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【摘要】針對(duì)傳統(tǒng)的三相風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輸出直流電壓不穩(wěn)定的問(wèn)題,以小型三項(xiàng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)為對(duì)象,設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種通過(guò)控制轉(zhuǎn)速的可調(diào)穩(wěn)定輸出電壓或功率的電路,通過(guò)對(duì)該設(shè)計(jì)電路的測(cè)試,結(jié)果表明控制電路穩(wěn)定可靠。
【關(guān)鍵詞】風(fēng)力發(fā)電機(jī);控制電路
0引言
近年來(lái),隨著各國(guó)對(duì)清潔可再生能源的重視,風(fēng)力發(fā)電在全球范圍內(nèi)迅猛增長(zhǎng),且日益增長(zhǎng)的物質(zhì)需求對(duì)風(fēng)力發(fā)電的要求越來(lái)越高,電壓輸出的穩(wěn)定性,往往是人們關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)。傳統(tǒng)的三相風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)橋式整流電路,輸出直流電壓不穩(wěn)定,若給便攜式設(shè)備充電,則會(huì)造成設(shè)備電池的損壞,嚴(yán)重影響電池的使用壽命。為了解決上述問(wèn)題,設(shè)計(jì)了一種可調(diào)穩(wěn)定輸出電壓的風(fēng)力發(fā)電電路。針對(duì)傳統(tǒng)的三相風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輸出直流電壓不穩(wěn)定的問(wèn)題,設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種通過(guò)控制轉(zhuǎn)速達(dá)到穩(wěn)定電壓輸出的電路
1風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制電路
風(fēng)力發(fā)電機(jī)是根據(jù)電磁感應(yīng)定律將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置,輸出的電能為交流電,而鋰電池充電需要直流電,這就要通過(guò)整流電路將交流電轉(zhuǎn)化為直流電,同時(shí)為了保護(hù)鋰電池不被損壞并延長(zhǎng)其風(fēng)力發(fā)電機(jī)是根據(jù)電磁感應(yīng)定律將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置,電能主要是交流電,而鋰電池充電需要直流電,因此首先需要將交流電轉(zhuǎn)化為直流電。又由于鋰電池充電需要匹配穩(wěn)定的電壓和電流來(lái)保護(hù)鋰電池不被損壞,并延長(zhǎng)其使用壽命,所以要通過(guò)控制發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速以固定的電壓和電流值輸出。
2風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電路原理設(shè)計(jì)控制電路的原理
D3-D8是整流二極管組成全橋整流電路,實(shí)現(xiàn)交直流轉(zhuǎn)化,風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出三相交流電,在三相交流電的正半周D3,D4,D5(導(dǎo)通,D6,D7,D8截止,在后端網(wǎng)絡(luò)上得到一半波形整流電壓,在三相交流電的負(fù)半周,D3、D4、D5截止,D6,D7,D8導(dǎo)通,在后端網(wǎng)絡(luò)上得到另一半波形整流電壓,這樣就得到一個(gè)與全波整流相同的電壓波形。D2IN4742是穩(wěn)壓管,保護(hù)NE555正常供電,此二極管是一種直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的半導(dǎo)體器件。在這臨界擊穿點(diǎn)上,反向電阻降低到一個(gè)很小的數(shù)值,在這個(gè)低阻區(qū)中電流增加而電壓則保持恒定。D2.D10是防止電流回流提高電路可靠性,如果風(fēng)力過(guò)小,導(dǎo)致電流回流,燒毀電路,造成不安全的隱患,VR1調(diào)節(jié)設(shè)置輸出電壓,可滿足多種電壓的調(diào)節(jié),適用于多種設(shè)備的充電。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出經(jīng)整流后電壓小于設(shè)置電壓時(shí)Q2截止Q3導(dǎo)通,NE555輸出低電平,使得Q1截止可以將風(fēng)力發(fā)電機(jī)交流電經(jīng)整形為直流,在經(jīng)過(guò)DC/DC輸入到鋰電池;當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出整流后電壓大于設(shè)定電壓此時(shí)Q2會(huì)導(dǎo)通,而Q3截止使得NE555輸出方波,控制Q1的導(dǎo)通和關(guān)斷,形成短路達(dá)到風(fēng)力發(fā)電機(jī)降速旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)壓保護(hù)功能,從而降低風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速,保護(hù)鋰電池,增加其使用壽命。本電路設(shè)置輸出電壓為18V輸出。NE555為8腳時(shí)基集成電路,它的操作電源范圍極大,可圖1風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作過(guò)程壽命,通過(guò)控制電路以輸出穩(wěn)定的電壓和電流值,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)匹配給鋰電池穩(wěn)定的電壓和電流。與TTL,CMOS等邏輯電路配合,也就是它的輸出電平及輸入觸發(fā)電平,均能與這些系列邏輯電路的高、低電平匹配,且計(jì)時(shí)精確度高、溫度穩(wěn)定度佳,價(jià)格便宜。
3數(shù)據(jù)分析
我們以風(fēng)信子P-300為研究對(duì)象,控制電路設(shè)置輸出電壓為18V,當(dāng)風(fēng)速?gòu)?M/s到18M/s時(shí).當(dāng)風(fēng)速為3M/s時(shí)發(fā)電機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng),在12.5M/s的時(shí)候達(dá)到額定功率300W,具體功率曲線如圖4所示;再將風(fēng)力發(fā)電機(jī)接入圖2所示的風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制電路中,設(shè)置輸出功率為30W,當(dāng)風(fēng)速?gòu)?M/s到18M/s時(shí)
4結(jié)論
與傳統(tǒng)的三相風(fēng)力發(fā)電機(jī)相比較,該系統(tǒng)電路可恒定的輸出電壓和功率,電壓和功率都具有可選性,適用于便攜式設(shè)備充電,可增長(zhǎng)電池的使用壽命。該電路已被證明能夠穩(wěn)定的工作,經(jīng)長(zhǎng)期實(shí)際應(yīng)用穩(wěn)定可靠。
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作者:張雄 劉斌 高瑞 韋強(qiáng) 王簫揚(yáng) 單位:延安大學(xué)物理與電子信息學(xué)院