三相風力發(fā)電機的控制電路設(shè)計

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【摘要】針對傳統(tǒng)的三相風力發(fā)電系統(tǒng)輸出直流電壓不穩(wěn)定的問題，以小型三項風力發(fā)電機為對象，設(shè)計開發(fā)了一種通過控制轉(zhuǎn)速的可調(diào)穩(wěn)定輸出電壓或功率的電路，通過對該設(shè)計電路的測試，結(jié)果表明控制電路穩(wěn)定可靠。

【關(guān)鍵詞】風力發(fā)電機；控制電路

0引言

近年來，隨著各國對清潔可再生能源的重視，風力發(fā)電在全球范圍內(nèi)迅猛增長，且日益增長的物質(zhì)需求對風力發(fā)電的要求越來越高，電壓輸出的穩(wěn)定性，往往是人們關(guān)注的一個焦點。傳統(tǒng)的三相風力發(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，則會造成設(shè)備電池的損壞，嚴重影響電池的使用壽命。為了解決上述問題，設(shè)計了一種可調(diào)穩(wěn)定輸出電壓的風力發(fā)電電路。針對傳統(tǒng)的三相風力發(fā)電系統(tǒng)輸出直流電壓不穩(wěn)定的問題，設(shè)計開發(fā)了一種通過控制轉(zhuǎn)速達到穩(wěn)定電壓輸出的電路

1風力發(fā)電機控制電路

風力發(fā)電機是根據(jù)電磁感應(yīng)定律將風能轉(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，這就要通過整流電路將交流電轉(zhuǎn)化為直流電，同時為了保護鋰電池不被損壞并延長其風力發(fā)電機是根據(jù)電磁感應(yīng)定律將風能轉(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)定的電壓和電流來保護鋰電池不被損壞，并延長其使用壽命，所以要通過控制發(fā)電機的轉(zhuǎn)速以固定的電壓和電流值輸出。

2風力發(fā)電機的電路原理設(shè)計控制電路的原理

D3-D8是整流二極管組成全橋整流電路，實現(xiàn)交直流轉(zhuǎn)化，風力發(fā)電機輸出三相交流電，在三相交流電的正半周D3，D4，D5（導通，D6，D7，D8截止，在后端網(wǎng)絡(luò)上得到一半波形整流電壓，在三相交流電的負半周，D3、D4、D5截止，D6，D7，D8導通，在后端網(wǎng)絡(luò)上得到另一半波形整流電壓，這樣就得到一個與全波整流相同的電壓波形。D2IN4742是穩(wěn)壓管，保護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體器件。在這臨界擊穿點上，反向電阻降低到一個很小的數(shù)值，在這個低阻區(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，如果風力過小，導致電流回流，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。當風力發(fā)電機輸出經(jīng)整流后電壓小于設(shè)置電壓時Q2截止Q3導通，NE555輸出低電平，使得Q1截止可以將風力發(fā)電機交流電經(jīng)整形為直流，在經(jīng)過DC/DC輸入到鋰電池；當風力發(fā)電機輸出整流后電壓大于設(shè)定電壓此時Q2會導通，而Q3截止使得NE555輸出方波，控制Q1的導通和關(guān)斷，形成短路達到風力發(fā)電機降速旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)過壓保護功能，從而降低風力發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，保護鋰電池，增加其使用壽命。本電路設(shè)置輸出電壓為18V輸出。NE555為8腳時基集成電路，它的操作電源范圍極大，可圖1風力發(fā)電機工作過程壽命，通過控制電路以輸出穩(wěn)定的電壓和電流值，進而實現(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，且計時精確度高、溫度穩(wěn)定度佳，價格便宜。

3數(shù)據(jù)分析

我們以風信子P-300為研究對象，控制電路設(shè)置輸出電壓為18V，當風速從3M/s到18M/s時.當風速為3M/s時發(fā)電機開始轉(zhuǎn)動，在12.5M/s的時候達到額定功率300W，具體功率曲線如圖4所示；再將風力發(fā)電機接入圖2所示的風力發(fā)電機控制電路中，設(shè)置輸出功率為30W，當風速從3M/s到18M/s時

4結(jié)論

與傳統(tǒng)的三相風力發(fā)電機相比較，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)長期實際應(yīng)用穩(wěn)定可靠。

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作者:張雄 劉斌 高瑞 韋強 王簫揚 單位:延安大學物理與電子信息學院