5kW的小型独立运行的风力发电系统设计

一、风力发电的原理和特点

原理：风力发电是利用风能来发电，而风力发电机组是将风能转化为电能的机

械。风轮是风电机组最主要的部件，由桨叶和轮毂组成。桨叶具有良好的动力外形，在气流的作用下能产生空气动力是风轮旋转，将风能转化为机械能，再通过齿轮箱增速驱动发电机，将机械能转化电能。然后在依据具体要求需要，通过适当的变换将其存储为化学能或者并网或者直接为负载供电。

特点：1、可再生，且清洁无污染。

2、风速随时变化，风电机组承受着十分恶劣的交变载荷。

3、风电的不稳定性会给电网或负载带来一定的冲击影响。

风力发电系统一般由叶轮、发电机及齿轮箱(在直驱系统中已省去齿轮箱)、整流器、直流环节、逆变器等组成

3、装机容量的计算：

1.负载用电情况的计算

负载功率：5kW；

日总耗电量：5 kW×6h=30kWh；

月总耗电量：30kWh×30=900kWh；

年总耗电量：900kWh×12=10800kWh

二.风力发电机组的选型

风力机一般分为水平轴和垂直轴两种，垂直轴的风力机主要缺点是转矩脉动大，在遇到强风时不易调速。现在的风力机主要是水平轴螺旋桨推进器型的。水平轴风力机主要由风轮、回转体、调速机构、调向机构、手刹车机构、增速齿轮箱、发电机、塔架等部件所组成。风轮由气动性能优异的叶片装在轮毂上所组成，风轮采用定桨距或变桨距两种，小型风力机以定桨距居多。这里采用水平轴定桨距的。

1、产品介绍:

5kw小型风力发电机系统，家用FD5.0-5000W

加工定制：是

型号：FD5.0-5000w

额定功率：5000（W）W

输出电压：220（V）

风轮直径：5（m）m

叶片数目：3片

额定风速：8（m/s）m/s

产品认证：CE

额定转速：220转/分钟

启动风速：3m/sm/s

塔架类型：拉锁塔架

2、产品特点:

1）、起动风速低，风能利用率高；体积小，外型美观、运行振动低。

2）、安装采用人性化设计，方便设备安装、维护和检修。

3、采用新型集电环电源输出装置，克服传统小型风力机迎风时电缆缠绕。

4）、风轮叶片采用新工艺经精密注射成型，配以优化的气动外形设计和结构设计，风能利用系数高，增加了年发电量。

5）、发电机采用专利技术的永磁转子交流发电机，配以特殊的定子设计，有效地降低发电机的阻转矩，同时使风轮与发电机具有更为良好的匹配特性，机组运行的可靠性。

6）、智能型高效正弦波逆变器将直流电逆变为220V/50Hz或110V/60Hz交流电，可直接带动感性负载，同时具有短路、过载和蓄电池组的过放、过充自动保护功能，能有效地延长蓄电池组的使用寿命。

四、风机组的主要构成部分：

1、发电机

a、发电机选择：

容量计算：按照用户一年总耗电量来选择风力机组的安装容量。根据系统所在地区风能资源情况，若初步选择额定功率为5kW，额定风速为8m/s的风力机，对于设计定型的风力机，其输出功率与风速的三次方成正比关系，则可以下式计算风机的平均输出功率。

Pw=(V/Ve)3×Pe

当风速为7 m/s时，风力机发出的平均功率为：

PW=(V/Ve)3×Pe=(7/8)3×5kW=4.4kW

当风速为9m/s时，风力机发出的平均功率为

Pw=5.6kW

风力机机组输出电能为

Ew=∑Pwm×Tm

Ed=Pw×7+Pw×2.5=44.8kWh

风力机每年能发出的电能为

Er=44.8kWh×360=16128kWh>10800kwh(年总耗电量)

选择小型交流永磁风力发电机。

二、蓄电池：

在独立运行小型风力发电系统中蓄电池既能存储风力发电机在满足负载使用后发出的多余能量，在无风期提供给负载使用；又能平衡发电机输出与负载用电量之间的能量不平衡，保护整个系统安全运行，并且在风力机突然卸载和停车时，保护高速运行的风力机不致因突然空载而导致飞车。常用的蓄电池主要有三种:铅酸蓄电池、碱性蓄电池和铁镍蓄电池。由于铅酸蓄电池具有化学能和电能转换效率高、循环寿命长、端电压高、容量大等优点，所以基于性能价格比的考虑，大多数采用铅酸蓄电池。

基本原理：

公式计算：

蓄电池容量计算

按5KW每天6小时计算得：

根据用户的需求可知日总耗电量为:30kwh，平均每天用电6H.而蓄电池供电至少满足用户3天；风力发电系统总功率:P=30/0.85=35.3kwh

蓄电池总容量为:(C×220×0.2×0.9）/P=35.3×3 C=95kwh

因此可选工作电压为24V胶体电解液的阀控密封式铅酸蓄电池。蓄电池总容量为9700(w.h)，即0.81kAh×12V。蓄电池串联块数为:220/12=19块，单位蓄电池容量选型:810/19=42.6AH/块。选用50AH蓄电池19块串联。实际蓄电池组总容量为:50×24×19=22800 (w.h)

选型：胶体阀控密封式铅酸蓄电池

蓄电池安装接线

1.清除蓄电池水泥里泥土等杂物，确保无异物和灰尘堵塞；查看蓄电池室有无损坏，同时检测蓄电池电压是否正常，若出现异常禁止安装。

2.摘掉舱门，捋顺舱内的护套线并查看在安装过程中是否损坏护套线，若损坏则采取相应的补救措施，必要时重新穿线。

3.将蓄电池线从预制管中穿出后再套上一段穿线软管，在穿线软管上套上两个双钢丝式环箍，将预制管上均匀涂上一层7091密封硅胶后将穿线软管插到预制管的根部，用一字螺丝刀将双钢丝式环箍上的螺栓禁固，最后将蓄电池固定在管口。

三：逆变器

正弦波逆变器,有方波的输出和正弦波输出的区别.方波输出的逆变器效率高,但对于都是为正弦波电源设计的电器来说,使用总是不放心,虽然可以适用于许多电器,但部分电器就不适用,或用起来电器的指标会变化.正弦波输出的逆变器就没有这方面的缺点,却存在效率低的缺点.为此设计了一款高效率正弦波逆变器,

选型：

智能型高效正弦波逆变器将直流电逆变为220V/50Hz

参数：

铭开12V/24V/48V转220V/5000W纯正弦

型号: 1000W纯正弦波逆变器颜色分类: 24V转110V 1000W 12V转110V 5000W 48V转110V 1000W 48V转220V 5000W 24V转220V 1000W 12V转220V 5000W

持续输出功率:

其它功率电压转换功能: 12V-220V互换

是否带USB: 否

安装使用：

1．将逆变器开关置于关(OFF)的位置,然后把夹子线夹在电池的正负端上。

2．接线时注意正、负极性：将红色夹子线的“O”形端子连接逆变器的红色接线端子，将黑色夹子线的“O”形端子连接逆变器的黑色接线端子，然后红色夹子接电瓶的正极，黑色夹子接电瓶的负极。

3．打开逆变器开关。如果逆变器上的指示灯为绿色，表明逆变器工作正常。如果逆变器上的指示灯为红色，表明逆变器有故障，请检查线路连接

4．把用电器的插头插入逆变器的输出插座内，打开电器开关。只要逆变器的指示灯为绿色，电器就为正常运行。

5．逆变器操作流程：打开时请先打开逆变器，再打开用电器；关闭时请先关闭用电器，再关闭逆变器。

6．在逆变器工作过程中，如遇蜂鸣器报警，指示灯为红色，则表明逆变器发生故障，用户

应检查线路连接、输入直流电压及负载大小等情况。取消故障，逆变器自动重新启动。

常见问题和解决方法：

1. 问题:电器不工作, 逆变器指示灯不亮.

原因:

(1).电瓶不良.

(2).正负极接反.

(3).接线未连紧。

答：

(1).检查电瓶,根据具体情况更换.

(2).检查电瓶连接,须更换逆变器保险丝.

(3).检查电缆线和连接处,旋紧接线柱或螺丝。

2. 问题:测出的逆变器输出电压过低原因是一般测量用的电压表读数幅度太小。

答：测量方波逆变器输出应用"真有效值万用表"以取得准确数据。

3. 问题: 逆变器只能带动小功率负载原因是电流通过导线时,电压衰减。

答：减短导线长度,使用加粗的导线。

4. 问题:电瓶使用时间过短原因是电器耗电量大于逆变器额定负载或电瓶不良或有损坏或电瓶充电不够或电流在通过导线时衰减。

答：使用大容量的电瓶或更换电瓶或充电器不能给电瓶充满电须更换更好的智能充电器或减短导线长度,使用加粗的导线。

四、控制器

功能

1. 功率调节功能：

2. 通信功能：1 简单指示功能2 协议通讯功能如RS485 以太网,无线等形式的后台管理.

3. 完善的保护功能：电气保护反接,短路,过流等。

保护模式

1、直充保护点电压：直充也叫急充，属于快速充电，一般都是在蓄电池电压较低的时候用大电流和相对高电压对蓄电池充电，但是，有个控制点，也叫保护点，就是上表中的数值，当充电时蓄电池端电压高于这些保护值时，应停止直充。直充保护点电压一般也是“过充保护点”电压，充电时蓄电池端电压不能高于这个保护点，否则会造成过充电，对蓄电池是有损害的。

2、均充控制点电压：直充结束后，蓄电池一般会被充放电控制器静置一段时间，让其电压自然下落，当下落到“恢复电压”值时，会进入均充状态。为什么要设计均充？就是当直充完毕之后，可能会有个别电池“落后”（端电压相对偏低），为了将这些个别分子拉回来，使所有的电池端电压具有均匀一致性，所以就要以高电压配以适中的电流再充那么一小会，可见所谓均充，也就是“均衡充电”。均充时间不宜过长，一般为几分钟~十几分钟，时间设定太长反而有害。对配备一块两块蓄电池的小型系统而言，均充意义不大。所以，路灯控制器一般不设均充，只有两个阶段。

3、浮充控制点电压：一般是均充完毕后，蓄电池也被静置一段时间，使其端电压自然下落，当下落至“维护电压”点时，就进入浮充状态，类似于“涓流充电”（即小电流充电），电池电压一低就充上一点，一低就充上一点，一股一股地来，以免电池温度持续升高，这对蓄电池来说是很有好处的，因为电池内部温度对充放电的影响很大。其实PWM方式主要是为了稳定蓄电池端电压而设计的，通过调节脉冲宽度来减小蓄电池充电电流。这是非常科学的充电管理制度。具体来说就是在充电后期、蓄电池的剩余电容量（SOC）>80%时，就必须减小充电电流，以防止因过充电而过多释气。

4、过放保护终止电压：这比较好理解。蓄电池放电不能低于这个值，这是国标的规定。蓄电池厂家虽然也有自己的保护参数（企标或行标），但最终还是要向国标靠拢的。需要注意的是，为了安全起见，一般将12V电池过放保护点电压人为加上0.3v作为温度补偿或控制电路的零点漂移校正，这样12V电池的过放保护点电压即为：11.10v，那么24V系统的过放保护点电压就为22.20V 。

家用小型风力发电系统的初步设计

2015年度本科生毕业论文（设计）家用小型风力发电系统的初步设计院－系：工学院专业：电气工程与其自动化年级：2011级学生姓名：学号：导师与职称： 2015年6月

2015 Annual Graduation Thesis (Project) of the College Undergraduate The preliminary design of small household wind power generation system Department:Electrical Engineering and Automation Major:Institute of Technology Grade:2011 Student’s Name:Xu Yun Dong Student No.:2 Tutor:The lecturer Hua Jing Finished by June, 2015

摘要风能作为一种清洁的可再生能源正逐渐受到了人们的重视，风力发电也成为了时下的朝阳产业。本论文详细阐明了小型独立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与继电控制电路做了初步的研究。本论文首先介绍了课题的目的和意义，综述了国内外风力发电的发展概况，简要概括了风力发电相关技术的发展状况，论述了常见小型风力发电系统的基本组成和各部分的作用，同时对本论文的系统方案做了简要的概括，着重分析了整流电路与Buck降压电路的配合，蓄电池充放电继电保护以与电能输出的有效性等。还引入了市电切换电路，作为在发电机故障或蓄电池电量不足的情况下为负载供电。为了使能量的利用达到最大化，本系统还引入了并网电路。所以本论文设计的小型风力发电机组不但适合偏远的地区，也适合市区家庭使用。本文提出的解决方案为：风力传动装置带动三相永磁交流发电机，然后通过AC—DC—DC—AC变换为交流电，并且考虑到风力的不稳定性，在系统中并入蓄电池组和稳压器，通过继电控制电路的监控以实现系统的自动控制，同时并入市电投切，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电控制电路的设计，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。关键词：小型风力发电机组；整流：逆变；继电控制：蓄电池

250 小型风力发电机总体结构的设计

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。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。随着现代技术的发展, 风力发电迅猛发展。以机组大型化(50kW～ 2MW )、集中安装和控制为特点的风电场(也称风力田、风田) 成为主要的发展方向。20 年来, 世界上已有近30 个国家开发建设了风电场(是前期总数的3 倍) , 风电场总装机容量约1400 万kW (是前期总数的100 倍)。目前, 德国、美国、丹麦以及亚洲的印度位居风力发电总装机容量前列, 且未来计划投资有增无减。美国能源部预测2010 年风电至少达到国内电力消耗的10%。欧盟5 国要在2000～ 2002 年达到本国总发电量的10%左右, 丹麦甚至计划2030 年要达到40%。中国是一个风力资源丰富的国家, 风力发电潜力巨大。据1998 年统计, 风力风电累计装机22.36万kW , 仅占全国电网发电总装机的0.081% , 相对于可开发风能资源的开发率仅为0.088%。中国第一座风力发电场于1986 年在山东荣成落成, 总装机较小, 为3×55kW。到1993 年我国风电场总装机容量达17.1MW , 1999 年底, 我国共建了24 个风力发电场, 总装机 268MW。我国风力发电场主要分布在风能资源比较丰富的东南沿海、西北、东北和华北地区, 其中风电装机容量最多的是新疆已达72.35kW。在未来2～ 3 年内, 我国计划新增风电场装机容量将在800MW 以上, 并且将会出现300～ 400MW 的特大型风力发电场。 1.2 风力发电机的研究现状 1.2.1 国外风力发电机的研制情况美国从1974年起对风能进行系统的研究，能源部对风能项目的投资累计已达到25亿美元。许多著名大学和研究机构都参加了风能的研究开发，目前己安装了8个巨型风力发电机组。到19%年末，风力发电总装机容量己达到170x 4 10 kw，所提供的电力占全美电力需求量的10%，居世界之首位，主要集中在加利福尼亚州。美国国会己通过了能源政策法，在能源部的规划下，将会改变风力发电集中于加利福尼亚的局面，在年平均风速达5.6m/s的中西部 12个州将建风力电站。据能源部预测，在未来15年内，风电将增加6倍。在今后2年内，在怀俄明、伊阿华、明尼苏达、得克萨斯、佛蒙特、缅因州等修建大型风电场，这些风电场将使美国风力发电能力再增加40x 4 10 kw，预计到2010年，风力发电总装机容量将达到630x 4 10 kw，可满足全美电力需求量的25%。德国是欧洲风力发电增长最快的国家，近年风力发电量急增，尤其沿海各州，风力发电发展迅速，己超过丹麦，成为世界第二。到1995年己建成1035座风力发电装置，装机容量 49.4x 4 10 kw，1996年新装机约950座，装机容量为48x 4 10 kw，到19%年底德国己拥有4500座风力发电装置，总装机容量达到约160x 4 10 kw，1997年估计可增加5x 4 10 kw，可为20多万个家庭提供日常用电。这些风力发电装置中的1600个是政府投资建设的。装机容量超过1OO0kW 的风电场有250个，300OkW的最大风电场已投入使用，发电能力63x 4 10 kw，西部5x 4 10 kw风

小型风力发电机的构造原理

小型风力发电机介绍一，小型风力发电机的使用条件小型风力发电机一般应在风力资源较丰富的地区使用。即年平均风速在3m／s以上，全年3-20m／s有效风速累计时数3000h以上；全年3-20m／s平均有效风能密度lOOW／m2以上。在选择使用风力发电机时，要做到心中有数，避免盲目性，这样才能充分地利用当地的风力资源，最大限度地发挥风力发电机的效率，取得较高的经济效益。应该指出的是，在风力资源丰富地区，最好选择风机额定设计风速与当地最佳设计风速相吻合的风力发电机。如能做到这一点无论是从风力机的选择上，还是利用风力资源的经济意义上都有重要的意义。风洞试验证明，风轮的转换功率与风速的立方成正比，也就是说，风速对功率影响最大。例如，在当地最佳设计风速为6m／s的地区，安装一台额定设计风速为8m／s的风力发电机，结果其年额定输出功率只达到原设计输出功率的42％，也就是说，风力发电机额定输出功率较设计值降低了58%。若选用的风力发电机额定设计风速越高，那么其额定功率输出的效果就越加不理想。但也必须指出，风力发电机额定设计风速偏低，其风轮直径、电机相对要增大，整机造价相应也就加大．从制造和产品的经济意义上考虑都是不合算的。二，小型风力发电执使用的一般要求目前，小型风力发电机都采用蓄电池贮能，家用电器的用电都由蓄电池提供。所以，用电时总的原则是，蓄电池放电后能及时由风力发电机给以补充。也就是说，蓄电池充入的电量和用电器所需消耗的电量要大致相等(一般以日计算)。下面举一例说明这一问题：某地区使用了一台风力发电机，额定风速输出功率为IOOW,假设，该地区某日相当于额定风速的风力吹刮时数连续为4h，则该风机日输出并贮存到蓄电池里的能量为400Wh。考虑到铅蓄电池的转换效率为70%，则用户用电器实际可利用的能量280Wh。如果该用户使用的电器有： (1)15W灯泡两只，使用4h，耗能为120Wh； (Z)35W电视机一台，使用3h，耗能为105Wh； (3)15W收录机一台，使用4h，耗能为60Wh。以上总耗能为285Wh。这样，用电器日总耗能比风力发电机所能提供的能量超出了5Wh，也就是出现了所谓的“入不付出”用电；这种入不付出的用电，将会使蓄电池处在亏电的状态下工作。如果经常长时间地这么用电，将会使蓄电池严重亏电而损坏，缩短其使用寿命。上例，是假定风力发电机在额定风速状击下的用电情况，而实际上，由于风的多变性，间歇性，风既有大小的不同(风速)又有吹刮时间长短的不同(风频)。所以，在使用用电器时要做到风况好时可适当多用电，风况差时少用电。这就需要用户在使用时认真总结经验。另外，有条件的地区和用户可备一台千瓦级的柴油发电机组，当风况差的时候给蓄电池补充充电，做到蓄电池不间断地供电。三，小型风力发电机的合理配套

风力发电系统设计

课程设计设计题目：小型风力发电系统设计姓名郭国亮院系食品工程学院专业热能与动力工程年级热能本1202 学号20122916100 指导教师刘启一 2015年12 月13 日

第一章：风力发电系统设计的概况 1.1设计的目及意义： 1）了解风力发电系统的原理和运行流程。 2）设计小型的风力系统满足地方需要。 3）为了解决能源危机和环境保护、气候变暖等各方面的问题，大力推广可再生能源发展的必要性。 1.2设计原则： 1）可再生，且清洁无污染。 2）风速随时变化，风电机组承受着十分恶劣的交变载荷。 3）风电的不稳定性会给电网或负载带来一定的冲击影响。风力发电的运行方式主要有两种：一类是独立运行的供电系统，即在电网未通达的地区，用小型发电机组为蓄电池充电，再通过逆变器转换为交流电向终端电器供电；另一类是作为常规电网的电源，与电网并联运行。 1.3设计条件：设计一个10 KW并网的风力发电系统和控制系统。 1.4发电系统设计方案： 1）恒速恒频发电系统。 2）变速恒频发电系统。 1.5烟台当地风资源概要： 1）烟台地理位置：烟台市位于胶东半岛北缘，中心地理位置约为：北纬37.8，东经121.23，受季风环流的控制和其他天气形势的影响，该地区的风力资源十分丰富。如表：2014 ~ 2003年烟台市，全市平均气温 2003年12.5 ℃2009年13.0 ℃ 2004年12.7 ℃2010年12.2 ℃ 2005年12.5 ℃2011年12.1 ℃ 2006年13.1 ℃2012年12.2 ℃ 2007年13.4 ℃2013年12.6 ℃ 2008年12.7 ℃2014年13.4 ℃ 由此可得，历年平均气温为7. 12℃ 烟台历年平均风速：年份风速（m/s) 年份风速（m/s) 年份风速（m/s) 1988 4.1 1994 3.4 2000 3.2 1989 3.7 1995 3.4 2001 3.3

小型风力发电机动力结构设计毕业设计论文

第一章概述 1.1课题研究的目的和意义数千年来，风能技术发展缓慢，也没有引起人们足够的重视。但自1973年世界石油危机以来，在常规能源告急和全球生态环境恶化的双重压力下，风能作为新能源的一部分才重新有了长足的发展。风能作为一种无污染和可再生的新能源有着巨大的发展潜力，特别是对沿海岛屿，交通不便的边远山区，地广人稀的草原牧场，以及远离电网和近期内电网还难以达到的农村、边疆，作为解决生产和生活能源的一种可靠途径，有着十分重要的意义。当前，全球都面临着能源枯竭、环境恶化、气温升高等问题，日益增长的能源需求、能源安全问题受到世界各国广泛关注。风能是一种可再生能源，它资源丰富，是一种永久性的本地资源，可为人类提供长期稳定的能源供应;她安全、清洁，没有燃料风险，更不会在使用中破坏环境。为此，世界各国都在加快风力发电技术的研究，以缓解越来越重的能源与环境压力，中国也不例外。中国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，能源利用以煤炭为主。在当前以石化能源为主体的能源结构中，煤炭占73.8%，石油占18.6%，天然气占2%，其余为水电等其它资源。在电力的能源消费中，也是以煤炭为主，燃煤发电量占总发电量的80%。但是，能为人类所用的石化资源是有限的，据第二届环太平洋煤炭会议资料介绍，按目前的技术水平和采掘速度计算，全球煤炭资源还可开采200年。此外，石油探明储量预测仅能开采34年，天然气约能开采60年。随着人口的增长和经济的发展，能源供需矛盾加剧，如果不趁早调整以石化能源为主体的能源结构，势必形成对数亿年来地球积累的生物石化遗产更大规模的挖掘、消耗，由此将导致有限的石化能源趋于枯竭，人类生态环境质量下降的恶性循环，不利于经济、能源、环境的协调发展。电力部己制定“大力发展水电，继续发展火电，适当发展核电，积极发展新能源发电”的基本原则，把风力发电作为优化我国电力工业结构跨世纪的战略发展目标①。表1-1 1996-2005年世界风电市场增长从表1-1可以看出，世界上的风电能源增长的非常迅速，10年平均增长率达到了29.77。截止2005年底，全世界并网运行的风力发电机总装机容量达到59237 MW ,是1996年装机容量的9.76倍②。

小型垂直轴风力发电机设计

小型垂直轴风力发电系统设计 [摘要]本文介绍了一种小型垂直轴风力发电系统的设计方案，本系统主要面向沿海高层建筑或边远地区用户。经过查阅大量文献资料结合必要的理论计算，系统采用四片NACA0012型叶片构成H型达里厄风力机，利用永磁直驱同步发电机将机械能转化为电能，经过电力电子电路对蓄电池进行充电。文中对主要支撑件和传动件进行了必要的结构校核，对所用的两个角接触球轴承进行了使用寿命校核。最后以垂直轴风轮和永磁直驱发电机为主要对象，用solidworks软件建立三维模型，设计风力发电系统主要零部件，并简要介绍其控制电路、选择蓄电池型号。 [关键字] 垂直轴风力发电机达里厄 NACA0012翼型

Design of the Vertical Axis Wind Turbine [Abstract]This is a design of a kind of vertical axis wind turbine which was used in removed rural area or highrise in seaside city based on related theories. By consulting reference sources and necessary mathematical operation,four NACA0012 air-foil blades were used as the compoments of the H-type Darrieus. The lead-acid bettery was charged by the electrical energy which was generated by a permanent magnet synchronous motor with the operation of power electronic circuits. In this article,some constructures such as the main suppoting parts and the angular contact ball bearings were vertified on the intensity and life. By using of the solidworks2006 software,every important part has a 3D model. We also design a control circuit and bettery breifly. [Keywords] Vertical axis Wind turbine Darrieus NACA0012 air-foil

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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

永磁同步风力发电机的设计说明

哈尔滨工业大学《交流永磁同步电机理论》课程报告题目：永磁同步风力发电机的设计院 (系) 电气工程及其自动化学科电气工程授课教师学号研究生二〇一四年六月

第1章小型永磁发电机的基本结构小型风力发电机因其功率低，体积小，一般没有减速机构，多为直驱型。发电机型式多种多样，有直流发电机、电励磁交流发电机、永磁电机、开关磁阻电机等。其中永磁电机因其诸多优点而被广泛采用。 1.1小型永磁风力发电机的基本结构按照永磁体磁化方向与转子旋转方向的相互关系，永磁发电机可分为径向式、切向式和轴向式。（1）径向式永磁发电机径向式转子磁路结构中永磁体磁化方向与气隙磁通轴线一致且离气隙较近，漏磁系数较切向结构小，径向磁化结构中的永磁体工作于串联状态，只有一块永磁体的面积提供发电机每极气隙磁通，因此气隙磁密相对较低。这种结构具有简单、制造方便、漏磁小等优点。径向磁场永磁发电机可分为两种：永磁体表贴式和永磁体内置式。表贴式转子结构简单、极数增加容易、永磁体都粘在转子表面上，但是，这需要高磁积能的永磁体（如钕铁硼等）来提供足够的气隙磁密。考虑到永磁体的机械强度，此种结构永磁电机高转速运行时还需转子护套。内置式转子机械强度较高，但制造工艺相对复杂，制造费用较高。径向磁场电机用作直驱风力发电机，大多为传统的内转子设计。风力机和永磁体内转子同轴安装，这种结构的发电机定子绕组和铁心通风散热好，温度低，定子外形尺寸小；也有一些外转子设计。风力机与发电机的永磁体外转子直接耦合，定子电枢安装在静止轴上，这种结构有永磁体安装固定、转子可靠性好和转动惯量大的优点，缺点是对电枢铁心和绕组通风冷却不利，永磁体转子直径大，不易密封防护、安装和运输[1]。表贴式和径向式的结构如图1-1 a)所示。 a)径向式结构 b)切向式结构

小型风力发电机基本常识

小型风力发电机基本常识 1.小型风力发电机一般都由那几部分组成的？小型风力发电机部件很多，但一般都是由5部分组成的：一是风轮，由二个或多个叶片组成，安装在机头上，是把风能转化为机械能的主要部件。二是机头，主要是发电机和安装尾翼的支座等，它能绕塔架中的竖直轴自由转动。三是尾翼，它一般装于机头之后，是用来保证在风向变化时，使风轮正对风向，现在也有不带尾翼的垂直轴发电机。四是塔架，是支撑机头的构架，它把风力发电机架设在不受周围障碍物影响的空中。五是控制系统，是用来控制发电机的输入输出和发电机工作状态的。 2.如何选购一台真正适合自已使用的风力发电机？如何选购一台真正适合自已使用的风力发电机，其中是大有学问。首先，要看生产风力发电机的厂家。目前国内许多所谓的风力发电机生产厂家只是采购一些部件进行简单的组装，各部件之间根本不配套，故发电效率相对较小，故障也比较多，缺乏必要的科研能力，产品很难更新换代，还有一些厂家为了追求高利润.不惜偷工减料.其生产的发电机很难达到其标定的功率.更有一些产品经销商偷梁换柱.所以消费者在先购风力发电机时,一定要找正规的生产厂家.一般有能力有规模的生产厂家其产品大都配套齐全.其有较强的研发能力，其产品质量也都符合国家标准。

特别要查对电机的参数：（最好是拿几个厂家的对比就会很明显）主要技术参数包括：起动风速，额定风速，额定电压，最大功率，额定功率，额定转速等。其次用户要根据自已的使用要求和风力条件。选择相对应的风力发电机.比如在内地,由于风较小,更应选择一些功率小的发电机,因为他更容易被小风量带动而发电,特续不断的风,会比一时狂风更能供给较大的能量,而大功率的发电机.在小风的环境下动很难高效率的发电，甚至根本就无法发.这样,如果用户用电量大.可以选购几台小功率的发电机并联使用.其效果较购一台大功率的发电机效果好得多或者使用太阳板构成风光互补供电系统效果更稳定。同时,用户在选购风力发电机时还要注意以下几点：查看装箱单，数数配件是否齐全；用手转动一下各个转动部分,看是否转动灵活。 3.发电机的具体安装地点？小型风力发电机安装场址的选择非常重要。性能很高的风力发电机，假如没有风，它也不会工作，而性能稍差一些的风力发电机，如果安装场址选择得好，也会使它充分发挥作用。关于小型风力发电机的选址条件包含着非常复杂的因素，原则上，在一年之中极强风及紊流少的地点应算最好，但有时很难选出这样的地点。一般本着这样的原则：第一风能丰富，年平均风速越大越好，其大体上数字是：年平均风速3m／s以上，3-20m／s有效风速累计时效3000h以上，全年3一20m ／s平均有效风能密度100W／m2以上。只要能满足这个条件，小型

小型家用风力发电系统的设计

毕业设计（论文）题目小型家用风力发电系统的设计姓名学号所在学院专业班级指导教师日期年月日

原创性明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授书本学位论文作者完全了解学院有关保管、使用学位论文的规定，同意学院保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于 1、保密□，在年解密后适用本授权书。 2、不保密□ （请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日

摘要随着环境问题和化石能源危机日益加剧，各国都在寻找新的可代替能源来解决能源危机和环境污染。风能和太阳能一样也是取之不尽的一种可再生能源，风力发电成为现在人们利用风能的一种主要形式，小型风力发电构成的家用分布式发电系统在未来更具有利用前景。因此对小型家用风力发电系统的研究有很多实用性和价值。本文设计的家用风力发电系统选用单片机STC89C52为控制核心设计了系统电路，实现由蓄电池电能逆变为小型家用电器实用的24V50Hz的交流电。对风力发电原理及逆变的必要性做了重点介绍，分析了设计的电路各个模块工作原理，给出了系统的原理图和软件设计流程图。设计的家用发电系统经济成低、实用性强。关键词：风力发电，单片机，蓄电池，逆变

风光互补发电系统设计

5.3.1风光互补发电系统设计风能和太阳能都具有能量密度低、稳定性差的弱点，并受到地理分布、季节变化、昼夜交替等影响．然而太阳能与风能在时间上和地域上一般都有一定的互补性，白天太阳光最强时，风较小，晚上太阳落山后，光照很弱，但由于地表温差变化大而风能加强．在夏季，太阳光强度大而风小；冬季，太阳光强度小而风大。太阳能发电稳定可靠，但目前成本较高，而风力发电成本较低，随机性大，供电可靠性差。若将两者结合起来，可实现昼夜发电．在合适的气象资源条件下，风光互补发电系统能提高系统供电的连续性、稳定性和可靠性，在很多地区得到了广泛的应用．如图5.1为某地10 月份某日典型的太阳能和风资源分布，因此采用风光互补发电系统，可以弥补风能和太阳能间歇性的缺陷。图5.1 某地10 月份典型日太阳能和风能资源分布图风光互补发电的优势：（1）利用风能和太阳能的互补性，弥补了独立风电和独立光伏发电系统的不足，可以获得比较稳定的和可靠性高的电源。（2）充分利用土地资源。（3）保证同样供电的情况下，可大大减少储能蓄电池的容量。（4）对系统进行合理的设计和匹配，可以基本上基本上由风光互补发电系统供电，获得较好的经济效益。 5）大大提高经济效益。

风光互补发电系统主要组成部分（1）发电部分：由一台或者几台风力发电机和太阳能电池阵列构成风—电、光—电发电部分，发电部分输出的电能通过充电控制器与直流中心完成蓄电池组自动充电工作。（2）蓄电部分：蓄电部分主要作用是将风电或光电储存起来，稳定的向电器供电。蓄电池组在风光互补发电系统中起到能量调节和平衡负载两大作用。（3）控制及直流中心部分：控制及直流中心部分由风能和太阳能充电控制器、直流中心、控制柜、避雷器等组成，完成系统各部分的连接、组合及对蓄电池组充放电的自动控制。控制及直流中心具体构成参数由最大用电负荷与日平均用电量决定。（4）供电部分：供电部分不可缺少的部分是逆变器，逆变器把蓄电池储存的直流电转换为交流电，保证交流负载的正常使用。同时，还有稳压功能，以改善风光互补系统的供电质量。图5.2 风光互补发电系统设计一个完善的风光互补发电系统需要考虑多种因素．如各个地区的气候条件，当地的太阳辐照量情况，太阳能方阵及风力发电机功率的选用，作为储能装置蓄电池的特性等．因此，必须选择建立一些先进的数学模型进行多种计算，确定合理的太阳能电池方阵和风力发电机容量，使系统设计最优化．数学模型计算 1.蓄电池容量计算蓄电池的容量C 通常按照保证连续供电的天数来计算：

小型风力发电机

怎样利用风力来发电呢? 我们把风的动能转变成机械能，再把机械能转化为电能，这就是风力发电。风力发电所需要的装置，称作风力发电机组。这种风力发电机组，大体上可分风轮(包括尾舵)、发电机和铁塔三部分。（大型风力发电站基本上没有尾舵，一般只有小型（包括家用型）才会拥有尾舵）风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件，它由两只(或更多只)螺旋桨形的叶轮组成。当风吹向浆叶时，桨叶上产生气动力驱动风轮转动。桨叶的材料要求强度高、重量轻，目前多用玻璃钢或其它复合材料(如碳纤维)来制造。（现在还有一些垂直风轮，s型旋转叶片等，其作用也与常规螺旋桨型叶片相同）由于风轮的转速比较低，而且风力的大小和方向经常变化着，这又使转速不稳定；所以，在带动发电机之前，还必须附加一个把转速提高到发电机额定转速的齿轮变速箱，再加一个调速机构使转速保持稳定，然后再联接到发电机上。为保持风轮始终对准风向以获得最大的功率，还需在风轮的后面装一个类似风向标的尾舵。风力发电机因风量不稳定，故其输出的是13～25V变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交流220V 市电，才能保证稳定使用。通常人们认为，风力发电的功率完全由风力发电机的功率决定，总想选购大一点的风力发电机，而这是不正确的。目前的风力发电机只是给电瓶充电，而由电瓶把电能贮存起来，人们最终使用电功率的大小与电瓶大小有更密切的关系。功率的大小更主要取决于风量的大小，而不仅是机头功率的大小。在内地，小的风力发电机会比大的更合适。因为它更容易被小风量带动而发电，持续不断的小风，会比一时狂风更能供给较大的能量。当无风时人们还可以正常使用风力带来的电能，也就是说一台200W风力发电机也可以通过大电瓶与逆变器的配合使用，获得500W甚至1000W乃至更大的功率出。小型风力发电机介绍一，小型风力发电机的使用条件小型风力发电机一般应在风力资源较丰富的地区使用。即年平均风速在3m／s以上，全年3-20m／s有效风速累计时数3000h以上；全年3-20m／s平均有效风能密度lOOW／m2以上。在选择使用风力发电机时，要做到心中有数，避免盲目性，这样才能充分地利用当地的风力资源，最大限度地发挥风力发电机的效率，取得较高的经济效益。应该指出的是，在风力资源丰富地区，最好选择风机额定设计风速与当地最佳设计风速相吻合的风力发电机。如能做到这一点无论是从风力机的选择上，还是利用风力资源的经济意义上都有重要的意义。风洞试验证明，风轮的转换功率与风速的立方成正比，也就是说，风速对功率影响最大。例如，在当地最佳设计风速为6m／s的地区，安装一台额定设计风速为8m／s的风力发电机，结果其年额定输出功率只达到原设计输出功率的42％，也就是说，风力发电机额定输出功率较设计值降低了58%。若选用的风力发电机额定设计风速越高，那么其额定功率输出的效果就越加不理想。但也必须指出，风力发电机额定设计风速偏低，其风轮直径、电机相对要增大，整机造价相应也就加大．从制造和产品的经济意义上考虑都是不合算的。二，小型风力发电执使用的一般要求目前，小型风力发电机都采用蓄电池贮能，家用电器的用电都由蓄电池提供。所以，用电时总的原则是，蓄电池放电后能及时由风力发电机给以补充。也就是说，蓄电池充入的电量和用电器所需消耗的电量要大致相等(一般以日计算)。下面举一例说明这一问题：某地区使用了一台风力发电机，额定风速输出功率为IOOW,假设，该地区某日相当于额定风速的风力吹刮时数连续为4h，则该风机日输出并贮存到蓄电池里的能量为400Wh。考虑到铅蓄电池的转换效率为70%，则用户用电器实际可利用的能量280Wh。如果该用户使用的电器有： (1)15W灯泡两只，使用4h，耗能为120Wh； (Z)35W电视机一台，使用3h，耗能为105Wh； (3)15W收录机一台，使用4h，耗能为60Wh。

风力发电系统的基本原理(DOC)

风力发电系统的基本原理一、风力发电的基本原理风能具有一定的动能，通过风轮机将风能转化为机械能，拖动发电机发电。风力发电的原理是利用风带动风车叶片旋转，再通过增速器将旋转的速度提高来促使发电机发电的。依据目前的风车技术，大约3m/s的微风速度便可以开始发电。风力发电的原理说起来非常简单，最简单的风力发电机可由叶片和发电机两部分构成如图1-1所示。空气流动的动能作用在叶轮上，将动能转换成机械能，从而推动片叶旋转，如果将叶轮的转轴与发电机的转轴相连就会带动发电机发出电来。二、风力发电的特点（1）可再生的洁净能源风力发电是一种可再生的洁净能源，不消耗化石资源也不污染环境，这是火力发电所无法比拟的优点。（2）建设周期短一个十兆瓦级的风电场建设期不到一年。（3）装机规模灵活

可根据资金情况决定一次装机规模，有一台资金就可以安装一台投产一台。（4）可靠性高把现代高科技应用于风力发电机组使其发电可靠性大大提高，中、大型风力发电机组可靠性从80年代的50%提高到了98%，高于火力发电且机组寿命可达20年。（5）造价低从国外建成的风电场看，单位千瓦造价和单位千瓦时电价都低于火力发电，和常规能源发电相比具有竞争力。我国由于中大型风力发电机组全部从国外引进，造价和电价相对比火力发电高，但随着大中型风力发电机组实现国产化、产业化，在不久的将来风力发电的造价和电价都将低于火力发电。（6）运行维护简单现代中大型风力发电机的自动化水平很高，完全可以在无人职守的情况下正常工作，只需定期进行必要的维护，不存在火力发电的大修问题。（7）实际占地面积小发电机组与监控、变电等建筑仅占火电厂1%的土地，其余场地仍可供农、牧、渔使用。（8）发电方式多样化风力发电既可并网运行，也可以和其他能源如柴油发电、太阳能发电、水利发电机组形成互补系统，还可以独立运行，因此对于解决

小型风力发电机控制器设计

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 0 二小型风力发电系统原理 (1) 2.1 风力发电系统组成 (1) 2.2 风电系统的运行特点 (1) 2.3 电能变换单元和控制单元 (3) 2.3.1 整流器 (3) 2.3.2 DC/DC 变换器 (4) 2.4 锂电池 (4) 2.4.1 锂电池的介绍 (4) 2.4.2 锂电池的种类 (5) 2.4.3 锂电池的充电方法 (5) 三小型风力发电机控制器的设计 (6) 3.1 电机的选择 (6) 3.1.1 手摇发电机 (6) 3.1.2 电机特性曲线 (8) 3.2 单片机（单片机STC12C5A60S2） (10) 3.2.1 产品介绍 (10) 3.2.2 单片机STC12C5A60S2的特点 (10) 四流程图和电路图 (13) 4.1流程图和控制原理图 (13) 4.2 显示屏 (17) 4.3 锂电池选择 (19) 4.4 检测电路 (20) 4.4.1 电压检测 (20) 4.4.2 电流检测 (21) 五调试 (21)

风力发电机设计与制造课程教学设计

一．总体参数设计总体参数是设计风力发电机组总体结构和功能的基本参数，主要包括额定功率、发电机额定转速、风轮转速、设计寿命等。 1. 额定功率、设计寿命根据《设计任务书》选定额定功率P r =3.5MW ；一般风力机组设计寿命至少为20年，这里选20年设计寿命。 2. 切出风速、切入风速、额定风速切入风速取 V in = 3m/s 切出风速取 V out = 25m/s 额定风速 V r = 12m/s （对于一般变桨距风力发电机组（选3.5MW ）的额定风速与平均风速之比为1.70左右,V r =1.70V ave =1.70×7.0≈12m/s ） 3. 重要几何尺寸 (1) 风轮直径和扫掠面积由风力发电机组输出功率得叶片直径： m C V P D p r r 10495.096.095.045.012225.13500000 883 3 213≈???????==πηηηπρ 其中： P r ——风力发电机组额定输出功率，取3.5MW ；错误!未找到引用源。——空气密度（一般取标准大气状态），取1.225kg/m 3； V r ——额定风速，取12m/s ； D ——风轮直径； 1η——传动系统效率，取0.95； 2η——发电机效率，取0.96；错误!未找到引用源。3η——变流器效率，取0.95；

由直径计算可得扫掠面积： 22 2 84824 1044 m D A =?= = ππ错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。综上可得风轮直径D=104m ，扫掠面积A=84822m 4. 功率曲线自然界风速的变化是随机的, 符合马尔可夫过程的特征, 下一时刻的风速和上一时刻的结果没什么可预测的规律。由于风速的这种特性, 可以把风力发电机组的功率随风速的变化用如下的模型来表示： )()()(△ t P t P t P sta t += )(t P ——在真实湍流风作用下每一时刻产生的功率, 它由t 时刻的V(t)决定; )(t P stat ——在给定时间段内V(t)的平均值所对应的功率； )(△t P ——表示t 时刻由于风湍流引起的功率波动。对功率曲线的绘制, 主要在于对风速模型的处理。若假定上式表示的风模型中P stat (t)的始终为零, 即视风速为不随时间变化的稳定值, 在切入风速到切出风速的范围内按照设定的风速步长, 得到对应风速下的最佳叶尖速比和功率系数,带入式： 32123 8 1ηηπηρD V C P r P = 1η——传动系统效率，取0.95； 2η——发电机效率，取0.96；错误!未找到引用源。3η——变流器效率，取0.95；错误!未找到引用源。——空气密度（一般取标准大气状态），取1.225kg/m 3； V r ——额定风速，取12m/s ； D ——风轮直径；

小型风力发电机总体结构的设计

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。

Abstract Exploiting 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.