风力发电电能变换装置的研究毕业设计论文(编辑修改稿)

风力发电电能变换装置的研究毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

1VTud2d1ucbauuuacuabuacabcbcababcac uuuuuuuabuu acab abu cbu cau ba ubc uac u udutωtωtωu 2u 2Lud 负载VTVTVTVTVTVTabc123456i aTnd 2i d风力发电电能变换 装置的毕业设计 14 位依次差 60。 ；共阴极组的脉冲依次差 120。 ，共阳极组也依次差 120。 ；同一相的上下两个桥臂的脉冲相差 180。 整流输出电压 ud一周期脉动 6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为 6 脉波整流电路。 在整流电路合闸启动过程中或电流续流时，同时导通的 2个晶闸管均有触发脉冲，以 确保电路的正常工作。 当电路中带有阻感负载时，α≤ 60。 时， ud波形连续，电路的工作情况与带电阻负载时十分相似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压 ud 波形、晶闸管承受的电压波形等都一样。 区别在于得到的负载电流 id 波形不同，阻感负载时由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直，近似为一条水平线。 当α 60。 时，阻感负载由于电感 L的作用，ud的波形会出现负的部分。 若电感 L 足够大， ud中正负面积将基本相等， ud平均值近似为零。 这表明，带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的α角移相范围为 90。 当α≤ 60。 时，整流输出电 压平均值为： 2 32233 6 s i n ( ) 2 . 3 4 c o sdU U td t U       当α 60。 时 ,整流电压平均值为： 223 6 s in ( ) 2 . 3 4 [ 1 c o s ( ) ]3dU U td t U        三相桥式全控整流电路接反电动势阻感负载时，在负载电感足够大足以使负载电流连续的情况下，电路工作情况与电感性负载时相似，电路中各处电压、电流波形均相同，仅在计算 Id时有所不同，接反电动势阻感负载时的 Id为： dd UEI R ； 三相不可控整流电路 在三相不控整流电路中，使用最多的也是三相桥式整流 电路，一般三相桥式整流电路是由三相输入变压器、六只整流二极管、及负载组成。 三相桥式不控整流电路与三相桥式可控整流电路的区别在于可控整流电路可以通过触发脉冲来控制触发角从而达到控制电压大小的目的。 但在风力发电电能变换装置中，要将风能尽可能的转化为电能，因此选用三相不可控整流电路，因为三相不可控整流电路是直接由电流来控制二极管导通的，不用考虑触发角的问题。 三相桥式不可控整流电路和波形如图 所示。 风力发电电能变换 装置的毕业设计 15 图 从图中可以看出：在 t1～ t2时间 内，变压器次级 a相电压与 b 相电压的差值最大，因此整流二极管 VD VD2导通，其通路为 a→ b→ VD1→ R→ VD2→ b，其他整流元件受反向电压作用而不导通，整流器的输出电压为变压器次级电压 uab。 在 t2～ t3时间内， a相电压虽然仍为正值，且与 t1～ t2时间内电压值大小一样（变化的趋势则不相同），但 b相电压已经高于 c 相电压，所以此时是 a 相电压与 c 相电压的差值最大，因此 D4截止，VD VD6导通，其通路为 a→ VD1→ R→ VD6→ b，其他整流元件则受到反向电压作用而不导通，整流输出电压为变压器次级电压 uca。 在 t3～ t4时间内， b 相电压为正值， c相电压为负值，线电压 ubc最大，因此整流元件 VD3与 VD6导通，其他整流元件则受到反向电压作用而不导通，整流输出为线电压 ubc。 依次类推，负载 R 上得到的脉动直流电压 U 在一个周期内，有 6 次为变压器次级电压的线电压值，而每一次的线电压均为两相相电压之和，即 ()ab a b a bu u u u u     风力发电电能变换 装置的毕业设计 16 ()ac a cu u u   ()bc b cu u u   故在任意时间里，整流电压的瞬时值等于对应的两相电压瞬时值之和。 因此可得： 2. 34 22 0daU U V 即： b c dU U U U V    从图中还可以看出任何时间里均由两个整流元件串联导通，而在一个周期里，每个整流元件只导通一次，连续导通时间为 2π /3，所以通过每个整流元件的平均电流 Icp为负载电流 IR的 1/3，即 : 2 . 3 41 1 . 3 233 aCD R dUI I I AR    而加在整流元件上的最大反向电压为变压器的次级电压的线电压 uab（或 ubc或 uca），即 : 3 3 2 1 . 0 5 2 3 1a m a dU u U U V    反 直流滤波电路 整流电路将 交流电变成直流电，并不是一个纯粹的直流电压，而是一个脉动的直流电压，它除了直流成分外，还包括着不同频率、不同振幅的交流成分（通常称为谐波）。 也就是说，整流器输出的电压，可以看成的一个直流成分和多个不同交流成分之和，而且频率越低者，振幅越大，频率愈高者，振幅愈小。 人们通常说交流成分的大小，就是指最低次谐波或基波的大小，交流成分越大，对设备的干扰也越大。 滤波电路是接在整流电路之后，起着减少交流成分，有使整流器输出的脉动电流变成平滑的直流电流（仍包括一定的交流成分）的作用。 滤波电路一般由电感线圈、电容器、电阻 等电气元件组合而成。 常用的滤波电路有电容滤波电路、 L 型滤波电路、π型滤波电路、 RC滤波电路等。 电容滤波电路 电容滤波电路是利用电容器对直流不能通过，而对交流成分呈现较小的阻抗，以达到短路交流，减少整流器的输出电压脉动成分的目的而且电容器越大，效果越好。 当然，电容器大了以后，为防止加电瞬间电容器的过大充电电流，在电路设计时必须采用限流措施。 电容滤波电路如图所示。 图 电容滤波电路 L 型滤波电路 C RL 风力发电电能变换 装置的毕业设计 17 由电感电容组成倒 L字型的滤波电路，称 L 型滤波电路或倒 L 型滤波电路。 其电路如图所示 图 L形滤波电路 L型滤波电路利用扼流圈 L对脉动电流的交流成分产生较大的衰减，而电容又对交流成分旁路的特点，使电容电感相互配合，大大改善滤波效果。 L 型滤波电路的滤波效果，主要取决于 LC 的乘积，即 LC 愈大，滤波效果愈好。 π型滤波电路 由电感，电容器组成π型滤波电路，其电路如图所示 图 π形滤波电路 π型滤波电路的滤波效果，等于整流器 输出电压中的脉动交流成分先由电容器旁路，再经 L 型滤波器将其部分进行衰减。 因此，它是各类无源滤波电路中滤波效果中最好的一种。 RC 滤波电路 将 L 型滤波电路或π型滤波电路中的电感 L 用电阻 R 代替，即由电阻 R 和电容器 C组成的滤波电路，称 RC 滤波器。 其电路如图所示。 RC滤波电路在自动控制电路与小功率整流电路中经常用到，因为它不需要体积大、绕线麻烦的电感线圈 L。 RC滤波电路的滤波效果取决于电阻 R 和电容器的大小，电阻 R、电容器 C愈大则滤波效果愈好。 但电阻 R 和电容器 C不能过大，因为电容器 C值过大则体 积和重量增大，成本提高。 电阻 R 太大，在电阻 R上的损耗也大。 因此，要综合考虑。 为了能较好地旁路交流电流，一般满足 1/mω CR(m 为整流相数，对于单相全波与单相桥式整流电路：m=2，对于三相半波整流电路： m=3，对于三相桥式整流电路： m=6)。 因此风力发电电能变换装置的选用该滤波电路作为三相不可控整流电路的滤波电路，在电路中选用 1000Ω的电阻，在“速度相等”恰好发生，则可得： 3RC  因为 2 2 3 . 1 4 5 0 3 1 4 /f ra d s   RL C L RL C L1 L2 风力发电电能变换 装置的毕业设计 18 因此： 633 5 . 5 1 03 1 4 1 0 0 0C R     （ 法 ） 图 RC 滤波电路 第 3 章 蓄电池组 蓄电池的种类和特性 蓄电池是化学电池的一种，所谓化学电池是指能将化学能直接转换为电能的装 置。 一般使用的化学电池分为原电池和蓄电池两种。 原电池只能使用一次，即我们所说的干电池，蓄电池可以多次反复使用。 当蓄电池使用一段时间后，即部分放电或完全放电，用适当的反向电流通入电池，则蓄电池可以再次将电能转化为化学靛储存起来。 这种反向充电补充能量的过程即是电池充电过程，而电池将自身的能量以电能的形式供给外线路的过程即放电过程。 目前主要的蓄电池有多种，如：密封铅酸蓄电池、镍镉蓄电池、镍氢蓄电池和 锂离子蓄电池等。 这四种蓄电池具有相同的功能就是为最终产品提供可补充的电能，但不同的电池具有不同的特性，适用的对象和场合也是不同的。 各种不同电池的特性如表格 所示： 特性 铅酸蓄电池 镍镉电池 镍氢电池 锂离子电池 能量 Wh/Kg 密度 30 40 60 90 能量 Wh/l 密度 60 100 140 210 单电池电压 (V) (平均 ) 放电曲线 缓慢倾斜 平直 平直 倾斜 自放电 30%/月 15%/月 20%/月 6%/月 内阻 低 最低 中 最高 放电阻率 5C 10C 3C 2C 表格 选择蓄电池的主要依据是电池的能量密度、电池的容量及电压等级的选取，它 们决定了电池为负载提供电能的速度和大小。 对于放电速率要求不高的产品，如便携式计算RL C1 C2 R RL C R 风力发电电能变换 装置的毕业设计 19 机、蜂窝 电话机和手提式视频设备，可以使用镍金属氧化物电池和锂离子电池。 因为它们具有较大的内阻，从而限制了峰值放电电流，使它们比较适用子长期电流消耗要求较小的产品。 而密封铅酸蓄电池和镍镉电池由子内阻较小，可以提供较大的电流，所以适用子放电速率要求较高的产品。 因此，在风力发电的电能变换装置中，选用铅酸蓄电池。 铅酸蓄电池的基本概念 由于蓄电池的充电本身涉及到许多相关的专业知识，为了能够更好的理解本课 题，本节将简要介绍铅酸蓄电池有关的一些知识。 1. 电池容量 电池容量是蓄电池使用过程中的一个重要参数 ，它指蓄电池充足电后放电到终 止电压时所输出的电量，也就是在一定的放电条件下可以从电池中获得的电量。 单元电池内活性物质的数量决定了单元电池含有的电荷量，因此，电池越大，它的容量越高。 电池容量用 C 表示，其单位用 Ah、 mAh 表示。 2. 充电速率和放电速率 为了对不同容量的电池加以比较，蓄电池的充电电流不用电流的绝对值来表 示，而是用电池的额定容量 C 和放电时间 t的比来表示，称为电池的充电速率或放 电倍率。 例如一个额定容量 C 为 100Ah 的电池，充电 2 小时后，电池完全充满， 则它的充电电流为： I=C/2=（ A） () 即它的充电速率为 ：若用 1O 小时就达到充满状态，则它的充电电流为 ： I=C/10=（ A） () 即它的充电速率为。 放电速率的描述和充电速率相同。 3. 充电终止电压和放电终止电压 蓄电池充足电时，极板上的活性物质己达到保护状态，再继续充电，蓄电池的 电压也不会上升，此时的电压称为充电终止电压。 放电终止电压是指蓄电池可放电的最低电压，如果电压低于放电终止电压后继 续放电，电池两段电 压会迅速下降，形成过放电。 这极易对电池造成永久性损害，影响蓄电池的使用寿命。 放电终止电压和放电率有关。 4. 电池的过充电 当高速率充电而又不能及时地在满充电后结束充电过程，电池则很容易存在大 电流过充电的问题。 过充电会使电池内部的温度和压力都急剧上升，造成对电池的损害。 这是因为在过充电阶段电池内部所进行的反应为消耗反应，它会增大电池内部的压力，同时，由于氧气的产生和吸收都是放热反应，这就使电池温度迅速上升。 因此在电池充电接近满充点时，只能采用低速率充电。 这是因为电池在低电流过充电时所产生的极化现象较轻，同时 电池的热量可以及时地向空中散发，基本上不会对电池造成伤害。 5. 电池的内阻 风力发电电能变换 装置的毕业设计 20 当电流流过蓄电池时，蓄电池两端所呈现出来的电阻称为蓄电池的内阻，这个 内阻与其它电源的内阻有所不同，它包含两个部分，即： R＝ RO十 RN () 其中 RO为电极与电解液的内阻之和，该电阻遵守欧姆定律，是不变的量； RN是由干电流流过蓄电池时两电极的电位有所改变而表现出来的，因此又称为极化电阻或假电阻，其值与流过电池的电流强度有关，电流越大， R。