铂热电阻。R=100Ω/0℃

压力试验：2Mpa、耐电压：1000V、绝缘电阻＞20MΩ、外形：60×10×2定子线棒层间测温元件：WZCD10×200__3A__50(长200宽10)聚四氟乙烯定子引水管：上海益德塑料制品厂

管AΦ19/Φ14(用于：125MW、30万水氢氢、SG30万、6万6300V出线上)；管BΦ14/Φ10(用于：QFS30万、5万、6万定子)

制造后经：室温下2.5Mpa/2h再90℃下0.6Mpa/2h再室温下2.5Mpa/2h水压

试验。引水管紫铜垫圈：8.950.545用于管A，Φ21/Φ16。8.950.381用于：管B，

Φ19/Φ13。*水电接头(俗称：三通)。8.454.614(粗牙：M24×2__2)用于管A

8.454.430(细牙：M22×1.5)用于管B带线电刷。5.578.488.11[电刷牌号不能混用]尺寸：32×25×64

SQF_6(6万用)，SQF__7(12.5万、30万用)中美合资摩根炭制品公司(吴泾)产转子钢丝编织管：Φ20/Φ14，脉冲工作压力：20Mpa，脉冲次数：＞1万次上海橡胶总厂综合服务部供料转子水箱盖密封圈：6万KW：8.371.493，Φ386厚Φ7及.494，Φ486厚Φ7各2件。12.5MW，8.371.495，Φ486厚Φ7。*转子引水管喇叭形垫圈。8.268.344波纹板：厚1、拱度1.8(宽、长槽楔短5mm)成型模压槽楔。(125MW：Q8B.783.5520)江苏启东市启明电工材料有限公司产纤维橡胶密封垫。厚1.6mm、门幅1米。美国进口牌号：45721CP

(浅黄色)

SIEMENS厂：黑色聚四氟乙烯棉布。厚0.41mm、美国进口牌号：41574DA(粘胶剂53351SK)焊锡条：标准：GB3131、含锡60%、含铅40%、电工绝缘纸板：江苏泰州魏德曼高压绝缘有限公司定子铁芯短路酸洗：硝酸：37__38%。水冷电机，转子进水石棉盘根：15×15(不含金属丝)

工艺用：紫铜胀管。江苏.常熟何市金属异型拉丝厂。T：2541215

·*电器设备清洗剂：JF-41；使用CJF-901喷枪，接0·4—0·6Mpa压缩空气

（耐电压25000v）

北京江洁枫公司

Tel：010-68237061

6

篇2：风电实验报告-风力发电机组的建模与仿真

风电实验报告-风力发电机组的建模与仿真 本文关键词：建模，仿真，风电，实验，报告

风电实验报告-风力发电机组的建模与仿真 本文简介：实验一：风力发电机组的建模与仿真姓名：樊姗学号：031240521一、实验目的:1掌握风力发电机组的数学模型2掌握在MATLAB/Simulink环境下对风力发电机组的建模、仿真与分析；二、实验内容:对风速模型、风力机模型、传动模型和发电机模型建模，并研究各自控制方法及控制策略；如对风力发电基本系统

风电实验报告-风力发电机组的建模与仿真 本文内容：

实验一

：风力发电机组的建模与仿真

姓名：樊姗

学号：031240521

一、实验目的:

1掌握风力发电机组的数学模型

2掌握在MATLAB/Simulink环境下对风力发电机组的建模、仿真与分析；

二、实验内容:

对风速模型、风力机模型、传动模型和发电机模型建模，并研究各自控制方法及控制策略；如对风力发电基本系统，包括风速、风轮、传动系统、各种发电机的数学模型进行全面分析，探索风力发电系统各个部风最通用的模型、包括了可供电网分析的各系统的简单数学模型，对各个数学模型，应用

MATLAB

软件进行了仿真。

三、实验原理：

3.1风速模型的建立

自然风是风力发电系统能量的来源，其在流动过程中，速度和方向是不断变化的，具有很强的随机性和突变性。本课题不考虑风向问题，仅从其变化特点出发，着重描述其随机性和间歇性，认为其时空模型由以下四种成分构成:基本风速、阵风风速、渐变风速

和噪声风速。即模拟风速的模型为：

（1-1）

（1）基本风速在风力机正常运行过程中一直存在，基本反映了风电场平均风速的变化。一般认为，基本风速可由风电场测风所得的韦尔分布参数近似确定，且其不随时间变化，因而取为常数

（2）阵风用来描述风速突然变化的特点，其在该段时间内具有余弦特性，其具体数学公式为：

（1-2）

式中：

（1-3）

t

为时间，单位

s；T为阵风的周期，单位

s；，为阵风风速，单位m

/s；为阵风开始时间，单位

s

；为阵风的最大值，单位

m/s。

（3）渐变风用来描述风速缓慢变化的特点，其具体数学公式如下：

（1-4）

式中：

（1-5）

为渐变风开始时间，单位

s；为渐变风终止时间，单位

s

；，为不同时刻渐变风风速，单位

m/s；为渐变风的最大值，单位

m/s

。

（4）随机噪声风用来描述相对高度上风速变化的特点，此处不再描述。

3.2风力机模型的建立

风力机从自然风中所索取的能量是有限的，其功率损失部分可以解释为留在尾流中的旋转动能。能量的转化将导致功率的下降，它随所采用的风力机和发电机的型式而异，因此，风力机的实际风能利用系数

<0.593。风力机实际得到的有用功率为：

(2-6)

而风轮获得的气动扭矩为：

(2-7)

其中：

表示有用功率，单位为

w；表示空气密度，单位为

Kg/m；R表示风轮转动半径，单位为

m；表示风速，单位为

m/s；表示风能利用系数；表示气动转矩系数；

并且有：

(2-8)

(2-9)

称为叶尖速比；为风轮角速度，单位为

rad/s。

3.3传动系统模型的建立

本实验在分析传动系统机理的基础上，建立系统的刚性轴模型。刚性轴模型认为传动系统是刚性的，即低速轴，增速齿轮箱传动轴，高速轴都是刚性的。忽略风轮和发电机部分的传动阻尼，最后可得传动系统的简化运动方程为：

(3-10)

其中：

为风轮转动惯量，单位；n

为传动比；为发电机转动惯量，单位；

为发电机的反转矩，单位。

并且：

（3-11）

为发电机转速，单位

rad/s。

3.4发电机模型的建立

本实验只建立发电机的模型，而忽略变频装置。发电机的反扭矩方程为：

（4-12）

（4-13）

其中：

为发电机极对数；为相数；为电压；为修正系数;为发电机的当量转速；

为发电机转子转速；为发电机的同步转速；，分别为定子绕组的电阻和漏抗；

，分别为归算后转子绕组的电阻和漏抗，单位为Ω。

四、实验结果与分析：

4.1风速模型及仿真结果

4.1.1阵风模型及仿真结果

阵风风速

2渐变风模型及其仿真结果

渐变风速

3总的风速模型

总的风速

4.2风力机模型及仿真结果

Pr

Tr

4.3传动系统模型及仿真结果

wr

4.4发电机模型及仿真结果

Te

4.5风机组模型及仿真结果

波形从上到下分别是:

角速度

风速、输出功率

4.6结果分析

（1）由上图可知系统输出的功率波形与输入的风速有关，由于系统中存在噪声所以输出地功率存在很大的噪声，风轮机和发电机的输出功率远远大于额定输出功率。

（2）输出地角速度在一段时间后趋于稳定状态。角速度没有太大的冲击变化，对硬件机器的损坏很小。

（3）功率系数图可以看出，风能利用系数比较低，基本运行在

0.35

以下，必会造成风能的极大浪费。

（4）风轮转速基本一直运行在

0.9rad/s

以下，而文章的风轮额定转速为

19.8r/min，即

2.0724rad/s。在此种情况下，风轮转速远远低于额定转速，从而必定导致发电量不足，发电效率低下。

五、实验心得

通过本次的学习对风机发电机有利一定的了解，从学习中得知风力发电是20世纪70年代开始研究风电的自主研发能力严重不足，风电设备设计和制造水平比较落后，总体上还处于跟踪和引进国外先进技术的阶段。目前，我国的风电机组在控制系统、轴承、风机叶片、齿轮箱等零部件方面存在较大的供需矛盾。虽然整个风电产业发展较快，但是风电设备厂商在这方面明显生产能力不足，尤其在兆瓦级容量的风电机组中，轴承和电控系统几乎没有生产能力。在风电机组整体设备中，电控系统又是风机的大脑和核心。因此，风电机组电控系统国产化对于整个风电产业来说都是十分紧迫和必须的。

通过廖老师讲授，我完成了本次试验，对风力发电机组有了深刻的了解和认识，为以后的发展和工作奠定了坚实的基础，本次试验时通过MATLAB

对风力发机的风力机模型、传动装置、发电机模型及风速进行了仿真，分析每部分之间的关系，为以后深入的学习风力发电系统打下了良好的基础。

实验二：低/高风速时风力发电机组风轮转速的控制器设计

姓名：樊姗

学号：031240521

一、

实验目标:

1.1掌握模糊控制系统的原理及实现方法；

1.2掌握风力发电机组在高风速和低风速时的控制原理研究方法；

1.3掌握控制器对锋利机组的优化方法；

二、实验内容:

2.1对模糊控制系统的原理进行学习研究，并且遵循模糊控制器设计的规则和方法，设计适合风力发电机组的模糊控制器。如在高风速时随着风速以及风轮转速的变化，通过控制变桨距不断的调整桨距角，使风轮的功率因数变化，从而改变输出功率，使输出功率始终维持在一个合理的恒值状态。

2.2对风力发电机组在高风速和低风速时的控制原理研究，并针对系统控制原理的特点，分别设计了模糊控制器，继而进行了高风速和低风速时的仿真研究，并且将数据进行计算，比对证明模糊控制系统是否成功，同时找出系统设计中的优点和不足，进行推广和改造。

三、实验原理：

模糊控制系统一般主要由模糊控制器，输入/输出接口电路，广义对象以及检测装置构成。模糊控制器是模糊控制系统的核心，其主要作用是完成输入精确量的模糊化处理，并运用模糊规则进行运算，进而进行模糊推理决策运算以及精细化处理等重要过程。其是一个模糊控制系统优劣性能的指标。输入输出接口电路是模糊控制器连接前后系统的两个通道口，其作用是用来传递信号，并完成模拟信号和数字信号之间的转换，用以控制执行器的动作，以实现控制被控对象的目的。广义对象包括执行机构和被控对象两部分。检测装置在模糊控制系统中占据非常重要的地位，其精度直接影响整个控制系统的性能指标，因此要求其精度高，可靠且稳定性好。

模糊控制系统的工作原理是：由检测装置的数据采集单元获取被控变量，经转换和运算处理后，输出精确值，然后精确值和给定值进行比较获得精确偏差，经模糊控制器进行模糊化处理，模糊规则及推理运算，最后经过精确化处理输出精确量，经接口转换送给执行机构执行，使之达到控制对象的目的。

四、实验结果与分析：

4.1模糊控制器模型

4.2不同波形下的结果

4.2.1输入波形

三角波

模糊控制器规则：

风机模型

PS

发电机

风速

w

4.2.2输入波形

矩形波

模糊控制器规则

风机模型

PS

发电机

风速

角速度

4.2结果分析

通过对上面波形对比可知两个波形都存在噪声的干扰，但是在没有加入控制器的冲击很大，会对后期的产生很大的麻烦，同时也会对风机会有一定的损坏。波形在控制器的基础上增加了滤波装置，使输出的波形更加的平滑、稳定，更有利于风机的功率输出。

五、实验心得

通过本次实验我学会了模糊控制的设计和使用及滤波器在系统中的重要性，模糊控制以模糊数学理论，即模糊集合论，模糊语言变量以及模糊逻辑推理等作为理论基础，以传感器技术，计算机技术和自动控制理论作为技术基础的一种新型自动控制理论和控制方法。模糊控制器广泛应用于复杂的工业过程控制中，其控制对象一般情况下具有以下几个特点：一是对象模型不确定；二是模型的结构和参数可能在大范围内变化；三是具有非线性特性；四是具有复杂的任务和要求。而我们本次的实验风机发电机系统的控制恰恰存在以上特点。

模糊控制器的设计主要包括结构选择，模糊化和反模糊化方法，以及模糊控制器参数的设定等几个方面。所谓的模糊控制器的结构选择，就是确定模糊控制器的输入输出变量。模糊控制器的结构对整个模糊控制系统的性能影响很大。在一般的模糊控制系统中，考虑到模糊控制器实现的简便性与快速性，通常采用二维模糊控制器结构形式。这类模糊控制器以系统偏差及其变化率为输入语言变量，因此具有类似于常规

PD

控制器的特性，无法消除系统的静态偏差，不能获得无差控制，所以在本次设计中，把积分作用引入到模糊控制器中，从而形成

PID

模糊控制系统。

本次的实验不光应用了模糊控制器还在功率输出端添加了滤波器，使得输出的波形更加稳定，平滑。从而使得对电网及系统的冲击减少达到了优化的效果。

篇3：小型风力发电机控制器设计-电子竞赛设计报告

小型风力发电机控制器设计-电子竞赛设计报告 本文关键词：设计，控制器，竞赛，报告，风力发电机

小型风力发电机控制器设计-电子竞赛设计报告 本文简介：电子设计竞赛教程考试(设计报告)题目：小型风力发电机控制器设计摘要现有的小型风力发电系统存在能量转换效率低、蓄电池使用寿命短、控制简单和缺乏完整的系统功率控制等问题。因此提高对蓄电池的充电速度，减少充电损耗，正确地监控蓄电池状态，确保蓄电池的正确使用、延长蓄电池的使用寿命对小型风力发电有着重要意义。

小型风力发电机控制器设计-电子竞赛设计报告 本文内容：

电子设计竞赛教程

考试(设计报告)

题

目：小型风力发电机控制器设计

摘要

现有的小型风力发电系统存在能量转换效率低、蓄电池使用寿命短、控制简单和缺乏完整的系统功率控制等问题。因此提高对蓄电池的充电速度，减少充电损耗，正确地监控蓄电池状态，确保蓄电池的正确使用、延长蓄电池的使用寿命对小型风力发电有着重要意义。本设计的目的是在分析现有的小型风力发电系统的基础上，设计简单、高效、高可靠性的风机控制器，实现风电系统可靠及优化运行。

本设计以单片机8051的加强版STC12C5A60S2为核心控制整个电路，具体由风力发电机、控制系统、整流电路、斩波电路、蓄电池充放电控制电路、蓄电池及其用电设备组成，功能上能保证系统安全运行，在电气特性和机械特性允许范围内运行。减少风速随机变化对输出电能的影响，使输出电压稳定，减少纹波。合理调度系统电能，保证向负载提供连续电能。保护蓄电池，防止过充和过放，提供足够充电能量进行快速充电。

综上所述，本设计将具有可靠性更高、价格更廉等优势，对于增强市场竞争能力，加速小型风力发电的普及和应用，节约能源和保护环境都具有重要意义。

关键词：发电机

整流

锂电池

环保

目录

一

绪论1

二

小型风力发电系统原理2

2.1

风力发电系统组成2

2.2

风电系统的运行特点2

2.3

电能变换单元和控制单元4

2.3.1

整流器4

2.3.2

DC/DC

变换器5

2.4

锂电池5

2.4.1

锂电池的介绍5

2.4.2

锂电池的种类6

2.4.3

锂电池的充电方法6

三

小型风力发电机控制器的设计8

3.1

电机的选择8

3.1.1

手摇发电机8

3.1.2

电机特性曲线9

3.2

单片机（单片机STC12C5A60S2）11

3.2.1

产品介绍11

3.2.2

单片机STC12C5A60S2的特点11

四

流程图和电路图14

4.1流程图和控制原理图14

4.2

显示屏18

4.3

锂电池选择20

4.4

检测电路21

4.4.1

电压检测21

4.4.2

电流检测22

五

调试22

六

结语24

一

绪论

随着现代工业的发展和社会的进步，人们对供电持续性和供电量的要求也越来越高。而煤炭、石油的日趋减少，开发新能源成为当今社会最热门的话题之一。风能作为一种自然资源，它有取之不尽、清洁无污染等优点，所以被人们称为“绿色资源”受到青睐。利用可再生能源可以节约能源和保护环境，而风力发电与其它再生能源相比，更具竞争潜力，因而发展迅速。

我国的风能资源十分丰富，目前已经探明的风能储量约为

3226GW，其中可利用风能约为

253GW，主要分布在西北、华北和东北的草原和戈壁以及东部和东南沿海及岛屿上。据统计，截至到

2006

年底，我国大陆地区已建成并网型风电场

91

座，累计运行风力发电机组

3311

台，总容量达

259.9

万

kW。已经建成并网发电的风场主要分布在新疆、内蒙、广东、浙江、辽宁等

16

个省区。根据电监会公布的数据，截至

2006

年底,中国发电装机容量达到

62200

万

kW，风力发电占全国总装机容量的

0.42%。和火力发电相比，风力发电还具有以下显著的优点：

①

风能是一种可再生的洁净能源，它既不消耗自然资源，也不污染环境，这是火力发电所无法比拟的。

②

风力发电系统的建设周期要比火力发电系统短，而且投入的资金也要少得多。

③

由于现代高科技技术得融入，使得风力发电的可靠性得到显著提高。大中型风力发电机组的可靠性从

80

年代的

50％提高到

98％，已经高于火力发电，并且机组寿命可达

20

年以上。

④

与火力发电相比，风力发电机组建设的占地面积要远远小于火力发电，并且风力发电既可以并网运行，也可以和其他能源，如柴油发电、太阳能发电、水力发电组成互补系统。还可以独立运行。对于解决边远无电或供电困难地区的用电问题提供了现实的可行性。

由以上所述可以看出，风力发电对我国的经济发展有着巨大的意义。作者希望通过

对小型风力发电机及其相关控制技术的研究，来改进和完善风力发电技术，为风力发电技术的发展提出一些创造性的想法。

二

小型风力发电系统原理

2.1

风力发电系统组成

普通的独立式小型风力发电系统由风力发电机、控制系统、整流电路、斩波电路、蓄电池充放电控制电路、蓄电池及其用电设备组成（见图

2.1），其中整流电路和斩波电路也可以合称为电能变换单元电路，它实现了将风能转换为电能和变换为能够使用的电能的整个过程。利用风力带动发电机发电，将发出的电能存储在蓄电池中，在需要使用的时候再把存储的电能释放出来。

整流AC/DC

斩波AC/DC

直流负载

充电器

蓄电池组

控制系统

风力发电机

图

2.1

小型风力发电系统结构示意图

2.2

风电系统的运行特点

对于独立运行的小型风力发电系统,它的工作情况主要由风速、蓄电池状态和负载情况决定,发电机输出的能量要与负载当前消耗的能量以及蓄电池所能储存的能量总和匹配。系统运行状态的分析如表2.1所示：

表2.1

风电系统运行模式

状态是否存在

风机状态

蓄电池状态

负载状态

发电

不发电

充电

放电

有电

无电

1

0

1

0

1

0

NO

0

0

0

YES（状态1）

0

0

1

NO

0

1

0

NO

0

1

1

NO

1

0

0

YES（状态2）

1

0

1

YES（状态3）

1

1

0

YES（状态4）

1

1

1

状态说明：

状态

1：风机不发电，由蓄电池单独为负载供电；

状态

2：风机发电，由风机和蓄电池一起为负载供电；

状态

3：风机发电，为蓄电池充电，风机和蓄电池都没有为负载供电；

状态

4：风机发电，为蓄电池充电的同时也为负载供电。

由以上状态分析可以看出，风力发电系统一般都是在以上四种状态下工作的，随着外界环境的变化，如风速、风向的不同，还有负载工作情况的变化，整个风力发电系统是在四种状态间切换工作的。

当由于环境风速低于风力机的启动风速，而使风力发电机无法发电时，则要由蓄电

池为负载供电，这就是第一种工作状态；当风速足够大，风力发电机可以发电，且蓄电

池不需要充电时，则可以由风力机和蓄电池一同为负载供电，若负载较小时，也可由风

力发电机单独为负载供电，这就是第二种工作状态；当风速不是很大，且蓄电池亏电较

为严重时，为了保护蓄电池，则需要停止为负载供电，而风力发电机只为蓄电池充电，

这就是第三种工作状态；与第三种状态类似，当蓄电池亏电严重，而风速较大时，风力

发电机发出的电能较多，除了满足为蓄电池充电外，还可以为负载供电，这就是第四种

工作状态。

2.3

电能变换单元和控制单元

2.3.1

整流器

在发电系统中，整流模块是非常重要的一个环节。发电机发出的交流电能必须通过整流模块，整形成直流电能，才能向蓄电池充电，或给后接负载供电。根据发电系统的容量不同，整流器可分为可控整流器和不可控整流器两种，可控型整流器主要用在大功率的发电系统中，可以克服由于电感过大引起的体积大、功耗大等缺点；不可控型整流器主要用在功率较小的发电系统中，其特点是体积小、成本较低。

可控型整流器如图

2.2

所示，其使用的是全控或半控型的功率开关管，如门极可关断晶体管

GTO、功率

MOSFET

或门极绝缘双极性晶体管

GTR

等。

图

2.

2

可控整流桥式电路

不可控整流器如图

2.3

所示，其使用的是不可控型的功率开关管，如大功率二极管，该电路具有结构简单、功耗低、成本低等优点，普遍应用在中、小功率发电系统中。

图

2.3

不可控整流桥式电路

2.3.2

DC/DC

变换器

DC/DC

变换器是使用半导体开关器件，通过控制器件的导通和关断时间，再配合

电感、电容或高频变压器等以连续改变和控制输出直流电压的变换电路。

一般情况下，直－直变换器分为直接变换和间接变换两种，直接变换没有变压器的介入，直接进行直流电压的变化，这种电路也称为非隔离型的

DC/DC

变换器（斩波电路）；间接变换则是先将直流电压变换为交流电压，经变压器转换后再变换为直流电压，此种直－交－直电路也称为隔离型

DC/DC

变换器。

近年来，随着高频化、软开关和三电平技术的不断发展，DC/DC

变换器向着体积

更小、重量更轻、效率更高的方向发展，可供风力发电系统使用的

DC/DC

变换器类型也不断增加。

在风力发电系统中使用的

DC/DC

变换器具有以下特点：

①

与传统的

DC/DC

变换器相比，在风力发电系统中使用的

DC/DC

变换器除了具有电压变换的作用外，还要实现最大功率点跟踪（MPPT—Maximum

Power

Point

Tracking）功能。(又可称为最大功率输出控制)

②

在闭环控制的系统的中，DC/DC

变换器的反馈信号常为其输出电压，而在风电系统中，为了实现风力发电机的最大功率输出控制，就需要采用相应的

MPPT

算法，因此，DC/DC

的反馈信号就不只仅限于输出电压了，还可能使用变换器的输入电压、输出电流或输出功率等作为反馈参数。

③

传统的

DC/DC

变换器多为专用芯片提供控制信号，其控制比较简单；而在风电系统中，由于要实现

MPPT

功能，所以需要使用单片机或

DSP，采用

PWM

控制方式来调节功率开关管来实现系统功能。

2.4

锂电池

2.4.1

锂电池的介绍

在数码产品中，无论是从技术角度评估还是从价格方面的考虑，电池都占有十分重要的地位。时值今日，市场上正在销售的数码产品中，所使用的电池已经基本完成了从镍电池到锂电池的过渡。也许是由于电池刚刚完成了一次镍电池到锂电池的革命，所以人们对锂电池的认识并不统一，在许多情况下不正确的说法和做法颇为流行。因此，懂得一点锂电池的知识，掌握锂电池的正确使用方法是非常有必要的。

2.4.2

锂电池的种类

目前市面上所使用的二次电池主要有镍氢(Ni-MH)与锂离子(Li-ion)两种类型。锂离子电池中已经量产的有液体锂离子电池（LiB)和聚合物锂离子电池（LiP）两种。所以在许多情况下，电池上标注了Li-ion的，一定是锂离子电池。但不一定就是液体锂离子电池，也有可能是聚合物锂离子电池。

锂离子电池是锂电池的改进型产品。锂电池很早以前就有了，但锂是一种高度活跃的金属，它使用时不太安全，经常会在充电时出现燃烧、爆裂的情况，后来就有了改进型的锂离子电池，加入了能抑制锂元素活跃的成份（比如钴、锰等等）从而使锂电真正达到了安全、高效、方便，而老的锂电池也随之基本上淘汰了。至于如何区分它们，从电池的标识上就能识别，锂电池为Li、锂离子电池为Li-ion。现在，笔记本和手机使用的所谓“锂电池”，其实都是锂离子电池。

现代电池的基本构造包括正极、负极与电解质三项要素。作为电池的一种，锂离子电池同样具有这三个要素。一般锂离子技术使用液体或无机胶体电解液，因此需要坚固的外壳来容纳可燃的活性成分，这就增加了电池的重量和成本，也限制了尺寸大小和造型的灵活性。

2.4.3

锂电池的充电方法

阶段

1：小电流预充

先用

50mA

小电流对电池预充。

当电池电压>=2.5V

时转到下一阶段。

阶段

2：恒流充

用

500mA

恒定电流对电池快速充电。

当电池电压>=4.2V

时转到下一阶段。

阶段

3：恒压充

逐渐减少充电电流，保证电池电压恒定=4.2V

当充电电流6个月

-20-35℃

14

重量

约8克

近似值

图4.9

充电电路

4.5

检测电路

检测电路包括充电电压检测、充电电流检测。

4.5.1

电压检测

电压检测电路的设计主要考虑的问题有：在正常充电的过程中，电池端电压U的变化范围是2.7V至4.25V，要使单片机检测U，需以某种途径把U的变化映射到O至5V的范围内；在测量中，需要用低压器件去测量高电压、强电流模拟量，如果模拟量与数字量之间没有电气隔离，那么，高电压、强电流很容易串入低压器件，并将其烧毁。本次设计采用精密电阻进行比例衰减，把输入电压量程范围转化为AD转换器的量程范围，然后经RC滤波，再送给AD转换器测量。线性光耦可以较好的实现输入侧和输出侧之间的隔离，且输出跟随输入变化，线性度达0.01%。

4.5.2

电流检测

电阻检测法：

电阻检测法属于直接式检测法，一般是通过测量串接电路中电阻两端的电压信号来计算得到所要测的电流大小，测量电流的上限一般不能太大。直接得到的电信号是模拟信号，一般都比较微弱，还须外接放大电路将信号放大，再通过A/D转换电路将其转化为数字信号。其检测电路如图4.10所示。

图4.10

电阻串联检测电流法

五

调试

实物图如图5.1所示。

图5.1实物图

控制器工作状态：红灯表示控制板接通电源；黄灯表示发电机正在发电工作；绿灯表示控制器正在为锂电池充电；显示屏采集锂电池电压信号，显示出来。

其部分实物图如图5.2所示。

图5.2部分实物图

小型风力发电机控制器模拟实物图：绿色框图为手摇直流加速发电机；蓝色框图为控制器；红色框图为锂电池。

六

结语

本文通过一种小型风力发电机控制器的设计过程，对小型风力发电系统进行了较为全面的研究。

论文主要完成以下工作：

（1）、介绍了小型风力发电系统的结构、组成、工作原理，以及各组成部分的简要发展情况；

（2）、对所设计的控制器零件进行选择和分析；

（3）、对设计的控制机器的关键技术进行了详细的分析并测试；

（4）、对现有小型风力发电机技术的总结和猜想。

除了以上所做的各项工作外，本文也有几点缺憾之处：

首先，由于时间等因素，未能使用风力发电机来进行设计，只能选择小型的手摇直流减速电机来模拟发电，功率过小，不能表现完整的风力发电过程；

其次，对于蓄电池的了解不够深入，因而只对蓄电池做一个简单的介绍，选择一个适合手摇电机的小容量锂电池来设计来作为一个电源，希望在小容量的简单电路中打好基础；

最后，基于本设计只是建立在模仿与猜想中完成，对于表现风力发电系统的总体结构不能有很好的代表性。因为知识的缺陷，导致设计的进度有延缓，真的感到十分抱歉。

即使存在一些遗憾，不过本次设计还是充满许多未知和进步，本人希望通过本文对小型风力发电机控制器进行的研究，能够对未来风力发电技术的研究工作有所帮助，本文的缺陷，还有待日后不断的进行深入研究。

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