小型风力发电机控制器方案Word文档格式.docx
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2.1
风力发电系统构成.....................................................................................................
2.2
风电系统的运转特色................................................................................................
2.3
电能变换单元和控制单元.........................................................................................
3
整流器..............................................................................................................
2.3.2DC/DC变换器.................................................................................................
4
2.4
锂电池.........................................................................................................................
锂电池的介绍..................................................................................................
锂电池的种类..................................................................................................
5
锂电池的充电方法..........................................................................................
三小型风力发电机控制器的设计..........................................................................................
6
3.1
电机的选择.................................................................................................................
手摇发电机......................................................................................................
电机特征曲线..................................................................................................
8
3.2
单片机(单片机STC12C5A60S2).......................................................................
10
产品介绍......................................................................................................
单片机STC12C5A60S2的特色...................................................................
四流程图和电路图................................................................................................................
13
4.1流程图和控制原理图................................................................................................
4.2
显示屏.......................................................................................................................
17
4.3
锂电池选择...............................................................................................................
19
4.4
检测电路...................................................................................................................
20
电压检测........................................................................................................
电流检测........................................................................................................
21
五调试
....................................................................................................................................
六结语23
跟着现代工业的发展和社会的进步,人们对供电连续性和供电量的要求也愈来愈
高。
而煤炭、石油的日益减少,开发新能源成为此刻社会最热点的话题之一。
风能作为一种自然资源,它有取之不尽、洁净无污染等长处,所以被人们称为“绿色资源”遇到喜爱。
利用可重生能源能够节俭能源和保护环境,而风力发电与其余重生能源对比,更具竞争潜力,因此发展快速。
我国的风能资源十分丰富,目前已经探明的风能储量约为3226GW,此中可利用风
能约为253GW,主要散布在西北、华北和东北的草原和沙漠以及东部和东南沿海及岛
屿上。
据统计,截止到2006年末,我国大陆地域已建成并网型风电场91座,累计运
行风力发电机组3311台,总容量达259.9万kW。
已经建成并网发电的风场主要散布
在新疆、内蒙、广东、浙江、辽宁等16个省区。
依据电监会宣布的数据,截止2006年
底,中国发电装机容量达到62200万kW,风力发电占全国总装机容量的0.42%。
和火力发电对比,风力发电还拥有以下明显的长处:
①风能是一种可重生的干净能源,它既不用耗自然资源,也不污染环境,这是火力发电所没法比较的。
②风力发电系统的建设周期要比火力发电系统短,并且投入的资本也要少得多。
③因为现代高科技技术得融入,使得风力发电的靠谱性获得明显提升。
大中型风力发电机组的靠谱性从80年月的50%提升到98%,已经高于火力发电,并且机组寿命可达20年以上。
④与火力发电对比,风力发电机组建设的占地面积要远远小于火力发电,并且风力发电既能够并网运转,也能够和其余能源,如柴油发电、太阳能发电、水力发电构成互补系统。
还能够独立运转。
关于解决边远无电或供电困难地域的用电问题供给了现实的可行性。
由以上所述能够看出,风力发电对我国的经济发展有着巨大的意义。
作者希望经过
对小型风力发电机及其有关控制技术的研究,来改良和完美风力发电技术,为风力发电技术的发展提出一些创建性的想法。
二小型风力发电系统原理
2.1风力发电系统构成
一般的独立式小型风力发电系统由风力发电机、控制系统、整流电路、斩波电路、
蓄电池充放电控制电路、蓄电池及其用电设施构成(见图2.1),此中整流电路和斩波电路也能够合称为电能变换单元电路,它实现了将风能变换为电能和变换为能够使用的电能的整个过程。
利用风力带动发电机发电,将发出的电能储存在蓄电池中,在需要使用的时候再把储存的电能开释出来。
控制系统
风力发
整流AC/DC斩波AC/DC直流负载
电机
充电器
蓄电池组
图2.1小型风力发电系统结构表示图
2.2风电系统的运转特色
关于独立运转的小型风力发电系统,它的工作状况主要由风速、蓄电池状态和负载
状况决定,发电机输出的能量要与负载目前耗费的能量以及蓄电池所能储藏的能量总和
般配。
系统运转状态的剖析如表2.1所示:
表2.1风电系统运转模式
状态能否存在
风机状态
蓄电池状态
负载状态
发电
不发电
充电
放电
有电
无电
NO
YES(状态1)
YES(状态2)
YES(状态3)
YES(状态4)
状态说明:
状态1:
风机不发电,由蓄电池独自为负载供电;
状态2:
风机发电,由风机和蓄电池一起为负载供电;
状态3:
风机发电,为蓄电池充电,风机和蓄电池都没有为负载供电;
状态4:
风机发电,为蓄电池充电的同时也为负载供电。
由以上状态剖析能够看出,风力发电系一致般都是在以上四种状态下工作的,跟着
外界环境的变化,如风速、风向的不一样,还有负载工作状况的变化,整个风力发电系统
是在四种状态间切换工作的。
当因为环境风速低于风力机的启动风速,而使风力发电机没法发电时,则要由蓄电
池为负载供电,这就是第一种工作状态;
当风速足够大,风力发电机能够发电,且蓄电
池不需要充电时,则能够由风力机和蓄电池一起为负载供电,若负载较小时,也可由风
力发电机独自为负载供电,这就是第二种工作状态;
当风速不是很大,且蓄电池亏电较
为严重时,为了保护蓄电池,则需要停止为负载供电,而风力发电机只为蓄电池充电,
这就是第三种工作状态;
与第三种状态近似,当蓄电池亏电严重,而风速较大时,风力
发电机发出的电能许多,除了知足为蓄电池充电外,还能够为负载供电,这就是第四种
工作状态。
2.3电能变换单元和控制单元
2.3.1整流器
在发电系统中,整流模块是特别重要的一个环节。
发电机发出的沟通电能一定经过整流模块,整形成直流电能,才能向蓄电池充电,或给后接负载供电。
依据发电系统的容量不一样,整流器可分为可控整流器和不行控整流器两种,可控型整流器主要用在大功率的发电系统中,能够战胜因为电感过大惹起的体积大、功耗大等弊端;
不行控型整流器主要用在功率较小的发电系统中,其特色是体积小、成本较低。
可控型整流器如图2.2所示,其使用的是全控或半控型的功率开关管,如门极可关断晶体管GTO、功率MOSFET或门极绝缘双极性晶体管GTR等。
图2.2可控整流桥式电路
不行控整流器如图2.3所示,其使用的是不行控型的功率开关管,如大功率二极管,该电路拥有结构简单、功耗低、成本低等长处,广泛应用在中、小功率发电系统中。
图2.3不行控整流桥式电路
2.3.2DC/DC变换器
DC/DC变换器是使用半导体开关器件,经过控制器件的导通和关断时间,再配合
电感、电容或高频变压器等以连续改变和控制输出直流电压的变换电路。
一般状况下,直-直变换器分为直接变换和间接变换两种,直接变换没有变压器的
介入,直接进行直流电压的变化,这类电路也称为非隔绝型的DC/DC变换器(斩波电
路);
间接变换则是先将直流电压变换为沟通电压,经变压器变换后再变换为直流电压,
此种直-交-直电路也称为隔绝型DC/DC变换器。
最近几年来,跟着高频化、软开关和三电平技术的不停发展,DC/DC变换器向着体积
更小、重量更轻、效率更高的方向发展,可供风力发电系统使用的DC/DC变换器种类
也不停增添。
在风力发电系统中使用的DC/DC变换器拥有以下特色:
①与传统的DC/DC变换器对比,在风力发电系统中使用的DC/DC变换器除了
拥有电压变换的作用外,还要实现最大功率点追踪(MPPT—MaximumPowerPointTracking)功能。
(又可称为最大功率输出控制)
②在闭环控制的系统的中,DC/DC变换器的反应信号常为其输出电压,而在风电
系统中,为了实现风力发电机的最大功率输出控制,就需要采纳相应的MPPT算法,
所以,DC/DC的反应信号就不仅仅限于输出电压了,还可能使用变换器的输入电压、
输出电流或输出功率等作为反应参数。
③传统的DC/DC变换器多为专用芯片供给控制信号,其控制比较简单;
而在风
电系统中,因为要实现MPPT功能,所以需要使用单片机或DSP,采纳PWM控制
方式来调理功率开关管来实现系统功能。
2.4锂电池
2.4.1锂电池的介绍
在数码产品中,不论是从技术角度评估仍是从价钱方面的考虑,电池都据有十分重
要的地位。
时价今天,市场上正在销售的数码产品中,所使用的电池已经基本达成了从
镍电池到锂电池的过渡。
或许是因为电池刚才达成了一次镍电池到锂电池的革命,所以
人们对锂电池的认识其实不一致,在很多状况下不正确的说法和做法很是流行。
所以,懂
得一点锂电池的知识,掌握锂电池的正确使用方法是特别有必需的。
2.4.2锂电池的种类
目前市道上所使用的二次电池主要有镍氢(Ni-MH)与锂离子(Li-ion)两种种类。
锂离子电池中已经量产的有液体锂离子电池(LiB)和聚合物锂离子电池(LiP)两种。
所以在很多状况下,电池上标明了Li-ion的,必定是锂离子电池。
但不必定就是液体锂离子电池,也有可能是聚合物锂离子电池。
锂离子电池是锂电池的改良型产品。
锂电池很早从前就有了,但锂是一种高度活跃的金
属,它使用时不太安全,常常会在充电时出现焚烧、爆裂的状况,以后就有了改良型的
锂离子电池,加入了能克制锂元素活跃的成份(比方钴、锰等等)进而使锂电真实达到
了安全、高效、方便,而老的锂电池也随之基本上裁减了。
至于怎样划分它们,从电池
的表记上就能辨别,锂电池为Li、锂离子电池为Li-ion。
此刻,笔录本和手机使用的所
谓“锂电池”,其实都是锂离子电池。
现代电池的基本结构包含正极、负极与电解质三项因素。
作为电池的一种,锂离子电池相同拥有这三个因素。
一般锂离子技术使用液体或无机胶体电解液,所以需要牢固的外壳来容纳可燃的活性成分,这就增添了电池的重量和成本,也限制了尺寸大小和造型的灵巧性。
2.4.3锂电池的充电方法
阶段1:
小电流预充
先用50mA小电流对电池预充。
当电池电压>
=2.5V时转到下一阶段。
阶段2:
恒流充
用500mA恒定电流对电池快速充电。
=4.2V时转到下一阶段。
阶段3:
恒压充
渐渐减少充电电流,保证电池电压恒定=4.2V
当充电电流<
=50mA时,停止充电
阶段4:
涓流充
充电结束后,为保持电池电压,进行小电流脉冲充电。
因为锂电池的自放电较稍微,故该阶段可省略。
如图2.4所示。
图2.4锂电池充电过程曲线
三小型风力发电机控制器的设计
3.1电机的选择
3.1.1手摇发电机
发电机是由线圈作为转子,磁铁作为定子,形成稳固磁场。
手摇使线圈在磁场中连
续转动切割磁场,发生电磁感觉现象,产生电流。
定子由机座.定子铁芯、线包绕组、以
及固定这些部分的其余结构件构成。
线圈作为转子,磁铁作为定子,形成稳固磁场。
手
摇使线圈在磁场中连续转动切割磁场,发生电磁感觉现象,产生电流。
其原理图如图3.1
所示。
图3.1发电机原理图
本设计采纳的是拆机日产直流减速电机,额定功率10W,最大电流500mA。
合适
电压:
6V-24V,转速:
32-130转/分钟,重量:
200克。
直流减速电机,即齿轮减速电机,是在一般直流电机的基础上,加上配套齿轮减速箱。
齿轮减速箱的作用是,供给较低的转速,较大的力矩。
同时,齿轮箱不一样的减速比能够供给不一样的转速和力矩。
这大大提升了,直流电机在自动化行业中的使用率。
减速电机是指减速机和电机(马达)的集成体。
这类集成体往常也可称为齿轮马达或齿轮电机。
往常由专业的减速机生产厂进行集成组装好后成套供货。
减速电机宽泛应用于钢铁
行业、机械行业等。
使用减速电机的长处是简化设计、节俭空间。
直流减速电机在机电行业是比较常有的微型减速电机,可是关于减速电机的性能和
资料认识应当不太多并且厂家怎样选择资料的等比较专业的知识不是一两天能理解的,
主要从:
考虑磁场性质,考虑各样齿轮减速电机对冲片死心磁导率的方向性和均匀性冷轧,考虑减速电机死心工作磁密高低,考虑死心消耗大小等几个方面下手,可是关于外国的高技术含量的减速机对资料结构设计上的选择,认识还不深,所以以上都是国产直流减速电机的一些知识。
图3.2发电机实物图
3.1.2电机特征曲线
一、转速特征曲线:
电动机的转速特征是在描述电动机转速为n与电枢电流Ia的关
系,一般将电动机输入额定的电压,同时调整激滋电流及负载,使电动机在满载情况下,
保持激滋电流及端电压不变下,渐渐调速负载,以过到额定转速的曲线,经电枢电流Ia为横座标,转速n为纵座标所描述出的曲线称为转速特征曲线。
图3.3转速特征曲线
二、转矩特征曲线:
电动机的转矩特征曲线是在描述电动机的转矩T与电枢电流Ia
的关系,一般将电动机的端电压与磁场电流保持在定值,渐渐调整负载,以电枢电流Ia
为横座标,转矩T为纵座标所描述出的曲线称为转矩特征曲线。
其转矩特征曲线和变换
电路如图3.4和图3.5所示。
图3.4转矩特征曲线
图3.5发电电压变换电路
3.2单片机(单片机STC12C5A60S2)
产品介绍
在众多的51系列单片机中,要算国内STC企业的1T增强系列更拥有竞争力,因
他不仅和8051指令、管脚完好兼容,并且其片内的拥有大容量程序储存器且是FLASH工艺的,如STC12C5A60S2单片机内部就自带高达60KFLASHROM,这类工艺的储存
器用户能够用电的方式瞬时擦除、改写。
并且STC系列单片机支持串口程序烧写。
不言而喻,这类单片机对开发设施的要求很低,开发时间也大大缩短。
写入单片机内的程
序还能够进行加密,这又很好地保护了你的劳动成就。
重要的一点STC12C5A60S2目前的售价与传统51差不多,市场供给也很充分。
是一款高性价比的单片机。
STC12C5A60S2/AD/PWM系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机,是高速/低功耗/超强抗扰乱的新一代8051单片机,指令代码完好兼容传统8051,但速度快8-12倍。
内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D变换(250K/S),针对电机控制,强扰乱场合。
3.2.2单片机STC12C5A60S2的特色
1.增强型8051CPU,1T,单时钟/机器周期,指令代码完好兼容传统8051;
2.工作电压:
STC12C5A60S2系列工作电压:
5.5V-3.3V(5V单片机)STC12LE5A60S2
系列工作电压:
3.6V-2.2V(3V单片机);
3.工作频次范围:
0-35MHz,相当于一般8051的0~420MHz;
4.用户应用程序空间8K/16K/20K/32K/40K/48K/52K/60K
- 配套讲稿:
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