電氣工程及其自動(dòng)化畢業(yè)設(shè)計(jì)船用風(fēng)力發(fā)電裝置設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　船用風(fēng)力發(fā)電裝置設(shè)計(jì)</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 電氣工程及其自動(dòng)化 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　風(fēng)力發(fā)電是一種清潔的能源利用方式。隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，海上風(fēng)力發(fā)電已逐漸成

3、為風(fēng)電發(fā)展的新領(lǐng)域。由于海上風(fēng)資源豐富，而且不會(huì)受到土地使用的限制。中國具有很長的海岸線，鄰近海域具有豐富的風(fēng)資源，如能充分利用這些風(fēng)能，將有助于解決我國的能源和環(huán)境問題。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)是以船用風(fēng)力發(fā)電為主題，在船上利用海上風(fēng)力發(fā)電，提供船舶照明。本文介紹了世界各國的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展的水平，通過比較我國和歐洲各國的風(fēng)力發(fā)電容量，得出我國風(fēng)力發(fā)展的新方向——海上風(fēng)力發(fā)電。利用船舶來使用海上風(fēng)力資源無

4、疑是最好的，所以在船舶上裝設(shè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以有效利用風(fēng)能，并且可以節(jié)約船上的能源。</p><p>　　船用風(fēng)力發(fā)電裝置的發(fā)電機(jī)選用的是硅整流發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)與其他的相比有很多優(yōu)點(diǎn)，比如不需要逆流器和斷流器。該風(fēng)力發(fā)電機(jī)在風(fēng)速3~4m/s即可啟動(dòng)發(fā)電，9m/s時(shí)輸出額定功率，發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓經(jīng)過調(diào)節(jié)器的調(diào)壓可以直接對蓄電池充電。本文設(shè)計(jì)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以裝載在大多數(shù)的漁船上，并可以聯(lián)網(wǎng)組成風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，為船舶提供源源

5、不斷的電能。</p><p>　　關(guān)鍵詞: 船用風(fēng)力發(fā)電;硅整流發(fā)電機(jī);電壓調(diào)節(jié)器;蓄電池</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the development of wind power generation, a clean way of energy utilization, offshore

6、 wind power generation has become a new field in wind power generation. With the abundant wind resources and no limit of land use .If we can make full use of our long coastlines and abundant wind resources, it will help

7、to solve our energy and environmental problems.</p><p>　　This design is Marine theme, wind power in the boat at sea wind power, by providing the ship lighting. Firstly, the article introduced the world begin

8、 developing wind power technology in China, through comparing the level of Europe and wind power capacity, draw the new direction of development in our country, the wind - the offshore wind power generation. Use ships to

9、 use offshore wind resources is undoubtedly the best, so the wind generator installed on ships, and can effectively use wind can s</p><p>　　Marine wind power device selection of wind turbine generator, the s

10、ilicon rectifying when compared with other generator has many advantages, such as no need for upstream and block device. The wind generator in wind speed 3 ~ 4m/s can start generating electricity, 30km/s output power rat

11、ing, generator issued by the surge voltage regulator can be directly to battery. This design wind generator can be loaded in most of the fishing vessels, and can networking composition WTG uninterrupted supply, sh</p&

12、gt;<p>　　Keywords: Marine wind power; silicon rectification generator; Voltage regulator; storage battery</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　前言1</b></p><

13、p><b>　　第1章 緒論2</b></p><p>　　1.1 海上風(fēng)力發(fā)電簡介2</p><p>　　1.2 國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電研究3</p><p>　　1.3海上風(fēng)力發(fā)電裝置類型5</p><p>　　第2章 船用風(fēng)力發(fā)電裝置電路的總體方案7</p><p>　　2.1

14、船用風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用7</p><p>　　2.1.1選擇合適的船種7</p><p>　　2.1.2選擇適當(dāng)?shù)陌l(fā)電機(jī)功率7</p><p>　　2.2 船用風(fēng)力發(fā)電機(jī)選型7</p><p>　　2.3船用風(fēng)力發(fā)電裝置的構(gòu)造及原理10</p><p>　　2.3.1風(fēng)輪直徑的估算11</p>&l

15、t;p>　　2.3.2設(shè)計(jì)風(fēng)速的確定11</p><p>　　2.3.3尖速比11</p><p>　　2.3.4實(shí)度計(jì)算12</p><p>　　2.3.5翼型及其升阻比12</p><p>　　第3章 船用風(fēng)力發(fā)電裝置參數(shù)確定15</p><p>　　3.1船用風(fēng)力發(fā)電裝置工作參數(shù)的安全運(yùn)行范圍1

16、5</p><p>　　3.2 蓄電池15</p><p>　　3.3 船用風(fēng)力發(fā)電裝置各裝置參數(shù)計(jì)算16</p><p>　　第四章 船舶風(fēng)力發(fā)電裝置發(fā)展前瞻18</p><p><b>　　結(jié)論19</b></p><p>　　致謝錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p

17、><b>　　[參考文獻(xiàn)]20</b></p><p>　　附錄1 硅整流發(fā)電機(jī)型號及其配套的電壓調(diào)節(jié)器型號21</p><p>　　附錄 2 蓄電池型號22</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　由于現(xiàn)在全球范圍的能源短缺和生態(tài)環(huán)境的日益惡化，人們越來越清醒地認(rèn)

18、識到開發(fā)清潔再生能源、保護(hù)環(huán)境的重要性和迫切性。目前發(fā)展電力的手段, 風(fēng)能是最清潔、污染最少的可再生能源?；鹆Πl(fā)電的壓力現(xiàn)在最大火力發(fā)電由煤變成熱能必然要燃燒, 燃燒需要氧</p><p>　　氣, 產(chǎn)生二氧化碳, 當(dāng)然也可以用潔凈煤燃燒技術(shù),用一種提高燃燒效率的辦法,減少二氧化碳的排放總量, 但是燃燒必然要產(chǎn)生二氧化碳。此外, 煤還有含有氮和硫, 脫硫、脫氮技術(shù)成本較高。用石油、夭然氣發(fā)電也有個(gè)溫室效應(yīng)的問題。

19、核電是一種比較好的發(fā)電手段,但從全世界來看, 有很多國家通過法律規(guī)定，不準(zhǔn)再發(fā)展核電。水電在發(fā)達(dá)的資本主義國家已經(jīng)開發(fā)了30%、50%、80%以上，開發(fā)程度比較高，幾乎不再發(fā)展。國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家從環(huán)</p><p>　　境角度考慮, 已經(jīng)不再建設(shè)大型水電站, 原因有移民問題，保護(hù)魚類問題, 保護(hù)綠色植物等問題。風(fēng)電和以上發(fā)電方式相比, 無疑是最潔凈, 對環(huán)境保護(hù)最有利的方式。</p><p&g

20、t;　　風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用的領(lǐng)域在陸上，比如蒙古木蘭縣的風(fēng)力發(fā)電至少每年節(jié)煤2萬噸；海上風(fēng)力電廠，如上海東海大橋海上風(fēng)力發(fā)電場。然而船舶上的風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用卻是當(dāng)前的一個(gè)空白，將風(fēng)力發(fā)電機(jī)應(yīng)用在船舶上，利用海上風(fēng)力資源提供船舶照明、生活用電，可以節(jié)約能源。大多數(shù)漁船在作業(yè)和停泊在碼頭時(shí)都不會(huì)為了對蓄電池充電而使用船上發(fā)電機(jī)，因此漁民們希望有一種可以不需要船上發(fā)電機(jī)開機(jī)就可以給蓄電池充電的充電裝置。船用風(fēng)力發(fā)電裝置在船舶停泊、作業(yè)、拋錨工況下可以利

21、用風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再經(jīng)過風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能，供給照明、生活所需，并且可以為蓄電池充電。舟山的漁船有1萬2千余艘，如果每艘漁船上都使用了風(fēng)力發(fā)電，它帶來的經(jīng)濟(jì)效益是相當(dāng)大的，另外漁船停泊在碼頭上風(fēng)力電機(jī)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)所帶來的視覺效果可以帶動(dòng)第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 海上風(fēng)力發(fā)電簡介</p>

22、<p>　　風(fēng)能是一種可再生能源。全球每年的風(fēng)能, 大約相當(dāng)于目前全球年耗煤量的100倍以上, 不僅大大超過水能, 也大于固體燃料的液體燃料的能量總和。風(fēng)能利用有多種形式, 其中風(fēng)力發(fā)電是風(fēng)能利用的最重要形式, 是技術(shù)成熟、具有商業(yè)化開發(fā)前景的能源應(yīng)用之一。而海洋風(fēng)能更加是一種非常具有開發(fā)和利用價(jià)值的可再生能源，我國東南沿海及其附近的島嶼是風(fēng)能資源豐富的地區(qū)。</p><p>　　海上風(fēng)速大且穩(wěn)定,

23、 利用小時(shí)數(shù)可達(dá)到3000h以上。同容量裝機(jī), 海上比陸上成本增加60%, 電量卻增加50%以上。海上發(fā)電是近年來國際風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新領(lǐng)域、新潮流, 是大方向。海上風(fēng)力資源豐富, 比陸地風(fēng)力發(fā)電量大。通常,離岸10公里的海上風(fēng)速要比沿岸陸上高約25%;受環(huán)境影響小。海上風(fēng)力發(fā)電受噪聲、鳥類影響及電磁波干擾等問題的限制較少,不占用陸上土地資源,不涉及土地征用等問題;海上風(fēng)切度小。海上風(fēng)速隨高度的變化較小,因此,不需要很高的支撐塔架,從而可

24、以降低海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的成本，海上湍流強(qiáng)度低,海平面摩擦力較小,作用在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上的疲勞載荷減少,延長了風(fēng)電機(jī)組的使用壽命。</p><p>　　海上發(fā)電是近年來國際風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新領(lǐng)域、新潮流，是大方向。海上風(fēng)電開發(fā)利用經(jīng)歷了兩個(gè)發(fā)展階段：2000 年以前一些小型的示范性項(xiàng)目在淺海建造；2000 年以后，一些較大型項(xiàng)目的建造，這些項(xiàng)目仍具有一定的示范效果，但是已經(jīng)具有越來越大的實(shí)際經(jīng)濟(jì)價(jià)值。近20 多年來，海

25、洋風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展十分迅速， 單機(jī)發(fā)電能力由35000 kW·h 增長到17000 000 kW·h 提高了近500 倍，海上風(fēng)電場逐步商業(yè)化。歐洲一直占據(jù)著風(fēng)力發(fā)電的領(lǐng)先地位，無論在陸上風(fēng)電還是在海上風(fēng)電均有較大的優(yōu)勢。截止2009年底，歐洲累計(jì)建成38個(gè)海上風(fēng)電場，累計(jì)裝機(jī)容量超過2000MW，占世界海上風(fēng)電裝機(jī)容量的90%左右。其中，英國和丹麥?zhǔn)呛Ｉ巷L(fēng)電發(fā)展最快的國家，分別占據(jù)了世界市場份額的44%和30%。&l

26、t;/p><p>　　丹麥、瑞典、荷蘭、英國等歐洲國家在海上風(fēng)力發(fā)電方面起步早，發(fā)展快，不論在技術(shù)還是政策支持方面等均處于國際領(lǐng)先水平。1990 年瑞典架設(shè)了第一座海上風(fēng)電機(jī)，標(biāo)志著人類拉開了海上風(fēng)能開發(fā)利用的序幕，這臺具有實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的風(fēng)機(jī)功率為220 kW，于1998 年停運(yùn)。2002 年丹麥北海沿海完成了世界第一個(gè)真正意義上的大規(guī)模海上風(fēng)電場—HornsRev 海上風(fēng)電場，標(biāo)志著海上風(fēng)能開發(fā)技術(shù)逐漸走向成熟，大規(guī)模

27、的商業(yè)化開發(fā)海上風(fēng)能時(shí)代的到來，該電場離岸14～20 km（至Blavands Huk的距離將近14 km），水深6.5～13.5 m，當(dāng)?shù)仫L(fēng)速9.7 m/s， 共安裝了80臺單機(jī)容量2 MW的Vestas型風(fēng)機(jī)，總裝機(jī)容量為160 MW，可以為15 萬丹麥家庭提供充足的電力。2010年4月德國首座海上風(fēng)電場“AlphaVenus”正式并網(wǎng)發(fā)電，該風(fēng)電場裝機(jī)容量60 MW，共安裝了12臺先進(jìn)的5 MW 海洋型風(fēng)機(jī)，建設(shè)海域水深30 m，

28、距離最近的島嶼Borkum42 km，是世界上第一個(gè)大功率深水風(fēng)電場，可供5萬家庭用電需求。</p><p>　　圖1.1 世界風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　2010 年上海東海大橋102 MW 海上風(fēng)電場示范項(xiàng)目整體安裝成功，風(fēng)電場位于上海南匯區(qū)近海海域，上海東海大橋東側(cè)1~4 km， 北距南匯岸線8 km，南距南匯岸線13 km，95m高年平均風(fēng)速可達(dá)8.6 m/s。

29、采用華銳風(fēng)電科技有限公司自主生產(chǎn)、具有國際先進(jìn)水平的34臺單機(jī)功率3MW 風(fēng)力機(jī)組，可供20 萬戶居民使用。上海東海大橋風(fēng)電場，是中國首座海上風(fēng)電場，也是全球除歐洲外第一個(gè)海上風(fēng)電并網(wǎng)項(xiàng)目。</p><p>　　1.2 國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電研究</p><p>　　地球溫室效應(yīng)日益加重 ,進(jìn)入21世紀(jì)的人類 更加預(yù)感到生存危機(jī) 。全世界都在探索可再生的 清潔新能源,減少廢氣排放量,以便保護(hù)地球保

30、護(hù)人類 。風(fēng)力發(fā)電和陽光發(fā)電便屬于這類新能源 。由于風(fēng)力發(fā)電是一種可再生的清潔新能源,既取之不盡,又用之不竭,而且價(jià)廉 ,所以各國都 很重視,實(shí)施優(yōu)惠政策 ,倍加鼓勵(lì) ,發(fā)展很快發(fā)展規(guī)劃也不斷修改,步伐加大 ,比如歐洲1997年重新制訂的近期發(fā)展規(guī)劃就比原來1991年的翻了一番。原來誰也沒想到全世界的 風(fēng)電會(huì)在1999年達(dá)到10000MW,更不會(huì)料到2000年又將翻番達(dá)到20000MW以上.我國的風(fēng)電事業(yè)也從1997 年排列在世界第十位

31、而躍居到現(xiàn)在的第八位,預(yù)計(jì)今后還將有更大的進(jìn)步 .當(dāng)今世界各國的風(fēng)電容量對比、所占的百分比率以及與1997年的排列順序?qū)Ρ热绫?.1所示 。</p><p>　　當(dāng)今世界的風(fēng)力發(fā)電仍以歐洲為主,約占2/3,其次是北美約占1/5,接著是亞洲,約占 1/8.2000年全世界的風(fēng)電將比現(xiàn)在的10000MW翻番,即達(dá)到20000MW,到2005年將進(jìn)一步增大到30000MW以上。預(yù)計(jì)歐洲在 2020年將使風(fēng)電在所有電力生

32、產(chǎn)中的比重提高到20%以上 。</p><p>　　表1.1 世界各國風(fēng)力發(fā)電容量排名</p><p>　　21 世紀(jì)被稱為風(fēng)力新世紀(jì)。風(fēng)能的利用可分為 四個(gè)時(shí)代:第一代為20世紀(jì)先驅(qū)時(shí)代(到1973年,從古典的荷蘭風(fēng)車向現(xiàn)代風(fēng)輪機(jī)變遷的時(shí)代;第二代為取代石油和資源多樣化時(shí)代 (石油危機(jī)的1973 年到20世紀(jì)80年代),開發(fā)了大型的MW級風(fēng)電機(jī)組,實(shí)現(xiàn)了群體化的風(fēng)電場,并走向商業(yè)化; 第

33、三代為防止地球溫暖化時(shí)代(20世紀(jì)90年代),除了歐美先進(jìn)國家外,風(fēng)電的發(fā)展已擴(kuò)大到印度 、中國 、埃及 、中南美等世界各地 ;第四代即風(fēng)力新世紀(jì) (21世紀(jì)),作為一項(xiàng)防止地球變暖的關(guān)鍵技術(shù),風(fēng)電正在質(zhì)量及其能力等方面進(jìn)一步發(fā)展 。</p><p>　　現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展的新趨勢是向高難度 高水平方向發(fā)展 ,主要有以下幾方面 : ( 1)由高風(fēng)速的強(qiáng)風(fēng)地帶向中低風(fēng)速的弱風(fēng)地帶發(fā)展 ,既可擴(kuò)大利用風(fēng)源,又能降低

34、成本 ,簡化維護(hù);(2)由正常氣象向異常氣象區(qū)域發(fā)展,如臺風(fēng)多發(fā)地帶、南北極地圈內(nèi)、多發(fā)沙塵的沙漠地帶以及其他發(fā) 生異常氣象的地區(qū);(3)由平坦地形向復(fù)雜地形發(fā)展,如突入海中的山甲角、山岳、孤島等地域;(4)由陸上向海上發(fā)展 ,如歐洲正向海洋開發(fā)大規(guī)模風(fēng)電;(5)由大型機(jī)向小型機(jī)方向發(fā)展,即在 開發(fā)大型機(jī)的同時(shí)還重視小型機(jī)。用于海洋時(shí),在景觀、噪聲等方面問題不突出,適于采用數(shù)M W的大型機(jī)組。當(dāng)受地形、系統(tǒng)等外部條件限制時(shí),應(yīng)用小型機(jī)較

35、有利 ;(6)由聯(lián)網(wǎng)型向分散型發(fā)展 ,因?yàn)榘l(fā)展中國家、雪原、孤島、偏僻地區(qū)等電網(wǎng)較小,適用于分散型電力系統(tǒng),上述風(fēng)電發(fā)展新 趨勢基本上集中于一點(diǎn),即最大限度地挖掘風(fēng)力資源 ,積極地推進(jìn)風(fēng)力發(fā)電事業(yè)。</p><p>　　1.3海上風(fēng)力發(fā)電裝置類型</p><p>　　盡管風(fēng)力發(fā)電機(jī)多種多樣，但歸納起來可分為兩類：①水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸與風(fēng)向平行；②垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸垂

36、直于地面或者氣流方向。</p><p>　　水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)可分為升力型和阻力型兩類。升力型風(fēng)力發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度快，阻力型旋轉(zhuǎn)速度慢。對于風(fēng)力發(fā)電，多采用升力型水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。大多數(shù)水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有對風(fēng)裝置，能隨風(fēng)向改變而轉(zhuǎn)動(dòng)。對于小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，這種對風(fēng)裝置采用尾舵，而對于大型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，則利用風(fēng)向傳感元件以及伺服電機(jī)組成的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。</p><p>　　風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪在塔架前面的稱

37、為上風(fēng)向風(fēng)力機(jī)，風(fēng)輪在塔架后面的則成為下風(fēng)向風(fēng)機(jī)。水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的式樣很多，有的具有反轉(zhuǎn)葉片的風(fēng)輪，有的再一個(gè)塔架上安裝多個(gè)風(fēng)輪，以便在輸出功率一定的條件下減少塔架的成本，還有的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)在風(fēng)輪周圍產(chǎn)生漩渦，集中氣流，增加氣流速度。</p><p>　　垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)在風(fēng)向改變的時(shí)候無需對風(fēng)，在這點(diǎn)上相對于水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)是一大優(yōu)勢，它不僅使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡化，而且也減少了風(fēng)輪對風(fēng)時(shí)的陀螺力。</p&g

38、t;<p>　　利用阻力旋轉(zhuǎn)的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)有幾種類型，其中有利用平板和被子做成的風(fēng)輪，這是一種純阻力裝置；S型風(fēng)車，具有部分升力，但主要還是阻力裝置。這些裝置有較大的啟動(dòng)力矩，但尖速比低，在風(fēng)輪尺寸、重量和成本一定的情況下，提供的功率輸出低。</p><p>　　達(dá)里厄式風(fēng)輪是法國G.J.M達(dá)里厄于19世紀(jì)30年代發(fā)明的。在20世紀(jì)70年代，加拿大國家科學(xué)研究院對此進(jìn)行了大量的研究，現(xiàn)在是水平軸

39、風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主要競爭者。達(dá)里厄式風(fēng)輪是一種升力裝置，彎曲葉片的剖面是翼型，它的啟動(dòng)力矩低，但尖速比可以很高，對于給定的風(fēng)輪重量和成本，有較高的功率輸出?，F(xiàn)在有多種達(dá)里厄式風(fēng)力發(fā)電機(jī)，如Φ型，Δ型，Y型和H型等。這些風(fēng)輪可以設(shè)計(jì)成單葉片，雙葉片，三葉片或者多葉片。</p><p>　　隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，雙饋型感應(yīng)發(fā)電機(jī)（Double-Fed Induction Generator）在風(fēng)能發(fā)電中的應(yīng)用越來越廣。

40、這種技術(shù)不過分依賴于蓄電池的容量，而是從勵(lì)磁系統(tǒng)入手，對勵(lì)磁電流加以適當(dāng)?shù)目刂?，從而達(dá)到輸出一個(gè)恒頻電能的目的。雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)在結(jié)構(gòu)上類似于異步發(fā)電機(jī)，但在勵(lì)磁上雙饋發(fā)電機(jī)采用交流勵(lì)磁。我們知道一個(gè)脈振磁勢可以分解為兩個(gè)方向相反的旋轉(zhuǎn)磁勢，而三相繞組的適當(dāng)安排可以使其中一個(gè)磁勢的效果消去，這樣一來就得到一個(gè)在空間旋轉(zhuǎn)的磁勢，這就相當(dāng)于同步發(fā)電機(jī)中帶有直流勵(lì)磁的轉(zhuǎn)子。雙饋發(fā)電機(jī)的優(yōu)勢就在于，交流勵(lì)磁的頻率是可調(diào)的，這就是說旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁磁動(dòng)勢的

41、頻率可調(diào)。這樣當(dāng)原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不定時(shí)，適當(dāng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的頻率，就可以滿足輸出恒頻電能的目的。由于電力電子元器件的容量越來越大，所以雙饋發(fā)電機(jī)組的勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力也越來越強(qiáng)，這使得雙饋機(jī)的單機(jī)容量得以提高。雖然，部分理論還在完善當(dāng)中，但是雙饋反應(yīng)發(fā)電機(jī)的廣泛應(yīng)用這一趨勢將越來越明顯。</p><p>　　馬格努斯效應(yīng)風(fēng)輪，由自旋的圓柱體組成，當(dāng)它在氣流中工作時(shí)，產(chǎn)生的移動(dòng)力是由于馬格努斯效應(yīng)引起的，其大小與風(fēng)速成正比

42、。有的垂直軸風(fēng)輪使用管道或者漩渦發(fā)生器塔，通過套管或者擴(kuò)壓器使水平氣流變成垂直氣流，以增加速度，偶寫還利用太陽能或者燃燒某種燃料，是水平氣流變成垂直方向的氣流。</p><p>　　徑流雙輪效應(yīng)或叫雙輪效應(yīng)是一種新型風(fēng)能轉(zhuǎn)化方式。</p><p>　　首先它是一種雙輪結(jié)構(gòu)，相對于水平軸流式風(fēng)機(jī)，它是徑流式的，同已有的立軸式風(fēng)機(jī)一樣都是沿長軸布設(shè)槳葉的，直接利用風(fēng)的推力旋轉(zhuǎn)工作的,單輪立軸風(fēng)

43、輪因軸兩側(cè)槳葉同時(shí)接受風(fēng)力而扭矩相反，相互抵消，輸出力矩不大。設(shè)計(jì)為雙輪結(jié)構(gòu)并靠近安裝，同步運(yùn)轉(zhuǎn)，就將原來的立軸力矩輸出對槳葉流體力學(xué)形狀的依賴進(jìn)而改變?yōu)殡p輪間的利用轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生渦流力的利用，兩輪相互借力，相互推動(dòng)；而對吹向兩輪間的逆向風(fēng)流可以互相遮擋，進(jìn)而又依次輪流將其分撥于兩輪的外側(cè)，使兩輪外側(cè)獲得有疊加的風(fēng)流，因此使雙輪的外緣線速度可以高于風(fēng)速，雙輪結(jié)構(gòu)的這種互相助力，主動(dòng)利用風(fēng)力的特點(diǎn)產(chǎn)生了“雙輪效應(yīng)”。</p>&l

44、t;p>　　相比有些單輪式結(jié)構(gòu)風(fēng)機(jī)中采用外加的遮擋法、活動(dòng)式變槳矩等被動(dòng)式減少葉輪回轉(zhuǎn)復(fù)位阻力的設(shè)計(jì)，體現(xiàn)了積極利用風(fēng)力的特點(diǎn)。因此這一發(fā)明的不僅具有實(shí)用作用，促進(jìn)風(fēng)力利用的研究和發(fā)展，而且具有新的流體力學(xué)方面的意義。它開辟了風(fēng)能發(fā)展的新空間，是一項(xiàng)帶有基礎(chǔ)性質(zhì)的發(fā)明，這種雙輪風(fēng)機(jī)具有的設(shè)計(jì)簡捷，易于制造加工，轉(zhuǎn)數(shù)較低，重心下降，安全性好，運(yùn)行成本低，維護(hù)容易，無噪音污染等明顯特點(diǎn)，可以廣泛普及推廣，適應(yīng)中國節(jié)能減排需求，大有市場

45、前景。</p><p>　　第2章 船用風(fēng)力發(fā)電裝置電路的總體方案</p><p>　　2.1 船用風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用 </p><p>　　1998年6月《在國外》雜志上發(fā)表了一篇《船舶用小型風(fēng)力發(fā)電設(shè)備》的文章，文章內(nèi)容大體是在荷蘭首都阿姆施特丹港，不少小型船舶上面都有一架小風(fēng)車在風(fēng)中旋轉(zhuǎn)，這已成了該港的景色之一。實(shí)際上這是一套船舶用小型風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，能在船舶停泊時(shí)

46、為船上的照明、冷藏等提供電能，因此可省去船上的柴油發(fā)電設(shè)備和從岸上供電的電纜等。這種船用風(fēng)力發(fā)電設(shè)備在風(fēng)力減弱時(shí)還能轉(zhuǎn)用蓄電池供電，由于它發(fā)電成本低，結(jié)構(gòu)簡單，因而很受用戶歡迎。</p><p>　　在船舶上裝設(shè)除了柴油發(fā)電機(jī)之外的發(fā)電設(shè)備對于更加合理的應(yīng)用資源，節(jié)約能源是一個(gè)很好的課題，比如在船舶上裝設(shè)太陽能電板等。小型的風(fēng)力發(fā)電裝置在船舶停航，拋錨等工況下可以提供船舶的基本照明，船舶停航基本在港口，港口的風(fēng)力

47、一般在4到6級左右，基本上超過3級的風(fēng)就可以發(fā)電，基本上停航的時(shí)候完全可以供給船舶的照明和其他冷藏等的用電。在航行中意外拋錨的話也可以讓風(fēng)力電機(jī)發(fā)電，可以節(jié)省能源，降低成本。</p><p>　　本文就是以船舶停航及拋錨情況下，在船舶上裝設(shè)幾個(gè)小型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，由風(fēng)力電機(jī)來供給船舶的照明，以及將多余的電能對蓄電池進(jìn)行充電。</p><p>　　2.1.1選擇合適的船種</p>

48、<p>　　我國風(fēng)能開發(fā)利用有內(nèi)陸、沿海及海島擴(kuò)展到漁船上，江河中的漁船由于水面低、堤壩高、岸邊地形復(fù)雜，風(fēng)流受阻、風(fēng)速小于平地，不適合風(fēng)力發(fā)電。</p><p>　　長期行駛的運(yùn)輸船由于風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)很產(chǎn)生很大的阻力，增大發(fā)動(dòng)機(jī)的耗油量，也不適宜安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。</p><p>　　海面上的捕漁船長期處于大風(fēng)環(huán)境中，且漁船停機(jī)時(shí)間大于開機(jī)時(shí)間，是理想的安裝對象。但是，小漁船由于

49、穩(wěn)定性差不宜安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。一般船舶的船體長度都大于10m，安上風(fēng)力機(jī)后，漁船行駛正常，船體的穩(wěn)定性也未被破壞。</p><p>　　2.1.2選擇適當(dāng)?shù)陌l(fā)電機(jī)功率</p><p>　　由于漁船上蓄電池的容量都很大，大多數(shù)船舶上設(shè)有兩只或者兩只以上的蓄電池，如果風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率太小，蓄電池充電就會(huì)比較慢。一般漁船選擇800~1000W的風(fēng)力發(fā)電機(jī)比較理想。</p><

50、p>　　2.2 船用風(fēng)力發(fā)電機(jī)選型</p><p>　　風(fēng)電系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)向高可靠性，低維護(hù)量，減少組件，降低成本，效率高，集成度高的方向發(fā)展，主要有以下3鐘形式。</p><p><b>　　1.異步發(fā)電機(jī)</b></p><p>　　以恒速運(yùn)行，采取失速調(diào)節(jié)或主動(dòng)時(shí)速調(diào)節(jié)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，主要采用異步感應(yīng)電機(jī)，發(fā)電機(jī)直接聯(lián)入電網(wǎng)，容量大時(shí)

51、，也可通過晶閘管控制的軟投入法接入電網(wǎng)。在同步速附近合閘并網(wǎng)，沖擊電流較大，；另外需要電容無功補(bǔ)償。變速運(yùn)行時(shí)，變頻器在定子側(cè)，容量與發(fā)電機(jī)容量相當(dāng)，大約為發(fā)電機(jī)容量的125%。這種機(jī)型比較普遍，各大風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造商如Vestas bonus，F(xiàn)uhrlander，NEG Micon， Nordex都有此類產(chǎn)品。</p><p><b>　　2.雙饋發(fā)電機(jī)</b></p>&

52、lt;p>　　雙饋發(fā)電機(jī)一般用于變速運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)中，可配合槳葉變距調(diào)節(jié)。最大的優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)能量雙向流動(dòng)，同時(shí)又具有同步機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)風(fēng)速的變化和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，調(diào)整轉(zhuǎn)子電流頻率的變化，實(shí)現(xiàn)變速恒頻控制，這種控制方案是在轉(zhuǎn)子電路中實(shí)現(xiàn)。流六國轉(zhuǎn)子電路的功率是由交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍所決定的磚茶功率，僅為定子額定功率的一小部分。變頻器的容量減小，可實(shí)現(xiàn)有功、無功功率的靈活控制。</p><p>&l

53、t;b>　　3.同步發(fā)電機(jī)</b></p><p>　　在與電網(wǎng)合閘前，為避免電流沖擊和轉(zhuǎn)軸受到突然的扭矩，同步發(fā)電機(jī)需要滿足一定的并聯(lián)條件，端電壓、頻率與電網(wǎng)相同。合閘瞬間，風(fēng)力發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的回路電勢為零，相序與電網(wǎng)相序相同。傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)一般都采用同步發(fā)電機(jī)，可進(jìn)行有功功率和無功功率調(diào)節(jié)，而在大型并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)中，同步發(fā)電機(jī)應(yīng)用并不廣泛，主要原因是價(jià)格貴，與電網(wǎng)連接特性硬。</p&g

54、t;<p>　　本文選用的風(fēng)力電機(jī)為船上經(jīng)常使用的硅整流發(fā)電機(jī)，由于硅整流發(fā)電機(jī)的定子繞組具有一定的感抗，使發(fā)電機(jī)輸出電流能自動(dòng)地得到限制，因而不需另加節(jié)流器。同時(shí)，因硅二極管具有單相導(dǎo)電性，而沒有逆流，可以阻止蓄電池的電流倒流入發(fā)電機(jī)，所以也無需另加斷流器。這種發(fā)電機(jī)是由交流發(fā)電機(jī)和三廂全波整流器組成，因此稱為硅整流發(fā)電機(jī)。當(dāng)轉(zhuǎn)子被帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁場切割定子繞組的導(dǎo)線，在定子繞組上產(chǎn)生三廂交流電，經(jīng)硅整流器，變?yōu)橹绷麟姟Ｖ?/p>

55、流電一部分輸給用電設(shè)備和蓄電池充電，另一部分通過調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)給轉(zhuǎn)子上的磁場線圈（如下圖）。</p><p>　　圖2.1 硅整流發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　選用硅整流發(fā)電機(jī)參數(shù)：硅整流發(fā)電機(jī)JF1000Y；額定功率1KW；額定電壓24/36V；額定電流33.5/28A； 額定轉(zhuǎn)速2500r/min；絕緣等級E級；工作制S1</p><p>　　這種發(fā)電機(jī)裝有單聯(lián)調(diào)

56、節(jié)器，主要幫組穩(wěn)壓。由于發(fā)電機(jī)的輸出電壓與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速及磁通成正比，由轉(zhuǎn)速變化而影響的端電壓，可以通過改變磁通的大小來調(diào)節(jié)。因此，電壓調(diào)節(jié)器的基本工作原理是通過測量電路檢測發(fā)電機(jī)的端電壓，根據(jù)端電壓的具體情況，通過改變勵(lì)磁電流的大小，保持發(fā)電機(jī)的輸出電壓不變。電壓調(diào)節(jié)器分為觸點(diǎn)式、電子式和集成式三類。其中觸點(diǎn)式調(diào)節(jié)器利用電磁鐵的原理，控制觸點(diǎn)振動(dòng)，控制勵(lì)磁電路，實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)。電子式調(diào)節(jié)器是通過電子元件實(shí)現(xiàn)對勵(lì)磁電流的控制，由于電子式調(diào)節(jié)

57、器無觸點(diǎn)，在工作時(shí)無機(jī)械慣性和磁慣性，且經(jīng)久耐用、無無線電干擾。調(diào)壓器結(jié)構(gòu)圖如下：</p><p>　　圖2.2 調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　當(dāng)發(fā)電機(jī)以某一轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，由于剩磁使發(fā)電機(jī)有一輸出電壓，此輸出電壓使處于導(dǎo)電狀態(tài)，于是有激磁電流流經(jīng)磁場線圈，引起磁通量增加，輸出電壓升高，當(dāng)此電壓達(dá)到某一值使兩端的電壓達(dá)到其穩(wěn)定電壓時(shí)，便有電流流過，于是導(dǎo)通，迫使截止，輸出電壓隨之下降。當(dāng)輸

58、出電壓低到使上的電壓小于其穩(wěn)定電壓時(shí)，被截止,再一次導(dǎo)通，這樣導(dǎo)通截止過程交替進(jìn)行，于是發(fā)電機(jī)的電壓被穩(wěn)定在某一值上，該穩(wěn)定電壓的數(shù)值由所確定的分壓比和的穩(wěn)壓值所決定。調(diào)節(jié)中心抽頭的位置可方便地改變發(fā)電機(jī)輸出電壓。</p><p>　　工作在開關(guān)狀態(tài)，{和磁場線圈上的電壓波形如圖（以F點(diǎn)接地）}大大降低了管子的平均損耗。</p><p>　　圖2.3 電壓波形圖</p>&

59、lt;p>　　JFT201C晶體管電壓調(diào)節(jié)器是與JF1000Y型硅整流發(fā)電機(jī)的配套產(chǎn)品，在長期的實(shí)船使用中證明該調(diào)節(jié)器具有穩(wěn)壓性能良好，調(diào)節(jié)方便，維護(hù)檢修簡單等一系列優(yōu)點(diǎn)，配合發(fā)電機(jī)能滿足漁船的蓄電池充電，直接對魚探儀和照明供電等多用途的需要。下圖為JF1000Y硅整流發(fā)電機(jī)和JFT201C調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)圖：</p><p>　　圖2.4 硅整流發(fā)電機(jī)和調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)圖</p><p>　

60、　2.3船用風(fēng)力發(fā)電裝置的構(gòu)造及原理</p><p>　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)的原理，是利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再透過增速機(jī)將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來促使發(fā)電機(jī)發(fā)電。把風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苁秋L(fēng)能利用中最基本的一種方式。風(fēng)力發(fā)電機(jī)一般有風(fēng)輪、發(fā)電機(jī)（包括裝置）、調(diào)向器（尾翼）、塔架、限速安全機(jī)構(gòu)和儲(chǔ)能裝置等構(gòu)件組成超低速風(fēng)力發(fā)電機(jī)為一由轉(zhuǎn)動(dòng)盤、固定盤、風(fēng)輪葉片、固定輪、立竿、集電環(huán)盤、舵桿、尾舵和逆變器組成的系統(tǒng)</p>

61、<p>　　大部分小功率風(fēng)電機(jī)具有恒定轉(zhuǎn)速（定速定槳），葉片尖端的轉(zhuǎn)速為64米/秒，在葉輪軸心部分轉(zhuǎn)速為零。距軸心四分之一葉片長度處的轉(zhuǎn)速為16米/秒。但是，隨著大功率風(fēng)電機(jī)的研發(fā)并投入使用，風(fēng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速不再恒定（變速變槳），葉片尖端的轉(zhuǎn)速也隨著葉輪轉(zhuǎn)速的變化和葉片長度的不同而變化。</p><p>　　風(fēng)輪具有三片高速性能好的“薄翼型”葉片, 與風(fēng)力發(fā)電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)聯(lián)接，安裝角要上仰。由于風(fēng)時(shí)大時(shí)小，

62、變化不定，風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速和功率將隨著變化。為了保證供電質(zhì)量，即避免發(fā)電機(jī)電壓和周波的波動(dòng)，維護(hù)發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定工作，發(fā)電裝置對調(diào)速提出了較高的要求。本設(shè)計(jì)中采用偏心調(diào)速，因此沒有側(cè)翼其結(jié)構(gòu)更為簡單。當(dāng)風(fēng)速為時(shí)啟動(dòng)，當(dāng)風(fēng)速為時(shí)輸出額定功率。當(dāng)風(fēng)速大于時(shí)，風(fēng)輪開始偏側(cè)，起調(diào)速作用。風(fēng)機(jī)只有當(dāng)風(fēng)垂直地吹向風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)面時(shí)，才能發(fā)出最大功率。以下是風(fēng)輪的一些參數(shù)計(jì)算方法。</p><p>　　2.3.1風(fēng)輪直徑的估算</p&g

63、t;<p>　　風(fēng)輪直徑可用下行公式進(jìn)行估算：</p><p><b>　　（2-1）</b></p><p>　　式中 ——風(fēng)力發(fā)電機(jī)額定風(fēng)況輸出電功率（）； </p><p>　　——空氣密度，一般取標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)；（）；</p><p>　　——設(shè)計(jì)風(fēng)速（在風(fēng)輪中心高度的額定風(fēng)速）（）；</p&

64、gt;<p>　　——風(fēng)輪直徑（）； </p><p><b>　　——發(fā)電機(jī)效率； </b></p><p><b>　　——傳動(dòng)效率； </b></p><p>　　——風(fēng)能利用系數(shù)，在計(jì)算時(shí)，一般應(yīng)取額定風(fēng)速下的值。 </p><p>　　假設(shè)由前面選用的船舶風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率為10

65、00W，=1.205，</p><p>　　2.3.2設(shè)計(jì)風(fēng)速的確定</p><p>　　風(fēng)輪的額定風(fēng)速是一個(gè)非常重要的參數(shù)，直接影響到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的尺寸和成本。設(shè)計(jì)風(fēng)速取決于安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)組地區(qū)的風(fēng)能資源。風(fēng)能資源既要考慮到平均風(fēng)速的大小，又要考慮風(fēng)速的頻度。 </p><p>　　知道了平均風(fēng)速和頻度，就可以確定風(fēng)速的大小，如可以按全年獲得最大能量為原則來確定設(shè)

66、計(jì)風(fēng)速。也有人提出以單位投資獲得最大能量為原則來選取設(shè)計(jì)風(fēng)速。 </p><p><b>　　2.3.3尖速比</b></p><p>　　風(fēng)輪的尖速比是風(fēng)輪的葉尖速度和額定風(fēng)速之比。尖速比也是風(fēng)力發(fā)電機(jī)裝置的一個(gè)重要設(shè)計(jì)參數(shù)。首先，尖速比與風(fēng)輪效率是密切相關(guān)的，只要風(fēng)力發(fā)電機(jī)沒有超速，運(yùn)轉(zhuǎn)處于較高尖速比狀態(tài)下的風(fēng)力發(fā)電機(jī)裝置，風(fēng)輪就具有較高的效率。對于特定的風(fēng)輪，其

67、尖速比不是隨意而定的，它是根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的類型、葉尖的形狀和電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)來確定的。不同的尖速比意味所選用或設(shè)計(jì)的風(fēng)輪實(shí)度具有不同的數(shù)值。設(shè)計(jì)中所要求的尖速比，是指在此尖速比上，所有的空氣動(dòng)力學(xué)參數(shù)接近于它們的最佳值，以及風(fēng)輪效率達(dá)到最大值。 </p><p>　　在同樣直徑下，高速風(fēng)力發(fā)電機(jī)比低速風(fēng)力發(fā)電機(jī)成本要低，由陣風(fēng)引起的動(dòng)負(fù)載影響亦要小一些。另外，高速風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)的軸向推力比靜止時(shí)大。高速風(fēng)力發(fā)

68、電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，起動(dòng)風(fēng)速大，因此要求選擇最佳的弦長和扭角分布。如果采用變槳距的風(fēng)輪葉片，那么在風(fēng)輪起動(dòng)時(shí)，變距角要調(diào)節(jié)到較大值，隨著風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的增加逐漸減小。當(dāng)確定了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組尖速比范圍之后，要根據(jù)風(fēng)輪設(shè)計(jì)風(fēng)速和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速來選擇齒輪箱傳動(dòng)比，最后再用公式：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　進(jìn)行尖速比的計(jì)算，確定其設(shè)計(jì)參數(shù)。 <

69、;/p><p>　　2.3.4實(shí)度計(jì)算 </p><p>　　風(fēng)輪的實(shí)度是指風(fēng)輪的葉片面積之和與風(fēng)輪掃掠面積之比。實(shí)度是和尖速比密切相關(guān)的另一個(gè)重要設(shè)計(jì)參數(shù)。對風(fēng)力提水機(jī)而言，因?yàn)樾枰D(zhuǎn)矩大，因此風(fēng)輪實(shí)度取得大。而對于風(fēng)力發(fā)電機(jī)，因?yàn)橐筠D(zhuǎn)速高，因此風(fēng)輪實(shí)度要求取得小。自起動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的實(shí)度是由預(yù)定的起動(dòng)風(fēng)速來決定的，起動(dòng)風(fēng)速小，要求實(shí)度大。通常風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實(shí)度大致在這一范圍。 </p

70、><p>　　實(shí)度的大小的確定要考慮以下兩個(gè)重要因素：</p><p>　　（1）風(fēng)輪的力矩特性，特別是起動(dòng)力矩；</p><p>　?。?）風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣用量及電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)特性決定。 </p><p>　　2.3.5翼型及其升阻比 </p><p>　　翼型的選取對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的效率十分重要。翼型的升力與阻力比值愈高則風(fēng)力

71、發(fā)電機(jī)組的效率愈高。同時(shí)要考慮翼型的失速特性，避免由于失速而產(chǎn)生的瞬間抖動(dòng)現(xiàn)象。 </p><p>　　由于風(fēng)向多變，因此必須要裝設(shè)對風(fēng)裝置，使之在風(fēng)向變化時(shí)，保證風(fēng)輪跟著轉(zhuǎn)動(dòng)，自由對準(zhǔn)風(fēng)向。小型船用風(fēng)力發(fā)電機(jī)以阻力式結(jié)構(gòu)吸收風(fēng)能，并將之換為機(jī)械能，其原理和結(jié)構(gòu)都較為簡單，構(gòu)思巧妙。為了提高其可靠性，降低機(jī)械成本，在設(shè)計(jì)中都盡量采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，例如蓄電池（）、增速發(fā)電機(jī)、逆變器。</p><p&

72、gt;　　本設(shè)計(jì)采用了尾舵式對風(fēng)裝置, 其水平度用花蘭螺絲調(diào)整。</p><p>　　風(fēng)機(jī)在風(fēng)輪軸上的功率、通常按大氣壓和15℃的溫度狀態(tài)下計(jì)算計(jì)算，此時(shí)，空氣密度。</p><p>　　本設(shè)計(jì)的船用風(fēng)力機(jī)的輸出功率為：</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　式中 ——風(fēng)輪直徑；</

73、p><p><b>　　——即時(shí)風(fēng)速；</b></p><p><b>　　——風(fēng)能利用系數(shù)。</b></p><p>　　風(fēng)能利用系數(shù)是不高的, 對于設(shè)計(jì)良好的風(fēng)機(jī), 其值也不大于0.455。</p><p>　　風(fēng)力電機(jī)的葉輪通過傳動(dòng)裝置傳遞機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，因此傳動(dòng)裝置的選擇時(shí)一個(gè)比較重要的部件。

74、葉輪葉片產(chǎn)生的機(jī)械能通過機(jī)艙里的傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞給發(fā)電機(jī)，它包括一個(gè)齒輪箱、離合器和一個(gè)能使風(fēng)力機(jī)在停止運(yùn)行時(shí)的緊急情況下復(fù)位的剎車系統(tǒng)。</p><p>　　齒輪箱用于增加葉輪轉(zhuǎn)速，從20~50到1000~1500，后者是驅(qū)動(dòng)大多數(shù)發(fā)電機(jī)所需的轉(zhuǎn)速。齒輪箱可以是一個(gè)簡單的平行軸齒輪箱，其中輸出軸是不同軸的，或者它也可以是較昂貴的一種，允許輸入、輸出軸共線，使結(jié)構(gòu)更緊湊。傳動(dòng)系統(tǒng)要按輸出功率和最大動(dòng)態(tài)扭矩載荷來設(shè)計(jì)。

75、</p><p>　　由于葉輪功率輸出有波動(dòng)，通過增加機(jī)械適應(yīng)性和緩沖驅(qū)動(dòng)來控制動(dòng)態(tài)載荷，這對較大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)來說是非常重要的，因其動(dòng)態(tài)載荷很大，且感應(yīng)發(fā)電機(jī)的緩沖余地比小型風(fēng)力機(jī)的小。</p><p>　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)對齒輪箱的要求比較高，一般齒輪箱很難滿足風(fēng)力發(fā)電機(jī)的要求，主要表現(xiàn)為：</p><p>　?。?）長壽命、一般要求無檢修壽命大于10萬小時(shí)。</

76、p><p>　?。?）低噪聲，一米處的噪聲的聲功率不得大于75。</p><p>　?。?）動(dòng)載系數(shù)大。 </p><p>　　圖2.5 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　由于海上風(fēng)時(shí)大時(shí)小，變化不定，風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速和功率將隨著變化。為了保持供電質(zhì)量，即避免發(fā)電機(jī)電壓和周波的波動(dòng)，維護(hù)機(jī)組的穩(wěn)定工作，機(jī)組對調(diào)速提出了較高的要求。風(fēng)機(jī)只有當(dāng)風(fēng)垂直地吹

77、響風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)面時(shí)，才能發(fā)出最大功率。由于風(fēng)向多變，因此必須裝設(shè)對風(fēng)裝置，使之在風(fēng)向變化時(shí)，保證風(fēng)輪跟著轉(zhuǎn)動(dòng)，自由對準(zhǔn)風(fēng)向。本設(shè)計(jì)采用尾舵式對風(fēng)裝置，其水平度用華蘭螺絲調(diào)整。</p><p>　　該小型的船用風(fēng)力發(fā)電機(jī)在船舶上可以提高燈泡的照明，為了節(jié)約能源，在漁船空間允許的前提下，可以在船上裝設(shè)多臺改發(fā)電機(jī)，使發(fā)電量提高，并且這些風(fēng)力電機(jī)可以聯(lián)網(wǎng)一起供電。</p><p>　　2.6 船用風(fēng)

78、力發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　上圖由四部分組成：風(fēng)機(jī)葉輪、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、發(fā)電機(jī)、電壓調(diào)節(jié)器以及蓄電池組。</p><p>　　第3章 船用風(fēng)力發(fā)電裝置參數(shù)確定</p><p>　　3.1船用風(fēng)力發(fā)電裝置工作參數(shù)的安全運(yùn)行范圍</p><p><b>　?。?）風(fēng)速</b></p><p>　　

79、自然界風(fēng)的變化是隨機(jī)的沒有規(guī)律的，當(dāng)風(fēng)速在的規(guī)定工作范圍時(shí)，只對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電有影響，當(dāng)風(fēng)速變化率較大且風(fēng)速超過以上時(shí)，則對裝置的安全性產(chǎn)生威脅。 </p><p><b>　　（2）轉(zhuǎn)速</b></p><p>　　風(fēng)力發(fā)電裝置的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速通常低于，發(fā)電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速不超過額定轉(zhuǎn)速的，不同型號的發(fā)電機(jī)數(shù)字不同。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)超速時(shí)，對發(fā)電機(jī)的安全性產(chǎn)生嚴(yán)重威脅。<

80、/p><p><b>　?。?）功率</b></p><p>　　在額定風(fēng)速以下時(shí)，不作功率調(diào)節(jié)控制，只有在額定風(fēng)速以上應(yīng)作限制最大功率的控制，通常運(yùn)行安全最大功率不允許超過設(shè)計(jì)值。 </p><p><b>　　（4）溫度</b></p><p>　　運(yùn)行中風(fēng)機(jī)的各部件運(yùn)轉(zhuǎn)將會(huì)引起溫升，通?？刂破鳝h(huán)境

81、溫度應(yīng)為0～30℃，齒輪箱油溫小于120℃，發(fā)電機(jī)溫度小于150℃，傳動(dòng)等環(huán)節(jié)溫度小于70℃。</p><p><b>　?。?）電壓</b></p><p>　　發(fā)電電壓允許的范圍在設(shè)計(jì)值的，當(dāng)瞬間值超過額定值的時(shí)，視為系統(tǒng)故障。 </p><p><b>　?。?）頻率</b></p><p>

82、　　發(fā)電機(jī)的發(fā)電頻率應(yīng)限制在，否則視為系統(tǒng)故障。</p><p><b>　　（7）壓力</b></p><p>　　發(fā)電機(jī)的許多執(zhí)行機(jī)構(gòu)由液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成，所以各液壓站系統(tǒng)的壓力必須監(jiān)控，由壓力開關(guān)設(shè)計(jì)額定值確定，通常低于100。</p><p><b>　　3.2 蓄電池 </b></p><p&

83、gt;　　蓄電池，顧名思義時(shí)儲(chǔ)存電能的裝置，在船用風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的作用時(shí)存儲(chǔ)電能，并且通過輸出電能調(diào)節(jié)調(diào)壓器的勵(lì)磁電流保持風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉輪的轉(zhuǎn)速，使風(fēng)力電機(jī)輸出的電壓為以穩(wěn)定值，方便使用和儲(chǔ)存。由于風(fēng)具有不穩(wěn)定性，發(fā)電機(jī)的輸出功率也時(shí)不斷變化的。為了保持無風(fēng)或小風(fēng)時(shí)的用電質(zhì)量，小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)必須有相當(dāng)容量的蓄電池。</p><p>　　蓄電池的分類及特點(diǎn)：</p><p>　　種類:常用的蓄電

84、池有鉛酸蓄電池、鎘鎳蓄電池、鐵鎳蓄電池、金屬氧化物蓄電池、鋅銀蓄電池、鋅鎳蓄電池、氫鎳蓄電池、鋰離子蓄電池等。</p><p>　?、巽U酸蓄電池負(fù)極為鉛,正極為二氧化鉛,電解質(zhì)為硫酸,主要有起動(dòng)型、固定型、牽引型、動(dòng)力型和便攜型,多數(shù)為開口或防酸式,少量為膠體電解質(zhì)蓄電池。近年來,密封鉛酸和其他類型蓄電池產(chǎn)品在許多領(lǐng)域取代原來使用的鉛酸蓄電池。鉛酸蓄電池具有價(jià)格低廉,適于低溫高倍率放電,被廣泛應(yīng)用。但由于鉛酸

85、蓄電池比能量低,生產(chǎn)過程有毒、污染環(huán)境,影響其使用范圍。</p><p>　　②鎘鎳蓄電池負(fù)極為鎘,正極為氧化鎳,電解質(zhì)為氫氧化鉀水溶液。常見外形是方形,扣式和圓柱形,有開口、密封和全密封三種結(jié)構(gòu)。按極板制造方式又分有極板盒式、燒結(jié)式、壓成式和拉漿式。鎘鎳蓄電池具有放電倍率高、低溫性能好,循環(huán)壽命長等特點(diǎn)。</p><p>　?、劢饘贇浠镦囆铍姵厥前耸甏麻_發(fā)出來的新產(chǎn)品,負(fù)極為吸氫稀

86、土合金,正極為氧化鎳,電解質(zhì)為氫氧化鉀、氫氧化鋰水溶液,比鎘鎳蓄電池大1.5-2倍的容量,具有可快速充電,優(yōu)良的高倍率放電性能和低溫放電性能,價(jià)格便宜,無污染,稱為綠色環(huán)保電池。</p><p>　?、荑F鎳蓄電池負(fù)極為鐵粉,正極為氧化鎳,電解質(zhì)為氫氧化鉀或氫氧化鈉水溶液。具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、耐用、壽命長等特點(diǎn),比能量較低,多用于礦井運(yùn)輸車動(dòng)力電源。</p><p>　?、蒌\銀蓄電池負(fù)極為鋅,正極

87、為氧化銀,電解質(zhì)為氫氧化鉀水溶液,具有高的比能量,優(yōu)良的高倍率放電性能,但價(jià)格高,多用于軍事工業(yè)及武器系統(tǒng)。</p><p>　　⑥鋅鎳蓄電池負(fù)極為鋅,正極為氧化鎳,電解質(zhì)為氫氧化鉀水溶液,具有高比能量,價(jià)格較低,但壽命較短,近年來鋅鎳蓄電池的循環(huán)壽命有了較大提高,隨著循環(huán)壽命的提高將獲得更廣泛應(yīng)用。</p><p>　?、咪囯x子蓄電池負(fù)極是碳(石墨),正極是氧化鈷鋰,采用有機(jī)電解質(zhì),具有

88、電壓高,比能量高,優(yōu)良的循環(huán)壽命,安全無污染,稱之為綠色電源。</p><p>　　現(xiàn)階段的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，可以采用酸性鉛蓄電池蓄能。由于它要求維持電解液濃度，所以在船舶上必須儲(chǔ)備硫酸和蒸餾水，這對于漁民使用時(shí)很不方便和不安全的。為此采用堿性鎳鎘蓄電池，不僅沒有這一缺點(diǎn)，而且體積小，重量輕，指標(biāo)高，淺沖效次數(shù)高，作為小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的蓄能裝置比較合適。</p><p>　　至于蓄電池的選配原

89、則，無論是實(shí)際使用還是在側(cè)試系統(tǒng)中，簡便起見，均可依據(jù)下式給出的經(jīng)驗(yàn)方法進(jìn)行估算：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中 ——蓄電池容量()；</p><p>　　——風(fēng)力發(fā)電機(jī)額定功率()；</p><p>　　——風(fēng)力發(fā)電機(jī)經(jīng)整流后的額定電壓()；</p><

90、p>　　——電壓浮動(dòng)值，一般??；</p><p>　　——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取0. 160。</p><p>　　比如，風(fēng)力發(fā)電機(jī)額定功率為300，整流后的額定直流電壓應(yīng)為24，取2，則蓄電池的容量：</p><p>　　故此，可選用70, 12的兩節(jié)蓄電池串聯(lián)使用。 </p><p>　　3.3 船用風(fēng)力發(fā)電裝置各裝置參數(shù)計(jì)算</p&g

91、t;<p>　　風(fēng)機(jī)要盡量裝在四周無障礙物的高處。簡單地測算系統(tǒng)容量，可參照以下公式：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　式中為系統(tǒng)容量，為用戶平均日用電量，為風(fēng)能利用系數(shù)，為系統(tǒng)效率，為線損率。</p><p>　　船用風(fēng)電系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的配置：</p><p>

92、　　這類系統(tǒng)我們針對的負(fù)載為15盞15節(jié)能燈，1臺70彩電 21臺200升電冰箱120，1臺1000空調(diào)，150錨燈以及其他電器（300），設(shè)，，。</p><p><b>　　最大負(fù)荷為： </b></p><p><b>　　平均日用電量為：</b></p><p>　　按二類地區(qū)的情況計(jì)算：</p>

93、<p><b>　　系統(tǒng)容量： </b></p><p>　　根據(jù)式（3-1）計(jì)算蓄電池容量為：</p><p>　　由此來選擇蓄電池容量,選擇電池100.12V兩節(jié)蓄電池串聯(lián)使用。</p><p>　　根據(jù)式(2-3）計(jì)算發(fā)電機(jī)輸出功率為：</p><p>　　根據(jù)常用的風(fēng)力發(fā)電機(jī)參數(shù)，選擇發(fā)電機(jī)的功率大小為

94、1000W</p><p>　　在本論文中根據(jù)實(shí)際情況和計(jì)算給出了下列技術(shù)指標(biāo):</p><p>　　風(fēng)輪啟動(dòng)風(fēng)速：3.1</p><p><b>　　風(fēng)輪額定風(fēng)速：9</b></p><p><b>　　風(fēng)輪額定轉(zhuǎn)速：50</b></p><p><b>　　風(fēng)輪

95、直徑：3.0</b></p><p>　　發(fā)電機(jī)額定輸出功率：1000W</p><p>　　蓄電池容量：1000</p><p>　　傳動(dòng)裝置傳動(dòng)比：1/50 </p><p>　　額定轉(zhuǎn)速：2500R/min</p><p>　　在實(shí)際中，傳動(dòng)效率，發(fā)電機(jī)效率。風(fēng)力發(fā)電裝置不可能吸收全部的風(fēng)能，吸收的風(fēng)

96、能也不可能全部被利用。 </p><p>　　第四章 船舶風(fēng)力發(fā)電裝置發(fā)展前瞻</p><p>　　截至2008年底，全球海上風(fēng)電場累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到148.52萬千瓦，與2007年相比增加了35.02%。目前，世界上已經(jīng)有十多個(gè)國家具有海上裝機(jī)，包括丹麥、英國、瑞典、德國、愛爾蘭、荷蘭、中國、日本和比利時(shí)等。在世界海上風(fēng)電開始進(jìn)入大規(guī)模開發(fā)階段的背景下，中國海上風(fēng)電場建設(shè)也拉開了序幕。在海

97、上風(fēng)電方面，中國東部沿海的海上可開發(fā)風(fēng)能資源約達(dá)7.5億千瓦，不僅資源潛力巨大且開發(fā)利用市場條件良好。只是由于中國沿海經(jīng)常受到臺風(fēng)影響，建設(shè)條件較國外更為復(fù)雜。</p><p>　　船舶是最貼近海的，你站在船上可以感受到海風(fēng)拂面，這么大的風(fēng)用來發(fā)電完全可以提供船舶上的基本照明供電。船用風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率不需要太大，首先要保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉輪阻力不影響船舶的正常航行，或者在航行時(shí)可以拆了折疊存放。本文設(shè)計(jì)的時(shí)船用風(fēng)力

98、發(fā)電機(jī)時(shí)在船舶停泊狀態(tài)下的發(fā)電機(jī)，以后的設(shè)計(jì)趨勢肯定時(shí)在船舶航行時(shí)也可以進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電。小型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)一樣適用在大型的船舶上，只要增加風(fēng)力發(fā)電機(jī)的機(jī)組臺數(shù)完全可以提供大型船舶的照明系統(tǒng)或者應(yīng)急用電系統(tǒng)。船用風(fēng)力發(fā)電機(jī)的挑選上優(yōu)先選用和船舶發(fā)電機(jī)組配套的發(fā)電機(jī)類型，這樣可以很好的聯(lián)入船舶的電力系統(tǒng)。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　船用風(fēng)力

99、發(fā)電裝置在現(xiàn)在的生活中應(yīng)用的不是很多，只在一些小型的漁船上應(yīng)用了一些小型的風(fēng)力電機(jī)。本次設(shè)計(jì)針對的時(shí)稍大型漁船上可以使用的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，使用了與大多數(shù)漁船相匹配的硅整流發(fā)電機(jī)，經(jīng)過調(diào)壓器的調(diào)壓可以與船舶電力系統(tǒng)聯(lián)通，供給船舶電力系統(tǒng)相當(dāng)容量的電量。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)由于時(shí)間倉促和個(gè)人水平有限，文中還有不完善的地方。如：</p><p>　　1.本次設(shè)計(jì)未完全的提出適用漁船的噸位；

100、</p><p>　　2.由于條件有限，未對設(shè)計(jì)的元件進(jìn)行系統(tǒng)的選型；</p><p>　　3.應(yīng)該對該設(shè)計(jì)進(jìn)行更好的仿真；</p><p>　　4.在船舶航行時(shí)的風(fēng)力裝置的運(yùn)行狀態(tài)未做深入研究。</p><p><b>　　[參考文獻(xiàn)]</b></p><p><b>　　[1] 窗體

101、頂端</b></p><p>　　Martin Junginger. Cost Reduction Prospects for Offshore Wind Farms .WIND ENGINEERING, 2004,28, 28 (1) :97—118 .</p><p><b>　　窗體底端</b></p><p>　　[2] 符

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