下载文档原格式
小型风力发电机总体结构的设计开题报告班级（学号）：机0405-19 姓名：崔亮指导老师：许宝杰一、综述1.课题研究的目的和意义能源是发展国民经济和提高人民生活的重要物质基础，是经济发展的“火车头”，能源已成为制约国民经济发展的重要因素。
社会经济发展推动能源需求的持续增长，要求不断开发新的能源。
虽然，人类的技术进步旨在提高能源的利用效率、减少能源的消耗，但现今的能源生产量依然满足不了人类发展的需求。
由于对能源的渴求，人们无节制地开采石油、煤炭、天然气等这些埋在地层深处的维系人类生存的“能源食粮”，不仅严重地污染了我们的生存空间，恶化了自然环境，而且带来了更可怕的恶果—能源枯竭。
传统化石能源资源的减少，引发的石油危机和石油总体价格的攀升，已在向世人警示能源安全问题,引起对能源安全的广泛担忧。
现实告诫人们，要生存就必须寻求开发新能源。
[1]我国地域辽阔，广大边远山区、沿海岛屿和少数民族地区地广人稀、交通不便，利用大电网的延伸解决供电问题非常困难，而这些地区风力资源往往又比较丰富。
充分利用这些地区的风力资源来解决无电、缺电问题，对改善当地人民的生活水平，发展地方经济具有深远的意义。
小型风力发电系统具有机组投资小，使用灵活，非常适用于解决居住相对分散、风力资源较好的无电地区居民的基本生活用电及部分小型生产用电问题。
[2]小型风力发电技术作为农村能源的组成部分，它的进一步推广应用，将会推动农村能源的发展，对于改善用能结构，特别是边远山区等的生产、生活用能，推动生态和环境建设诸领域的发展将发挥积极作用，具有广阔的市场前景。
[3]风能具有随机性和不确定性，风力发电系统是一个复杂系统。
简化小型风力发电系统的结构、降低成本、提高可靠性及实现系统优化运行，具有重要的理论意义和实际应用价值。
2.课题的研究现状及已有成果风能的利用有着悠久的历史。
近年来,资源的短缺和环境的日趋恶化使世界各国开始重视开发和利用可再生、且无污染的风能资源。
小型H型垂直轴风力发电机气动性能分析的开题报告一、研究背景风力发电是一种环保、可再生的清洁能源，而小型H型垂直轴风力发电机具有结构简单、启动风速低、抗风能力强等优点，被广泛应用于各种户外设备中。
然而在一定的风速下，小型H型垂直轴风力发电机效率较低，气动性能研究的不足也是其发展的制约因素之一。
因此，对小型H型垂直轴风力发电机气动性能的分析研究，可以为提高其效率、优化其设计提供有力支撑。
二、研究目的本研究旨在通过理论和数值模拟方法，对小型H型垂直轴风力发电机的气动性能进行分析和研究，探索优化其结构设计和提高其性能的方案。
三、研究内容1. 研究小型H型垂直轴风力发电机的结构特点及工作原理；2. 建立小型H型垂直轴风力发电机的数值模型，仿真计算其气动特性；3. 分析小型H型垂直轴风力发电机的流动场特征、气动力特性等；4. 探索小型H型垂直轴风力发电机的结构优化方案，并仿真计算其性能提高效果。
四、研究方法本研究主要采用理论和数值模拟相结合的方法，具体包括：1. 理论计算和分析：通过数学方法和基本气动原理，分析小型H型垂直轴风力发电机的结构特点和气动性能。
2. 数值模拟：使用计算流体动力学（CFD）方法，建立小型H型垂直轴风力发电机的数值模型，采用标准k-ε湍流模型分析分析流动场特征、气动力特性等。
3. 实验研究：结合理论计算和数值模拟结果，设计并开展小型H型垂直轴风力发电机的实验研究，验证数值结果的可靠性。
五、研究意义本研究将为小型H型垂直轴风力发电机的设计和制造提供理论依据和数值分析结果，可以指导产品优化设计和性能提升，促进其在各个领域的应用和推广，推动清洁能源的普及与发展。
小型风力发电机叶片设计与制造工艺研究的开题报
告
一、选题背景
风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，得到越来越广泛的应用。
而小型风力发电机因其造价低廉、易于安装、便于维护等优点，日
益受到人们的关注。
叶片是小型风力发电机转换风能为电能的核心部分，其设计与制造工艺直接影响着风力发电机的性能和效率。
因此，对小型
风力发电机叶片的设计与制造工艺进行研究，具有重要的意义。
本研究旨在探究小型风力发电机叶片的设计与制造工艺，以提高风
力发电机的性能和效率。
二、研究内容
1、小型风力发电机叶片的工作原理及结构
2、小型风力发电机叶片的设计理论与方法
3、小型风力发电机叶片的材料选择与优化
4、小型风力发电机叶片的制造工艺流程
5、小型风力发电机叶片的试验与分析
三、研究方法
采用文献资料、实验测试、计算模拟等方法，系统地研究小型风力
发电机叶片的设计与制造工艺。
四、研究意义
本研究旨在提高小型风力发电机的性能和效率，推进风力发电行业
的发展。
同时，本研究还可以为相关领域的工程设计提供参考，促进本
领域的研究与应用。
小型风力发电机总体结构的设计首先，塔架结构是小型风力发电机的基础支撑结构，主要作用是稳定风轮的位置和方向。
塔架通常由金属或钢筋混凝土制成，高度一般在10米至30米之间。
在设计时，需要考虑到塔架的强度、稳定性和耐久性，以及便于安装和维护。
其次，风轮（葉片）设计是小型风力发电机的核心部分，负责接受风能并驱动发电机发电。
风轮通常由数个叶片组成，常见的材料有玻璃纤维、碳纤维等。
在设计时，需要考虑到叶片的形状、长度和材料的选择，以提高风轮的效率和稳定性。
风轮的设计应考虑到叶片的形态优化，以降低风阻和噪音，提高风能的利用率。
通常采用的形状有直接扇形、折叠扇形、三角扇形等，可以通过风洞实验和仿真计算来确定最佳形状。
此外，风轮还需要考虑叶片的长度和数量，以适应不同风速和功率要求。
第三，发电机是将风能转换为电能的关键设备。
通常采用的是永磁同步发电机，可以有效提高发电效率。
永磁同步发电机结构简单、效率高、体积小、重量轻，是小型风力发电机中较为常用的一种类型。
同时，发电机还需要配备适当的传感器和电器设备，以确保风能可以稳定地转换为电能，并兼容与电网或电池的连接。
最后，控制系统是小型风力发电机的重要组成部分，主要用于监测风速、机组运行状况、电压输出等，并根据实时情况对发电机进行调节。
控制系统通常包括风速传感器、转速传感器、电流传感器、电压传感器、电池管理系统等。
这些传感器和电器设备可以与发电机和电网进行连接，实现风力发电机的自动化控制和监测。
总之，小型风力发电机的总体结构设计需要考虑到塔架结构、风轮（葉片）设计、发电机和控制系统。
这些设计要素的合理搭配和优化可以提高风力发电机的效率、稳定性和可靠性，为户外和偏远地区提供可持续的电力供应。
摘要基于开发风能资源在改善能源结构中的重要意义，本论文对风力机的特性作了简要的介绍，且对风力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。
其次，在老师的帮助下制作了限速控制的模型。
通过模型验证了小型垂直式风力发电机限速控制系统总体方案在实践中的效果，并且验证了程序是否正确，以及电路的设计是否合理。
最后，模型验证的结果表明我设计的限速控制系统方案可行，程序正确，电路设计合理。
为该类型风力发电机的设计和商品生产提供了理论依据。
关键词：风力发电；限速控制系统；小型风力发电机；小型垂直轴风力发电机。
AbstractExploiting 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 wind-driven generator's overall mechanism,And has designed the regulating control system.What I design is one kind of new vertical axis small wind-driven generator,by the air blower impeller,the column,the crossbeam,the gearshift mechanism,the engaging and disengaging gear and the generator is composed.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.Secondly，I have manufactured the regulating control model.Through model verification small perpendicular wind-driven generator regulating control system overall concept effect in reality,and has confirmed the procedure to be whether correct,as well as electric circuit's design to be whether reasonable.Finally，Model verification's result indicated I design the regulating control system plan is feasible,the procedure is correct,the circuit design is reasonable.It provides according as theory for qualitative design and commercial manufacture of this type of wind generator.Key words：Wind power generation；Regulating control system；Small wind-driven generator；Small vertical axis wind-driven generator.目录摘要 (Ⅰ)ABSTRACT (Ⅱ)第一章概述 (1)1.1风力发电机概况 (1)1.2风力发电机的研究现状 (1)1.2.1国外风力发电机的研制情况 (1)1.2.2国内风力发电机的研制情况 (2)1.3研究风力发电机的目的和意义 (4)1.4我国的风能资源及其分布 (5)第二章风力机理论 (8)2.1基本公式 (8)2.1.1风能利用系数 (8)2.1.2风压强 (8)2.1.3阻力式风力机的最大效率 (8)2.2工作风速与输出功率 (9)2.2.1风力发电机的输出效率 (9)2.2.2工作风速与输出功率 (9)2.2.3启动风速和额定风速的选定 (10)2.3风能利用与气象 (12)2.3.1风的观测对风能利用的意义 (12)2.3.2风能利用中需要的气象调查 (13)2.4风的观测 (13)第三章风力发电机方案和结构设计 (14)3.1小型垂直式风力发电机方案设计 (14)3.2风叶 (14)3.3行星齿轮加速器设计计算 (14)3.3.1设计要求 (15)3.3.2选加速器类型 (16)3.3.3确定行星轮数和齿数 (16))的选择 (16)3.3.4压力角(3.3.5齿宽系数的选择 (17)3.3.6模数选择 (17)3.3.7预设啮合角 (17)3.3.8太阳轮与行星轮之间的传动计算 (17)3.3.9行星轮与内齿轮之间的传动计算 (18)3.3.10行星排各零件转速及扭矩的计算 (18)3.3.11行星排上各零件受力分析及计算 (19)3.3.12行星齿轮传动的强度校核计算 (20)3.4电磁离合器设计计算 (24)3.4.1选型 (24)3.4.2牙嵌式电磁离合器的动作特性 (24)3.4.3离合器的计算转矩 (24)3.4.4离合器的外径 (24)3.4.5离合器牙间的压紧力 (24)3.4.6线圈槽高度 (24)3.4.7磁轭底部厚度 (25)3.4.8衔铁厚度 (25)第四章限速控制系统方案设计 (26)4.1设计限速控制系统的目的 (26)4.2限速控制系统方案分析 (26)4.3单片机 (26)4.4信号采集 (26)4.5电路 (26)4.6限速控制程序 (27)4.6.1定时器周期 (27)4.6.2程序流程图 (27)4.6.3限速控制程序 (28)第五章控制系统总体分析 (30)5.1实验和模型设计的目的 (30)5.2模型设计 (30)5.2.1设计技术指标 (30)5.2.2模型设计器件 (30)5.3电路板 (30)5.4限速控制程序装置 (31)5.5实验模型结果分析 (32)第六章结束语 (33)致谢 (34)参考文献 (35)第一章概述1.1风力发电机概况风能的利用有着悠久的历史。
户用小型风力发电系统的研制的开题报告一、问题探讨随着自然资源的逐渐枯竭和环境问题的逐渐加剧，逐渐有了使用新能源的趋势。
风力发电作为一种新能源，具有可再生、绿色、无污染等优点，并且适合在较为开阔的地区进行利用。
目前，风力发电已经成为了全球最为成熟的清洁能源之一，不仅有着广泛的应用，而且大多数国家也都在积极地推进风能的研发和利用。
然而，由于目前已有的商业化风力发电系统价格较高，且在运输和安装方面也较为困难，所以在家庭及小型场地的利用上还存在着很大的空间。
因此，本项目拟对小型风力发电系统进行研究和开发。
二、研究目标本项目旨在研制出一种价格适中、适合家庭或小型场地使用的小型风力发电系统，其主要目标包括：1. 研制出一个小型、轻量级的风力轮叶结构，以确保在低风速情况下也能够有效地转动，并转化成电能输出。
2. 开发出一种高效的电能转化系统，以确保在不同的风力输出状况下都能够实现电能有效转化。
3. 提高系统的稳定性和安全性，减少系统的维护和运行成本，并确保系统的长期稳定运行。
三、研究内容本项目将主要针对小型风力发电系统的设计和研发工作。
具体的研究内容包括以下三个方面：1. 风力轮叶的设计：需要进行风力叶片的设计和制作，通过计算和模拟验证风力叶片在不同风速下的转速和输出功率，并确定出最为适合系统的叶片设计方案。
2. 电能转化系统的研究：需要开发出一种高效的电能转化系统，以确保在不同的风力输出状况下都能够实现电能有效转化。
同时需要进行测试和验证，以保证系统输出的电能符合标准要求。
3. 系统的稳定性研究：需要对系统的稳定性进行全面的研究和探讨，针对系统在不同气候、环境条件下的使用情况进行分析，以确保系统在大部分情况下能够实现长期稳定运行。
四、研究预期成果通过本项目的研究和开发，预期得到以下成果：1. 一种价格适中、适合家庭或小型场地使用的小型风力发电系统，具有轻量化、高效、稳定等特点。
2. 一种小型风力轮叶结构设计方案，通过实验验证在不同风速下的转速和输出功率，并根据实际情况进行改进。
小型永磁风力发电机的优化设计和齿槽转矩分析的开题报告一、研究背景和意义近年来，永磁风力发电机逐渐被应用于小型风力发电领域。
相比传统的异步发电机，永磁风力发电机具有体积小、重量轻、转速高、效率高等优点。
尤其是在海上风电领域，由于海上环境复杂，传统异步发电机容易受到海水浸泡等影响，而永磁风力发电机则能够更好地适应海上风电的需求。
然而，小型永磁风力发电机在实际应用中存在着一些问题。
其中最主要的问题是转子与定子之间的间隙会导致转子振动、机械噪声和功率损失等问题。
此外，小型永磁风力发电机受限于体积和重量等因素，其转子与定子间隙的设计和齿槽设计都存在很大的挑战。
因此，对小型永磁风力发电机进行优化设计和齿槽转矩分析，具有重大的理论和实际意义。
通过优化设计，可以降低永磁风力发电机的噪声和震动，提高其效率和稳定性；而通过齿槽转矩分析，则可以更好地了解永磁风力发电机的转矩特性，更好地指导永磁风力发电机的实际应用。
二、研究内容和方法本研究将主要围绕小型永磁风力发电机的优化设计和齿槽转矩分析展开，具体内容和方法如下：1. 分析永磁风力发电机的工作原理和结构特点，探究其转子与定子间隙设计的现状和存在问题；2. 分析永磁风力发电机的齿槽设计，探究其与转矩特性的关系；3. 基于ANSYS软件，建立小型永磁风力发电机的三维有限元模型，并对其进行优化设计和齿槽转矩分析；4. 分析优化后的小型永磁风力发电机的性能表现，包括转速、效率、降噪效果等；5. 对实验结果进行分析和总结，提出下一步研究的方向和建议。
三、进度安排本研究的主要进度安排如下：1. 第一周：了解小型永磁风力发电机的基本原理和现状；2. 第二周：学习永磁风力发电机的齿槽设计和转矩特性；3. 第三周：建立小型永磁风力发电机的有限元模型，并进行初步仿真；4. 第四周：对模型进行优化设计，以降低噪声和提高效率；5. 第五周：对模型进行齿槽转矩分析，以了解转矩特性；6. 第六周：对优化后的模型进行仿真，分析其性能表现；7. 第七周：分析实验结果，总结研究成果；8. 第八周：完成论文撰写和答辩准备工作。
小型风力发电系统的研究和设计的开题报告一、研究背景随着能源需求的不断增长和传统能源的不断减少，新能源技术是未来发展的必然趋势。
风力发电是一种环保、可再生的新能源技术，在越来越多的地区得到了广泛的应用。
随着技术的不断发展，小型风力发电系统也逐渐成为了一种将清洁能源应用于家庭、农村等小规模场所的有效手段。
因此，开展小型风力发电系统的研究和设计具有重要的意义。
二、研究内容本研究旨在设计一种小型风力发电系统，并对其性能进行分析和优化。
具体内容包括：1. 设计风力发电机组：根据小型风力发电系统应用场景和要求，设计合适的风力发电机组。
2. 系统控制系统：设计系统控制系统，实现风力发电机组的运行控制和发电输出。
3. 功率输出分析：对设计的风力发电系统进行性能测试和数据分析，确定其有效功率输出和效率。
4. 系统优化：根据测试和数据分析结果，对系统进行优化设计，提高其效率和性能。
三、研究方法本研究采用实验研究方法，包括实际设计和制作风力发电机组，建立系统控制系统，利用实验室设备进行实验测试和数据分析，针对测试结果进行系统优化设计。
同时，还采用文献研究和实践经验相结合的方法，提高研究成果的可靠性和实用性。
四、研究意义及预期目标本研究的意义主要在于：1. 探索适合小型场所的风力发电系统设计和制作方法，促进清洁能源技术在小型场所的应用和推广。
2. 对小型风力发电系统的性能进行分析和优化，提高其效率和性能。
预期目标是：1. 成功设计和制作一种适合小型场所的风力发电系统。
2. 对系统进行性能测试和数据分析，确定其有效功率输出和效率。
3. 根据测试结果对系统进行优化设计，提高其效率和性能。
五、研究计划本研究计划分为以下几个阶段：1. 文献研究和调研通过收集和阅读相关文献，了解小型风力发电系统的设计和制作原理、控制系统、功率输出分析等方面的知识，同时对市场上已有的小型风力发电系统进行调研。
2. 风力发电机组设计和制作根据文献研究和调研结果，设计和制作一种适合小型场所的风力发电机组，包括叶片设计、转子设计以及发电机系统设计等方面。
小型风力发电机总体结构的设计开题报告班级（学号）：机0405-19 姓名：崔亮指导老师：许宝杰一、综述1.课题研究的目的和意义能源是发展国民经济和提高人民生活的重要物质基础，是经济发展的“火车头”，能源已成为制约国民经济发展的重要因素。
社会经济发展推动能源需求的持续增长，要求不断开发新的能源。
虽然，人类的技术进步旨在提高能源的利用效率、减少能源的消耗，但现今的能源生产量依然满足不了人类发展的需求。
由于对能源的渴求，人们无节制地开采石油、煤炭、天然气等这些埋在地层深处的维系人类生存的“能源食粮”，不仅严重地污染了我们的生存空间，恶化了自然环境，而且带来了更可怕的恶果—能源枯竭。
传统化石能源资源的减少，引发的石油危机和石油总体价格的攀升，已在向世人警示能源安全问题,引起对能源安全的广泛担忧。
现实告诫人们，要生存就必须寻求开发新能源。
[1]我国地域辽阔，广大边远山区、沿海岛屿和少数民族地区地广人稀、交通不便，利用大电网的延伸解决供电问题非常困难，而这些地区风力资源往往又比较丰富。
充分利用这些地区的风力资源来解决无电、缺电问题，对改善当地人民的生活水平，发展地方经济具有深远的意义。
小型风力发电系统具有机组投资小，使用灵活，非常适用于解决居住相对分散、风力资源较好的无电地区居民的基本生活用电及部分小型生产用电问题。
[2]小型风力发电技术作为农村能源的组成部分，它的进一步推广应用，将会推动农村能源的发展，对于改善用能结构，特别是边远山区等的生产、生活用能，推动生态和环境建设诸领域的发展将发挥积极作用，具有广阔的市场前景。
[3]风能具有随机性和不确定性，风力发电系统是一个复杂系统。
简化小型风力发电系统的结构、降低成本、提高可靠性及实现系统优化运行，具有重要的理论意义和实际应用价值。
2.课题的研究现状及已有成果风能的利用有着悠久的历史。
近年来,资源的短缺和环境的日趋恶化使世界各国开始重视开发和利用可再生、且无污染的风能资源。
自80年代以来,风能利用的主要趋势是风力发电。
风力发电最初出现在边远地区,应用的方式主要有:1)单独使用小型风力发电机供家庭住宅使用;2)风力发电机与其它电源联用可为海上导航设备和远距离通信设备供电;3)并入地方孤立小电网为乡村供电。
[4]风电场是由多台并网型风力发电机组,并按一定规律排列组成的风力发电机群。
每台风力发电机组一般包括风力机、异步发电机和中间的传动连接机构:轮毂、齿轮箱、连轴器。
通常机端还有并联电容器,提供异步发电机运行时所需的无功功率,以提高发电场的功率因数。
[5]1 风力机现代风力机从基本结构上分为两类,即水平轴风机(HAWT)和立轴风机(VAWT),如图1所示，这两类风机都是利用空气动力升力原理来获取风能的。
目前水平轴风机较多采用。
水平轴风机轮毂上有三个或两个风翼,也称叶片。
叶片用强化聚酯玻璃纤维、胶合板、铝或钢制造。
[6]风力机通过叶片捕获风能,将风能转换为作用在轮毂上的机械转矩。
风力机的特性通常用风能利用系数CP—尖速比λ曲线来表示,如图2所示。
不同浆距角β时,风能利用系数CP对应的尖速比λ不同。
这里尖速比λ=ωmR/V,R为叶片半径(m),ωm是风机的机械转速(r/s),V 是作用于风轮机的迎面风速(m/s)。
对于同一CP,风轮机可能有两个运行点,它们分别对应于风轮机的高风速运行区和低风速运行区。
当风速变化时风轮机的运行点将要发生变化。
对一台实际的风力机,其捕获风能转变为机械输出功率Pm的表达式为Pm= 0.5ρACPV3式中ρ——空气密度,kg/m3A——扫掠面积,m2风力机的整体设计和相应的运行控制策略应尽可能追求CP最大,从而增加其输出功率。
然而实际应用中输出功率的提高却受到两方面的限制:一方面是电气回路中元器件的功率限制;另一方面是机械传动系统元件存在转速上限。
因此风机存在三个典型运行状态:保证恒定CP,控制风力机转速(维持λ不变)直到转速达到极限;风力机以恒定速度运行,通过调节风力机可使CP具有较大数值,直到最大输出功率;当风速过大,输出功率达到极限时风力机按恒定功率控制,使输出功率限制在额定值附近。
[7]2 风力机的功率调节功率调节是风轮机的关键技术之一,目前投入运行的机组主要有两类功率调节方式:一类是定浆距失速控制;另一类是变浆距控制。
1)浆距失速控制风力机的功率调节完全依靠叶片的气动特性,称为定浆距风力发电机组。
这种机组的输出功率随风速的变化而变化,从CP的关系看,难以保证在额定风速之前CP最大,特别是在低风速段。
这种机组通常设计有两个不同功率,不同极对数的异步发动机。
大功率高转速的发动机工作于高风速区,小功率低转速的发动机工作于低风速区,由此来调整λ,追求最佳CP。
当风速超过额定风速时,通过叶片的失速或偏航控制降低CP,从而维持功率恒定。
实际上难以做到功率恒定,通常有些下降,如图3所示。
2)变浆距控制为了尽可能提高风力机风能转换效率和保证风力机输出功率平稳,风力机将进行浆距调整。
在定浆距基础上加装浆距调节环节,称为变浆距风力机组。
变浆距风力发电机组的功率调节不完全依靠叶片的气动特性,它要依靠与叶片相匹配的叶片攻角改变来进行调节。
在额定风速以下时攻角处于零度附近,此时,叶片角度受控制环节精度的影响,变化范围很小,可看作等同于定浆距风机。
在额定风速以上时,变浆距机构发挥作用,调整叶片攻角,保证发动机的输出功率在允许范围以内。
变浆距风力机的起动风速较定浆距风力机低,停机时传动机械的冲击应力相对缓和。
风机正常工作时,主要采用功率控制。
[9]3 发电机目前风力发电所采用的发电机主要有两种:同步发电机和异步发电机。
而采用最多的是笼型异步发电机。
笼型异步发电机既可以孤立运行,也可以联网运行。
由于它的低耗、高可靠性、无需励磁装置和电刷、结构简单尺寸小、坚固耐用、基本上无需维修,它已成为风力及其它发电系统的最理想设备。
异步发电机作为并网型发电设备的方案可分为两类:恒速恒频发电系统和变速恒频发电系统。
1)恒速恒频发电系统恒速运行的风力机转速不变,而风速经常变化,因此叶尖比λ不可能经常保持在最佳值(即使采用变浆距叶片),CP值往往与最大值相差很大,使风力机常常运行于低效状态。
恒速恒频发电系统中,多采用笼型异步电机作为并网运行的发电机,在并网后其输出功率在输出功率P(或转矩)与转速n/ns曲线的稳定区内运行,如图4所示。
异步发电机的转子速度高于同步转速。
当风力机传给发电机的机械功率随风速而增加时,发电机的输出功率及其反转矩也相应增大,运行点发生改变。
当转子速度高于同步转速3%~5%时达到最大值,若超过这个转速,异步发电机进入不稳定区,产生的反转矩减小,导致转速迅速升高,引起飞车,这是十分危险的。
异步发电机并网运行时,一方面向电网输出有功功率,另一方面又必须从电网吸收落后的无功功率。
异步发电机向电网输出的电流大小及功率因数,取决于转差率及电机的参数。
转差率与异步发电机负荷的大小有关,电机的参数无法改变。
[8]风力发电机多采用机端并联电容器以提高功率因数,如图5所示。
运行中当发电机和并联电容器与电网突然断开时,电容器的过励和异步发电机转速上升可能引起有害的自励现象。
自励产生的过电压可能危及发电机和电容器的绝缘,必须予以重视。
一方面应从最不利的过速情况来选择电容器的电容量,另一方面在保护线路上要采取措施。
2)变速恒频发电系统虽然目前风力发电系统采用最多的异步发电机都属于恒速恒频发电系统,但变速恒频发电系统可以使风力机在很大风速范围内按最佳效率运行的重要优点越来越引起人们的重视。
从风力机的运行原理可知,这就要求风力机的转速正比于风速保护并保持一个恒定的最佳叶尖比λ,从而使风力机的风能利用系数CP保持最大值不变,风力发电机组输出最大的功率。
例如目前已投入应用的一项变速技术是通过调节发电机转子电流的大小和相位来追求CP最优和输出。
[10]二、研究内容小型风力发电机系统是一个典型的机电一体化系统。
小型风力发电系统效率很高，但它不是只由一个发电机头组成的，而是一个有一定科技含量的小系统：风力发电机＋充电器＋数字逆变器。
风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成。
每一部分都很重要，各部分功能为：叶片用来接受风力并通过机头转为电能；尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能；转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能；机头的转子是永磁体，定子绕组切割磁力线产生电能。
风机工作稳定是一个非常重要的问题，通过回顾过去成功的小型风力发电机组的设计，就可以发现它们的共同特点是简单，只有简单才可能做到活动部件少，应力连续而无突变，才能使小型风力发电机工作稳定。
所以本课题是设计一款结构简单、使用方便、成本低、易维修、使用寿命长的小型风力发电机。
其研究内容具体如下：(1) 小型风力发电机整体方案设计；(2) 进行小型风力发电机的机械装配图设计；(3) 对装置的运动过程进行仿真计算分析；(4) 根据功能要求进行修改，进一步的优化；(5) 恒速控制系统方案设计；(6) 试制原理模型装置。
三、实现方法及其预期目标本课题研制的是小型风力发电机总体结构设计，总体要求是结构简单、使用方便、易维修、使用寿命长。
在满足功能要求的前提下，尽可能使发电机外型美观、可靠性强、制造简单、价格低廉。
目标：1.完成小型风力发电机组总体结构的设计方案并试进行模型验证。
2.完成小型风力发电机恒速控制的系统设计方案。
该小型风力发电机的主体部分包括风轮、发电机、调向机构、调速机构和停车机构、塔架、蓄电池。
具体如下：1)风轮用2～3个叶片组成,它把风能转化为机械能。
2)发电机采用永磁式交流发电机,风轮驱动发电机产生交流电,经过整流后变成直流电储存在蓄电池中。
控制器和逆变器3)调向机构、调速机构和停车机构为了从风中获取能量,风轮旋转面应垂直于风向,在小型风力机中,这一功能靠风力机的尾翼作为调向机构来实现。
同时随着风速的增加,要对风轮的转速有所限制,这是因为既要防止过快的转速对风轮和风力机的其他部件造成损坏。
在风速较大时,特别是蓄电池已经充满的情况下,应人工控制风力机停机。
小型风力机中设计有手动刹车机构,在实践中可采用侧偏停机方式,即在尾翼上固定一软绳,当需要停机时,拉动尾翼,使风轮侧向于风向,从而达到停机的目的。
4)塔架由塔管和3～4根拉索组成。
5)蓄电池采用汽车用铅酸电瓶,也可用近年来国内开发出的适用于风能太阳能应用的专用铅酸蓄电池。
6)控制器和逆变器控制器的功能是控制和显示风力机对蓄电池的充电,使其不至于过充放,以保证正常使用和整个系统的可靠工作。
逆变器是把直流电(12 V、24 V、36 V、48 V)变成220 V交流电的装置。
四、对进度的具体安排1．第1-3周调研，查阅资料，学习相关理论，研究总体方案。
