2KW家用垂直軸風力發(fā)電機的設計【14張CAD圖紙+畢業(yè)論文+開題報告+任務書+外文翻譯】

2KW家用垂直軸風力發(fā)電機的設計58頁 16000字數(shù)+論文說明書+任務書+14張CAD圖紙【詳情如下】A0變向器裝配圖.dwgA0小型風力發(fā)電機總裝圖.dwgA0整體裝配圖.dwgA3主動軸.dwgA3從動軸.dwgA3葉片.dwgA3架子.dwgA3軸.dwgA3軸轂.dwg任務書.doc外文翻譯-小型風力發(fā)電機入門.doc小型風力發(fā)電機組動力結構設計開題報告.doc所有圖的綜合-14張圖紙.dwg零件圖6張.dwg2KW家用垂直軸風力發(fā)電機的設計論文.doc摘  要能源危機是我們面對的最大挑戰(zhàn)之一，風力發(fā)電是具有大規(guī)模發(fā)展?jié)摿Φ目稍偕茉矗谶h期有可能成為世界重要的替代能源。盡管水平軸風力機是目前應用最廣的一種風力發(fā)電機，但垂直軸風力機有著優(yōu)越的性能，并越來越被人們所重視。垂直軸風力機具有比水平軸風力發(fā)電機更好的商業(yè)開發(fā)價值，應用領域十分寬廣。闡述了垂直軸風力機的發(fā)展歷史及基本現(xiàn)狀，從各方面比較了水平軸風力機以及垂直軸風力機，得出垂直軸風力機在各方面的優(yōu)勢，并介紹了達里厄風力機的改進型式。論證了垂直軸風力機的整體方案，確定了風力機固定攻角及可變攻角兩種方案的運行方式。由于風力發(fā)電裝置所需的發(fā)電機未形成標準和系列，無法選型，因此自主設計了50kW發(fā)電機。最后詳細設計了垂直軸風力機的機械本體，確定了風力機各部分結構的最終數(shù)據(jù)，經校核驗證垂直軸風力發(fā)電機的性能滿足設計要求。關鍵詞：風能；垂直軸；風力發(fā)電機 ABSTRACTThe energy crisis is one of the biggest challenge that we have ever faced. Wind electric power generating, which is a reproducible resource that have large-scale development potential, will be an important alternative energy in the future. Although the horizontal axis wind turbine is used widely, the vertical axis wind turbine has attracted the notice of us because of the extraordinary performance of it. Having much more commercial value than the horizontal axis wind turbine, the vertical axis wind turbine can be used in many areas.This issue introduces the basic situation and phylogeny of the vertical axis wind turbine, shows us the advantages in many aspects by comparing with the horizontal axis wind turbine, and introduces the improved version of the Darrieus. The design program of the vertical axis wind turbine has been demonstrated, and the running modes of fixed angle and variable angle are designed either. Since the power generator of the wind turbine can not be available because of no standards or series are formed, so one 50kW power generator is designed in special. All the mechanisms of the vertical axis wind turbine have been designed in detail, and all the dimensions of the components are chosen either. It can be proved that the vertical axis wind turbine can meet the demands perfectly after being checked.Key words: wind energy; vertical axis; wind turbines目  錄第1章 緒論11.1 前言11.2 世界及我國風力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀11.3 國內外風力機研究現(xiàn)狀31.3.1 風力機的造型31.3.2 水平軸風力機31.3.3 垂直軸風力機31.4 垂直軸達里厄型風力機41.4.1 達里厄風力機的發(fā)展歷史51.4.2 達里厄風力機與水平軸螺旋槳風力機的比較61.4.3 達里厄風力機的改進71.5 設計選題目的及意義81.6 設計的主要內容及具體要求8第2章 總體方案的論證設計92.1 總體結構布局的初步確定92.2 風力機運行方式的設計92.2.1 固定攻角風力機的設計102.2.2 可變攻角風力機的設計112.3 本章小結15第3章 電機的設計163.1 電磁設計的依據(jù)和任務163.2 主要尺寸和極數(shù)的選擇163.2.1 主要尺寸的確定163.2.2 極弧系數(shù) 與電磁負載 及 的選擇183.2.3 極數(shù)的選擇203.3 電樞設計203.3.1 電樞繞組、槽數(shù)和槽型203.3.2 換向器的主要尺寸與電刷的選擇223.4 磁路計算233.4.1 直流電機的磁路與主極漏磁系數(shù)233.4.2 氣隙243.4.3 電樞齒部243.4.4 主極243.4.5 定子軛部253.5 電機軸的設計263.6 本章小結26第4章 機械本體設計及校核274.1 聯(lián)軸器的選取274.2 制動器的選取274.3 支承軸及其附件的設計校核284.3.1 支承軸最小直徑的確定284.3.2 支承軸的校核294.3.3 支承軸上鍵的校核324.3.4 深溝球軸承的校核334.3.5 推力球軸承的的校核344.4 旋轉支撐筒的設計及校核344.5 等速同向傳遞機構的設計及校核354.5.1 軸的設計354.5.2 齒輪的設計校核404.5.3 軸承的選擇424.6 橫桿的設計及校核434.6.1 橫桿部分數(shù)據(jù)的確定434.6.2 下橫桿的受力分析444.7 橫桿與法蘭連接處螺栓的選取及校核464.8 葉片與橫桿連接處的設計校核474.8.1 連接軸的設計校核474.8.2 校核連接板的拉伸強度484.8.3 軸承的選擇及校核484.9 本章小結49結論50參考文獻51致謝53第1章 緒論1.1 前言穩(wěn)定、可靠、清潔的能源供應是人類文明、經濟發(fā)展和社會進步的保障。煤炭、石油、天然氣等化石能源支持了19世紀和20世紀近200年人類文明的進步和發(fā)展。然而，化石燃料的大量消耗，不僅讓人類面臨資源枯竭的壓力，同時也感覺到了環(huán)境惡化的威脅。2l世紀是科技、經濟和社會快速發(fā)展的世紀，也將是從化石燃料時代向具有持續(xù)利用能力的可再生能源時代過渡，逐步開創(chuàng)一個人類擺脫化石燃料桎梏的能源新時代的世紀。風能是可再生能源中發(fā)展最快的清潔能源，也是最具有大規(guī)模開發(fā)的商業(yè)化發(fā)展前景的可再生能源。積極發(fā)展可再生能源，對增加能源供應，調整能源結構，緩解環(huán)境污染，保障能源安全，促進經濟發(fā)展，建設和諧社會都起到重要作用。風力發(fā)電是近期內技術成熟，在遠期有可能成為世界重要的替代能源。據(jù)專家們的估計，地球上所收到的太陽輻射能大約有2%轉換成風能，風力發(fā)電可以有效利用的風速范圍為 ，最適宜的風速范圍是 ，地球上蘊有風能約為2.74萬億kW，可利用的風能約為200億kW，裝機容量可達10TW，每年可發(fā)出電力 。地球上的風能資源是地球上水能資源的10倍，已經利用的不足千分之一10。在技術上全球風能資源是整個世界預期電力需求的2倍，也就是說，只要利用地球上50%的風能資源就能滿足全球能源。1.2 世界及我國風力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀由于歐美國家風能資源豐富，工業(yè)技術水平高，這些國家在風力發(fā)電領域占絕對優(yōu)勢。目前世界上裝機容量最大的國家是美國，其次是德國、丹麥、印度。它們的單機容量已達 。美國、德國、等許多國家都把風力發(fā)電視為最大的補充能源。目前世界最大的風力發(fā)電機是德國制造，高達120m，風機直徑可達126m，每個葉片長61.5m，每片重18t，裝機功率可達5MW23。預計到2050年風力發(fā)電要占上述國家全國發(fā)電量的 。專家預測，到2010年，全世界風力發(fā)電機組裝機容量將突破1.2億kW。4.9 本章小結本章設計并校核了主要機械本體結構。選取了聯(lián)軸器及制動器，設計校核了支承軸及其附件，如軸承壽命、鍵的校核等，分析了橫桿的受力以及橫桿與法蘭連接處螺栓的受力，設計并校核了葉片與橫桿連接處軸及其附件，保證結構參數(shù)的合理性。 結  論緒論中首先比較了水平軸及垂直軸風力機，從比較中可以得出：相對于傳統(tǒng)的水平軸風力機，垂直軸風力機具有設計方法先進、力學性能好，結構簡單，成本低，具有更加廣闊的市場前景。在之后的設計中，主要完成了以下幾方面的工作：1、進行了50kW垂直軸風力機整體結構的構思設計，并擬定了兩種攻角方案，即固定攻角和可變攻角型式方案，固定攻角方案為傳統(tǒng)型達里厄風力發(fā)電機，可變攻角方案為直葉片垂直軸風力機，葉片傾角的變化通過五桿機構獲得。2、按照進度安排，擬定直流發(fā)電機作為風力發(fā)電裝置所用的電機并對其進行了初步的設計，確定了發(fā)電機主要結構參數(shù)。3、最后對垂直軸風力機的機械本體進行了詳細的設計及校核，確定最終各部件的詳細尺寸，設計之中與Auto CAD及Autodesk Inventor作圖軟件相互配合，對風力機的結構進行了詳細的二維圖繪制，并繪制出風力機的三維效果圖。雖然查閱了大量的文獻資料，并且結合實踐經驗進行了精確的理論分析，設計出的垂直軸風力機達到了設計的要求，但是仍有不足和需要完善的地方，具體如下：1、相對于傳統(tǒng)的達里厄風力機，設計的風力機仍沒有舍棄風向舵，結構上仍比較復雜。2、由于結構上的復雜，不可避免地增加了成本，經濟性有所降低。參考文獻1楊恩霞.機械設計M.哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社，2006.2鄭文緯，吳克堅.機械原理M.北京：高等教育出版社，1997.3機械設計手冊編委會.機械設計手冊新版第5卷M.機械工業(yè)出版社，2004.4陸玉，何在洲.機械設計課程設計M.北京：機械工業(yè)出版社，2005.5楊欣欣，許國玉.畫法幾何及工程制圖M.哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社，2000.6孫玉芹，孟兆新.機械精度設計基礎M.北京：科學出版社，2003.7哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研室.理論力學（ ）M.北京：高等教育出版社，2002.8沈鴻.電機工程手冊第4卷M.北京：機械工業(yè)出版社，1982：21-1，21-143.9周明橫.離合器、制動器選用手冊M.北京：化學工業(yè)出版社，2003：309-310.10田海姣，王鐵龍.垂直軸風力發(fā)電機發(fā)展概述J.應用能源技術，2006，（11）：22-26.11嚴強，蔣超奇.垂直軸風力發(fā)電機的發(fā)展趨勢和應用J.上海電力,2007，（2）：166-167.12于紅英，唐德威，王建宇.平面五桿機構運動學和動力學特性分析J.哈爾濱工業(yè)大學學報，2007，39（6），940-943.13熊禮儉.風力發(fā)電新技術與發(fā)電工程設計、運行、維護及標準規(guī)范實用手冊M.北京：中國科技文化出版社，2006.14D.勒古里雷斯.風力機的理論與設計M.北京：機械工業(yè)出版社，1987.15郭新生.風能利用技術M.北京：化學工業(yè)出版社，2007.16Tony Burton.風能技術M.北京：科學出版社，2007.17蘇紹禹.風力發(fā)電機設計與運行維護M.北京：中國電力出版社，2003.18張國銘.論兆瓦級垂直軸風力發(fā)電機的合理性J.風力發(fā)電,2001，（4）：55-61.19趙繼華.旋流式立軸風力機運行原理及特性J.可再生能源,2002，（4）：32-33.20鄧興勇，陳云程.風力發(fā)電機葉輪的數(shù)值優(yōu)化設計法J.工程熱物理學報，1999，20(1)：45-48.21張壬龍.對我國自行研制大型風力發(fā)電機組的一些看法J.水里電力施工機械，1995，17（3）：9-12.22楊磊.淺析風力發(fā)電可持續(xù)發(fā)展J.應用能源技術，2007，（9）：33-34.23李德孚.我國小型風力發(fā)電行業(yè)2006年發(fā)展概況及建議J.可再生能源，2007，25（4）：2-5.24D. P. Coiro，F(xiàn). Nicolosi，A. De Marco，S. Melone, F. Montella. Dynamic Behavior of Novel Vertical Axis Tidal Current Turbine: Numerical and Experimental InvestigationsJ.International Offshore and Polar Engineering Conference，2005，（15）：469-476.25李學剛，黃永強，張淑卿.平面五桿機構連桿曲線規(guī)律J.河北：河北理工大學學報，2007，29（3）：54-63.26歐貴寶，朱加銘，齊汝璠.材料力學M.哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社，1997.致  謝經過近四個月忙碌和工作，本次畢業(yè)設計終于完成，在設計中得到了導師的督促指導，以及一起學習生活的同學們的支持，所有的成果都離不開老師和同學們的幫助。首先感謝我的導師楊副教授，從選題、開題答辯到CAD繪制裝配圖、零件圖，完成說明書，期間每一過程都得到楊副教授的悉心指導，楊老師每周安排見面會，兢兢業(yè)業(yè)，身體力行地為我們排憂解難，不僅治學嚴謹而且為人師表，堪稱良師益友，教給我們的不僅是知識還有待人處世的積極態(tài)度，在此再次表示衷心的感謝及崇高的敬意。感謝大學四年來所有的老師，尤其機電學院所有的老師，為我們打下了堅實的機械專業(yè)知識的基礎；同時還要感謝寢室及所有的同學們，正是因為有了你們的支持和鼓勵，此次畢業(yè)設計才會順利完成。最后再一次向在百忙之中抽時間對本設計進行審閱、評議及論文答辯的各位老師表示感謝，再一次向在我畢業(yè)設計期間所有做出無私幫助和支持的人表示最誠摯的謝意。 摘 要 能源危機是我們面對的最大挑戰(zhàn) 之一 ，風力發(fā)電是具有大規(guī)模發(fā)展?jié)摿Φ目稍偕茉?，在遠期有可能成為世界重要的替代能源。 盡管 水平軸風力機是目前應用最廣的一種風力發(fā)電機， 但 垂直軸風力 機 有著優(yōu)越的性能，并越來越被人們所重視。垂直軸風力機具有比水平軸風力發(fā)電機更好的商業(yè)開發(fā)價值，應用領域十分寬廣。 闡述了 垂直軸風力機的 發(fā)展歷史及 基本現(xiàn)狀， 從各方面比較了 水平軸風力機 以 及垂直軸風力機，得出垂直軸風力機在各方面的優(yōu)勢 ，并介紹了達里厄風力機的改進型式 。 論證 了 垂直軸 風力機的整體方案 ， 確定了 風力機 固定攻角及可變攻角兩種方案 的運行 方式 。 由于 風力發(fā)電裝置所需的發(fā) 電機未形成標準和系列， 無法 選型 ， 因此 自主 設計了 50電機。 最后 詳細設計 了垂直軸風力機 的 機械本體 ， 確定了風力機各部分 結構 的最終數(shù)據(jù)，經 校核驗證 垂直軸 風力發(fā)電 機 的性能滿足設計要求。 關鍵詞： 風能 ； 垂直軸；風力發(fā)電機 he is of we is a be an in is of us of of be in of us in by of of of of be of no or so 0kW is in of in of It be 目 錄 第 1章 緒論 1 言 1 界及我國風力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀 1 內外風力機研究現(xiàn)狀 3 力機的造型 3 平軸風力機 3 直軸風力機 3 直軸達里厄型風力機 4 里厄風力機的發(fā)展歷史 5 里厄風力機與水平軸螺旋槳風力機的比較 6 里厄風力機的改進 7 計選題目的及意義 8 計的主要內容及具體要求 8 第 2章 總體方案的論證設計 9 體結構布局的初步確定 9 力機運行方式的設計 9 定攻角風力機的設計 10 變攻角風力機的設計 11 章小結 15 第 3章 電機的設計 16 磁設計的依據(jù)和任務 16 要尺寸和極數(shù)的選擇 16 要尺寸的確定 16 弧系數(shù)與電磁負載 A 及 B的選擇 18 數(shù)的選擇 20 樞設計 20 樞繞組、槽數(shù)和槽型 20 向器的主要尺寸與電刷的選擇 22 路計算 23 流電機的磁路與主極漏磁系數(shù) 23 隙 24 樞齒部 24 極 24 子軛部 25 機軸的設計 26 章小結 26 第 4章 機械本體設計及校 核 27 軸器的選取 27 動器的選取 27 承軸及其附件的設計校核 28 承軸最小直徑的確定 28 承軸的校核 29 承軸上鍵的校核 32 溝球軸承的校核 33 力球軸承的的校核 34 轉支撐筒的設計及校核 34 速同向傳遞機構的設計及校核 35 的設計 35 輪的設計校核 40 承的選擇 42 桿的設計及校核 43 桿部分數(shù)據(jù)的確定 43 橫桿的受力分析 44 桿與法蘭連接處螺栓的選取及校核 46 片與橫桿連接處的設計校核 47 接軸的設計校核 47 核連接板的拉伸強度 48 承的選擇及校核 48 章小結 49 結論 50 參考文獻 51 致謝 53 1 第 1章 緒論 言 穩(wěn)定、可靠、清潔的能源供應是人類文明、經濟發(fā)展和社會進步的保障。煤炭、石油、天然氣等化石能源支持了 19 世紀和 20 世紀近 200 年人類文明的進步和發(fā)展。 然而，化石燃料的大量消耗，不僅讓人類面臨資源枯竭的壓力，同時也感覺到了環(huán)境惡化的威脅。 2l 世紀是科技、經濟和社會快速發(fā)展的世紀，也將是從化石燃料時代向具有持續(xù)利用能力的可再生能源時代過渡，逐步開創(chuàng)一個人類擺脫化石燃料桎梏的能源新時代的世紀。 風能是可再生能源中發(fā)展最快的清潔能源，也是最具有大規(guī)模開發(fā)的商業(yè)化發(fā)展前景的可再生能源。積極發(fā)展可再生能源，對增加能源供應，調整能源結構，緩解環(huán)境污染，保障能源安全，促進經濟發(fā)展，建設和諧社會都起到重要作用。風力發(fā)電是近期內技術成熟，在遠期有可能成為世界重要的替代能源。 據(jù)專家們的估計，地球上所收到的太陽輻射能大約有 2%轉換成風能，風力發(fā)電可以有效利用的風速范圍為 3 20m / s ，最適宜的風速范圍是 6 8m/ s ，地球上蘊有風能約為 億 利用的風能約為 200 億機容量可達 10年可發(fā)出電力 。地球上的風能資源是地球上水能資源的 10 倍，已經利用的不足千分之一 10。在技術上全球風能資源是整個世界預期電力需求的 2 倍，也就是 說，只要利用地球上 50%的風能資源就能滿足全球能源。 界及我國風力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀 由于歐美國家風能資源豐富，工業(yè)技術水平高，這些國家在風力發(fā)電領域占絕對優(yōu)勢。目前世界上裝機容量最大的國家是美國，其次是德國、丹麥、印度。它們的單機容量已達 1 0 0 0 3 2 0 0 k W。美國、德國、等許多國家都把 2 風力發(fā)電視為最大的補充能源。目前世界最大的風力發(fā)電 機 是德國制造，高達 120m，風 機 直徑可達 126m，每個葉片長 片重 18t，裝機功率可達 53。預計到 2050 年風力發(fā)電要占上 述國家全國發(fā)電量的 20% 30% 。專家預測，到 2010 年，全世界風力發(fā)電機組裝機容量將突破 我國的風能資源豐富，總 儲量估計約 16 億 世界第三位。按目前估計的技術及可開發(fā)儲量計算，年電量可達 2 萬億 ，并且能有效地減少污染物的排放，緩解全球氣候變暖的趨勢。 2002 年歐洲風能協(xié)會和綠色和平組織發(fā)表了“風力 研究報告，提出了 2020 年風電在全球全部發(fā)電裝機中占據(jù) 12%的宏偉目標，屆時，中國的風力發(fā)電 將能夠占到全球風電總量的 14%15。 目前，全球風力發(fā)電居前三位的分別是德國、西班牙和美國，三國的風力發(fā)電總量占全球風力發(fā)電總量的 60%。近年來亞洲地區(qū)風力發(fā)電的增速顯著。我國是發(fā)展中國家，對風能資源的開發(fā)利用也十分重視。在 20 世紀 60年代就開始研制有實用價值的新型風力機， 20 世紀 70 年代以后發(fā)展較快，在裝機容量、制造水平及發(fā)展規(guī)模上都居于世界前列。中國已經建成眾多風電廠，掌握了風電廠運行管理的技術和經驗，培養(yǎng)和鍛煉了一批風電設計和施工的技術人才，為風電的大規(guī)模開發(fā)和利用奠定了良好的基礎。 2005 年 2月 ，中華人民共和國可再生能源法頒布后，我國風能發(fā)展進入了一個新的時期。到 2006 年底，全國除臺灣地區(qū)以外建成了 91 個風電場，風力發(fā)電總裝機容量達到了 2599中 2006 年新增 1337 2006 年新增風力發(fā)電機數(shù)量來看，印度和中國分別排第三位和第五位。專家預測，數(shù)年以后，全球風力發(fā)電量第一的寶座將由美國和中國爭奪 23。 隨著風電的發(fā)展，風 力 機制造業(yè)也在迅猛發(fā)展，成為一種新興的機械行業(yè)。 3 內外風力機研究現(xiàn)狀 力 機的造型 風力機又稱風車，是一種將風能轉換成機械能、電能或熱能的能量轉換裝置。風 力 機的造型，既要考慮到結構和 質量 的需要，也要考慮到視覺的要求。按風輪軸的不同可分為水平軸風力機和垂直軸風力機。能量驅動鏈 (即風輪、主軸、增速箱、發(fā)電機 )呈水平方向的，稱之為水平軸風力機。能量驅動鏈成垂直方向的，稱之為垂直軸風力機 10。 平軸風力機 水平軸風力機是目前國內外研制最多，最常見的一種風力機（1），也是技術最成熟的一種風力機。其風輪葉片數(shù)一般為 23 葉，葉片形狀一般為翼形，該風輪啟動力矩較大，風能利用系數(shù)高。為使掃風面隨時對風，需 裝有調向裝置。 圖 平軸風力機 直軸風力機 傳統(tǒng)的 垂直軸風力機葉輪的轉動與風向無關，因此不需要像水平軸風力機那樣采用迎風裝置。 4 垂直軸風力機可分為兩個主要類型，一類是 是 利用空氣動力的阻力做功，典型的結構是 S 風輪，它由兩個軸線錯開的半圓柱形組成，其優(yōu)點是起動轉矩較大，缺點是由于圍繞著風輪產生不對稱氣流，從而對它產生側向推力。對于較大型的風力機，由于受偏轉與極限應力的限制，采用這種結構形式是比較困難的。另一類是利用翼型的升力做功，最典型的是達里厄 (風力機。達里厄風力機有多種形式 ，型、 H 型、 Y 型和菱形（見圖 1）。基本上是直葉片和彎葉片兩種，以 型 、 H 型 風輪為典型 10。 H 型風輪結構簡單，但這種結構造成的離心力使葉片在其連接點處產生嚴重的彎曲應力，另外，直葉片需要采用橫桿或拉索支撐，這些支撐將產生氣動阻力，降低效率；型風輪看起來像是個巨型打蛋器，所采用的彎葉片只承受張力，不承受離心力荷載，從而使彎曲應力減至最小。由于材料所承受的張力比彎曲應力要強，所以對于相同的總強度，葉片比較輕，且比直葉片可以以更高的速度運行。 圖 型及 H 型垂直軸風力機 直軸達里厄型 風力機 雖然目前世界各地的大部分風場所用的風力機為水平軸的，但由于垂直軸風力機，尤其提到達里厄型風力機，有著優(yōu)越的空氣動力性能，提高了效 5 率，并且很大程度降低了造價，所以近年來廣泛受到各國研究人員的關注。 里厄風力機的發(fā)展歷史 達里厄風力機 是由法國人 1925 年發(fā)明的， 1931 年取得專利權。當時這種風力機并沒有受到 關注 ， 直到 20 世紀 70 年代石油危機以后，才得到加拿大國家科學研究委員會 (美國圣地亞 (家實驗室的重 視，進行了大量的研究。 美國第一個達里厄型風機只有 12 英寸高，安裝在一個工程師的桌子上，圣地亞的研究人員用扇子扇風來運行這個小風機。不久，一個 5 米高的模型產生了，葉片是由鋼結構做骨架，并用泡沫塑料和玻璃纖維罩面，葉片截面采用一般用于螺旋槳的淚珠形。實驗人員把它安裝在屋頂上，并且需要手動來啟動它繞軸旋轉。 1975 年圣地亞 17 米的達里厄風機的模型誕生了， 良好運行超過 10,000 小時。之后，這種風 力 機用于商業(yè)開發(fā)，并且在氣候條件良好的福利尼亞州建了風力發(fā)電場，該風場由 500 多個這種垂直軸風力機組成的 10。 80 年代中期， 司開始關注在 行的有關 降低造價以及提高可靠性方面的研究，并且給予了資金方面的支持。至此， 氣動力學，結構動力學，疲勞及可靠度，系統(tǒng)工程等。 由于 17m 風力機的成功， 究人員在 1988 年建成了高達 34m 的風力機試驗模型。該 產 500量，滿足該地區(qū)一半以上的用電量。該風力機的主要特性是在一定的風速范圍內 ( 25 40它都能工作，而大多數(shù)的風力機只能在某一恒定風速下運轉 。 現(xiàn)在， 續(xù)支持 研究。 驗室正利用它的計算機模型計算各種工況下產生的應力，并進一步分析對結構運轉產生的影響。 6 里厄風力機與水平軸螺旋槳風力機的比較 1、從葉片受力分析比較 水平軸 槳 葉上受到正面風載荷力，離心力，葉片結構相似懸臂梁，葉片根部受到的由彎矩產生的應力較大，大量事故都是葉片根部折斷 引起的 。 型 垂直軸風力機葉片兩頭與軸固定，尤如一張弓，葉片是柔性的，葉片的形狀不是由葉片的剛度來保證的，而是軸旋轉后葉片自然形成一條“無彎矩應力曲線”，葉片只受拉應力，故受力較小，用料少 ，不易折斷。 2、從系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 水平軸風 力機機倉 放置在 較高 的塔頂，而且是一個可 360 旋轉的活動聯(lián)接機構，自身重達十幾噸至幾十噸，葉片上隨機風荷載達幾十噸，重心高，結構不穩(wěn)定，且高位放置導致安裝和維護不便。垂直軸風力發(fā)電機組發(fā)電機的齒輪箱在底部，重心低，不僅穩(wěn)定，而且維護方便，風機塔架可以用鋼索進行固定，因而制造成本大大減小。 3、從迎風分析 水平軸機組機倉需 360 旋轉，以達到“迎風”目的。這個調節(jié)系統(tǒng)包含有風向檢測、角位移發(fā)送、角位移跟蹤閉環(huán)電力拖動系統(tǒng)。垂直軸風力機不要迎風調節(jié)系統(tǒng)，可以接受 360 方位中任何方向來風，主軸永遠向設計的方向轉動。 4、從附屬系統(tǒng)分析 達里厄系統(tǒng)不需要閉環(huán)液壓調距系統(tǒng)，不需要葉片迎風調節(jié)系統(tǒng)，不需要任何自動控制調速系統(tǒng)或特殊設計的變速恒頻發(fā)電機，在整個可發(fā)電風速范圍內向電網輸出同頻率，同電壓的電功率。不需要發(fā)電機的過載、過流保護系統(tǒng)及復雜昂貴的監(jiān)控系統(tǒng)。 5、系統(tǒng)風電轉換效率高于其他機型與系統(tǒng) 風電轉換效率涉及到以下七個效率： （ 1）風機效率 也 就是 風能利用系數(shù)平 7 軸風力機最大值一般為 達里厄風輪的氣動性，加拿大氣動研究委員會實驗室主任坦普林 (為該風輪的風能利用系數(shù)能達 華大學對直徑 600達里厄風輪機進行了風洞試驗 ， 表明其風能利用系數(shù)最高可達 于風輪葉片不可能永遠運行在最大值上。是隨系統(tǒng)工況而變。所以兩種風力機平均都取1 ； （ 2）升速齒輪箱效率2 (減速箱效率較高，升速箱低 )； （ 3）發(fā)電機 滿載時效率為 輕載時效率為 取平均效率3 ； （ 4）大功率整流器效率4 ； （ 5）蓄電池充電效率5 ； （ 6）蓄電池放電效率6 ； （ 7）直流變三相交流，逆變器效率7 。 水平軸交 交并網發(fā)電， 風電轉換綜合效率為以上七個效率相乘，等于 達里厄交流并網系統(tǒng)，因為低位布置可以配以低速發(fā)電機，而不要齒輪箱，它發(fā)出電能直接由發(fā)電機入網，不需要昂貴的交 交系統(tǒng)， 它的風電轉換效率是 21%，明顯高于水平軸風力機 10。 達里厄風力機的缺點 ： （ 1）不能自啟動； （ 2）調速、限速困難； （ 3）葉片彎曲，不易加工。 里厄風力機的改進 為克服上述達里厄風力機的問題，許多學者作了不少努力，在原先的達里厄基礎上做出了不少改進 ： （ 1）直葉片垂直軸風力機 14：直葉片風力機 不僅僅是具有活動葉片的另一種 達里厄。葉片傾角的變化是用導桿或凸輪獲得的。試驗表明在低速下直葉 片垂直軸風力機 的效率比傳統(tǒng)的達里厄 風力機 要高， 并具有 自啟動的特 8 點。 （ 2） 學的德拉加德（ 學的伊萬斯（ 設計 的達里厄風力機 ，是具有活動葉片的達里厄 風力機 。葉片的重心偏離葉片轉軸，作用在重心上大的離心力使葉片轉一定的角度，結果使風力機實現(xiàn)自調節(jié)。 （ 3）德拉加德風輪上的葉片角度由兩塊擋塊和附裝在后緣的彈性 帶 限位。在伊萬斯 風力機 14上這個功能 是通過 離心 錘 和作用在前緣上 的 彈 簧力實現(xiàn)的。 與傳統(tǒng)的達里厄風力機 比較，這三種 風力機 的優(yōu)點是 都 能夠實現(xiàn)自啟動。 計選題目的及意義 風能資源是大自然賜予人類取之不盡用之不竭的綠色能源，世界各國研究人員都在努力尋找各種途徑，能最大限度的利用風能。隨著科技的發(fā)展，水平軸和垂直軸風力機相繼問世，并在不同時期不同地區(qū)發(fā)揮作用。然而如何以最低造價、最小人力物資投入而獲益最多是值得探討的問題，總結上文，可以發(fā)現(xiàn)垂直軸風力機系統(tǒng)力學性能好，結構簡單，成本低，值得大力推廣。 計的主要內容及具體要求 （ 1）詳細查閱相關資料，明確工作重心，進行論文及設計的 進度安排 ； （ 2）垂直軸風力發(fā)電裝 置的總體方案設計，主要為機械結構整體框架的設計，包括固定攻角型式風力機 的設計及可變攻角 型式風力機 的設計 ； （ 3）設計發(fā)電裝置的詳細機械本體，并 初步 設計發(fā)電機 ； （ 4）進行 受力及強度分析（不包括風動力分析）； （ 5） 通過 軟件繪圖 完成原樣圖，及工程化圖紙 ； （ 6） 撰寫 論文，詳盡闡述設計的細節(jié)、難點、重點。再次檢查、修改設計結構及畢業(yè)論文 ， 準備畢業(yè)答辯。 9 第 2章 總體方案的論證設計 體結構布局的初步確定 考慮到盡可能使風力機的發(fā)電效率達到最高，因此 風力機的設計 采取簡單的組合以達到最高 的效率并保證機構的安全系數(shù)。 風力發(fā)電裝置主要由葉片、連接桿、輪轂、發(fā)電機、制動裝置 及附件裝置 組成 ， 可簡單如圖 示。 a（ ） 方案為電機與輪轂間距離較小，電機的位置距離地面較高， b（ ） 方案為電機放置于地面，但輪轂與電機間需采用較長的聯(lián)軸器。經比較，兩種方案各有優(yōu)缺點， a（ ） 方案在于電機需吊裝，發(fā)電機距離地面高，且不便于維護， b（ ） 方案電機便于維護，但需增加聯(lián)軸器，傳動效率下降，且經濟性下降。 因此 ， 風力機的設計 采取 a（ ） 方案。 圖 力機的總體布局 力機運行方式 的設計 垂直軸風力機 需要進行兩種攻角的設計，即固定攻角和可變攻角。固定 10 攻角即葉片與橫桿固定連接，葉片與橫桿沒有相對運動；可變攻角可實現(xiàn)葉片與橫桿角度的相對變化，即葉片可根據(jù)設計達到最好的迎風面。 定攻角 風力機 的設計 1、固定攻角的介紹 固定攻角為傳統(tǒng)的達里厄風力機型式，葉片的受力主要靠葉片的自身的流線型 ，對葉片的設計不做詳細的闡述。 固定攻角原理：假設風輪在風的作用下轉動 ，如圖 示 ，氣流與葉片的相對速度 W 與風速 V 和葉片圓周速度的關系為 V U W ，如果已知矢量 V 和 U ，就可確定矢量 W 及葉片所受的空氣動力。 圖 片不同位置受力圖 2、橫桿的改進設計 傳統(tǒng)的 H 型風力機如圖 示， 這種方式對發(fā)電機輸出軸要求較高，并且結構相對復雜，現(xiàn)場安裝程序較 多。另外，從力學方面分析， H 型垂直軸風力發(fā)電機功率越大、葉片越長、平行桿的中心點與發(fā)電機軸的中心點距離越長，抗風能力越差 。因此，經該進的方案如圖 示，采用三角形 向 11 圖 進的 H 型風力機葉片連接型式 量 法 。 這種方案的優(yōu)點在于： （ 1）中間旋轉筒的長度減小，從而減輕旋轉筒的質量； （ 2）減小了旋轉筒所受的應力； （ 3）葉片的中心相對于旋轉軸的中心 降低了，從而減小了對中間旋轉軸的應力； （ 4）旋轉時橫桿能依靠離心力減小葉片自身重力引起的橫桿端部螺栓的受力。 經總結，這種方案最為合理。 變攻角 風力機的 設計 可變攻角是指 垂直軸風力發(fā)電機的風輪在轉動過程中，當葉片處于不同位置時根據(jù)風速、風向的變化情況，使葉片的“攻角”保持受控變化 ， 使其始終處在最佳的“攻角”位置，從而達到最大的風能利用率。 本次設計采用上文所述的 直葉片垂直軸風輪， 葉片變攻角本質上是靠五桿機構實現(xiàn)的。 平面 五 桿機構在機械設計中有著廣泛應用，隨著 工業(yè) 技術與可控機構的發(fā)展 ，五桿機構作為一種結構簡單 、可以產生豐富運動軌跡的多自由機構受到越來越多關注。 1、 五桿機構運動學正解分析 已知主動件的運動規(guī)律和機構桿長，求解運動輸出點的運動規(guī)律稱為運 12 動學正解分析 。 如圖 示 ， 取鉸鏈 A 點為絕對坐標系的坐標原點 。 已知：原動件為桿 1 和桿 4，1l、2l、3l、4機構的桿長，兩原動件的相位角為1和4；角速度為1和4； C 點的位置 ( , ) 由圖 封閉矢量法 得23C B Dr r l r l ； 圖 面五桿機構運動學分析簡 圖 由各矢量在 軸上的投影，可得 C 點的位置方程 ： 2 2 32 2 3c o s c o ss i n s i Dx x l xy y l y （ 將式 （ 移項后平方相加 ， 消去3得 ： 0 2 0 2 0c o s s i n 0A B C （ 式中 022 ( )l x x； 022 ( )l y y； 2 2 20 2 3l l l ； 13 22( ) ( )B D D B D Bl x x y y ； 解式 （ 可得 ： 2 2 20 0 0 02002 a r c t a n ( )B A B （ 式 （ 中 ， “ ”和“ ”表示已知兩鉸點 B 、 D 的位置和桿長2l、3l，該桿組可有兩種位置的可能 ， 如圖 1 中實線位置取“ ”，虛線位置取 “ ”。 將2帶入式（ 可求得 C 點的位置可求得 3 a r c t a n ( / )C D C Dy y x x 2、 風力機的五桿設計 如圖 示， 為葉片， 為橫桿， 和 保持角速度相等并隨時保持平行，即14，14。設計時，根據(jù) 圖，初步選取1 ，2 1，3 ，4 1，5 ，初始時1490，其中1海斯模電子設備有 限公司的 力發(fā)電機參數(shù) 。 圖 力機五桿運動學分析簡圖 設計中將 圖軟件與葉片位置動態(tài) 相聯(lián)合 ，繪制葉片在不同 14 位置時2的 角度。 由圖 知葉片攻角的變化 ， 至于葉片在攻角的位置是否能達到迎風最大效率，需要考慮葉片的形狀，葉片的設計涉及流體力學相關知識，不在本設計之內。本設計所確定的桿長也只是作為機械本體的設計基準，若流體效率方面存在問題，則需根據(jù)實際情況進行修改，以便到最大的發(fā)電機效率 。 圖 力機葉片 攻角變化圖 3、橫桿的結構設計 因變攻角在結構上的要求， 裝置上增加了等速同向傳遞機構，因此 橫桿的結構設計 不能采用圖 示的結構， 必須加以修改。 新改進的結構圖如圖 示， 上橫桿由原先的上傾斜變成水平。這種結構優(yōu)點在于減小了等速同向傳遞機構上軸的長度，從而減少了軸所受的應力。 15 圖 桿與輪轂布置示意圖 章小結 在本章中，介紹了 垂直軸風力機 結構布局 的理解及設計內容，理清了設計思路， 并 剖析了 所設計裝置的原理， 改進了橫桿的設計， 確定了風力機 的運行 方式 ，即固定攻角和可變攻角兩種 運行 方案 ， 為下一 章 的 進 一步的設計奠定了基礎。 16 第 3章 電機的設計 在 我國，大、中型風力發(fā)電機的起步較晚，對風力發(fā)電機的專用電機還沒有形成標準和系列。因此，對發(fā)電機進行了 初步 的設計，以供參考。 考慮到電能的存儲，選取直流發(fā)電機為垂直軸風力發(fā)電裝置的發(fā)電機。直流電可以直接存儲于蓄電池中，減去了交流電存儲所需的逆變裝置，具有一定的優(yōu)點。所設計的電機基本要求為：額定功率 50速 50r/ 磁設計的依據(jù)和任務 直流電機電磁設計的任務是按電機額定數(shù)據(jù)確定其與電磁有關的幾何尺寸和繞組數(shù)據(jù)、計算換向參數(shù)、工作特性和溫升等。 電磁設計必須 使電機的工作特性、換向性能、溫升和一些主要安裝尺寸符合國家標準 機基本技術要求及有關技術標準的規(guī)定，滿足產品技術條件。 電磁設計的程序一般是：（ 1）根據(jù)電磁負載經驗值初步確定電樞直徑和長度，相應的確定極數(shù)；（ 2）確定電樞繞組、電樞鐵心和換向器、電刷的主要尺寸；（ 3）確定磁路各部分的尺寸，計算空載特性曲線、電樞反應去磁磁動勢并確定勵磁繞組；（ 4）確定換向極和補償繞組；（ 5）計算損耗、效率和工作特性；（ 6）估計溫升、冷卻空氣的風量和風壓，確定風扇尺寸。 設計中 主要是大致確定電機的主要尺寸參數(shù) ，其余 涉及 磁路部分參數(shù)主要 依 據(jù)電 機 專業(yè)相關知識進行完善，在此不進行詳細的計算。 要尺寸和極數(shù)的選擇 要尺寸的確定 直流電機的主要尺寸指電樞的直徑們與電樞繞組、換向 17 器、定子以及電機的運行性能和經濟性密切相關。定轉速和所選擇的電磁負載有以下的關系： 112 6 . 1 1 0 e m e ma t a l n n （ 式中 電機常數(shù) 3cm r / m 額定轉速 / 電樞長度 電樞直徑 極弧系數(shù) ； B 氣隙磁痛密度 G ； A 電負載 A/ 電磁功率 12 （ 式中 額定功率 電機效率 ； 據(jù)本風力發(fā)電裝置的要求，初步設定電機額定轉速為 50r/額定功率 50 根據(jù)圖 選取電機效率 =則根據(jù)n=從圖 查得電機常數(shù)18 104，據(jù)式（ 2a 1053 1、 電樞直徑的選擇 2確定后，一般先選取 確定電樞直徑根據(jù)圖 ，由n 1 查得直徑范圍60 80 中小型電機和低速中大型電機的換向問題較易解決，可選用較小直徑以 18 減少電樞的轉動慣量，提高電機的動態(tài)性能，因此經綜合考慮選取電樞直徑5 2、 電樞長度的選擇 在上述 2樞長度22 4 5 . 8 c a 取46 從換向性能、通風發(fā)熱、機械強度和工藝等方面考慮，中大型電機中能用的最長電樞長度與電樞直徑有關，當250：m a x 6 5 0 。經驗算，取6合要求。 3、 電樞長度與直徑的比值 （ 值的大小，影響電機的性能和經濟指標。因此， 定后，應核算 值。 小，即電樞直徑短而長度短，有利于電樞通風散熱；且可減小電樞繞組的電抗電動勢，有利于電機換向；但電樞直徑增大，定子、換向器、刷架、端蓋的直徑隨之增大，經濟性較差。 值大，則轉動 慣量 小，電樞繞組端部用銅及銅耗也相應減小，但換向性能和冷卻條件隨 值的增大而變壞。根據(jù)圖 ，可知當 = 則 =合要求。 弧系數(shù)與電磁負載 A 及 B的選擇 從公式（ ： 116 1 0A 3cm r / m （ 19 上式中的、 A 及 B分別按下式確定 極弧系數(shù) ： 電負載 ： A2 a （ 氣隙磁 通 密度 ： B G （ 式中 極靴計算弧長 極距 電樞電流 A ； N 電樞總導體數(shù) ； 2a 電樞繞組并聯(lián)支路數(shù) ； N 額定轉速、電壓和電流時的每極氣隙磁通 ； 大對縮小電機主要尺寸有利，但極靴之間距離窄，將使磁極漏磁增加，并不影響換向。參考圖 ，范圍為 合考慮取= 選用的 B和 A 值愈大，則電機的主要尺寸愈小。但若 B過大，將引起電機鐵心過分飽和，從而增加勵磁繞組損耗，及電樞鐵心損耗，是電樞溫升增高和電機的效率下降。又若 A 值過高，電抗電動勢將增加，使電機換向性能惡化，電樞溫升增高。 B和 A 值都不宜選上限，這樣 選擇雖然電機體積可以縮小，但對電機的工作特性和溫升將產生不良影響。 B 的經驗值根據(jù)圖 ，可得8 7 0 0 1 0 5 0 0 ， A 的經驗值根據(jù)圖 ，可得 A = 4 0 0 4 8 0 A / c m。初步確定 B=10000G ， A =450A/ 在確定、 B、 A 后帶入公式（ 核 20 116 1 0A 0，經比較與值 51 0較接近，符合要求。 數(shù)的選擇 選擇極數(shù)應綜合考慮運行性能和經濟指標。在電樞直徑與氣隙磁通密度確定后，電機氣隙的總磁通 2p 為一定值。增加極數(shù)，由于每極磁通減少，可以減輕磁軛鐵重，并可以縮短換向器和電樞繞組端部長度，減輕銅重，減小電機外形。但極數(shù)增多時，制造工時增加；且由于電樞中交變磁化頻率的增高，使鐵耗及溫升增加。極數(shù)增多，極數(shù)縮短，使主極漏磁增加，為此要縮小極弧，將引起電機的主要尺寸 增加。 電機的極數(shù)選擇參考圖 ，選擇 24p 。 極數(shù)的選擇還應考慮極距的大小，極距按下式計算： 2 （ 經計算 51 ，符合要求。 樞設計 樞繞組 、槽數(shù)和槽型 1、繞組型式的選擇 參照表 中各類型的繞組的特點及應用范圍，選取單波繞組，即2a=2。 2、電樞槽數(shù) 電樞槽數(shù) Z 的多少影響電機的性能和經濟性，選擇時從以下幾方面考慮： （ 1）每極槽數(shù) 增加每極下的電樞槽數(shù)2以改善電機的換向性能， 21 減少磁通脈沖引起的損耗和噪聲。但2使槽面積利用率降低和制造工時增加。每極槽數(shù)220。 （ 2）電樞齒距 電樞槽數(shù)過多，齒距過小，齒根容易損壞。當0距 （ 3）槽電流 為使槽內銅耗產生的熱量易于散出，應該核算每槽電流總量值 （ 4）電樞槽數(shù) 應符合繞組的接線規(guī)律和繞組的對稱條件。 經綜合計算校核，選取27，此時齒距3、每元件匝數(shù)及每槽元件數(shù) 確定繞組型式及槽數(shù)后，電樞總導體數(shù) N 、每槽元件數(shù) u 、每元件匝數(shù)向片數(shù) K 可以按下式確定。 2 （ 2 K （ K （ （ 1）每元件匝數(shù)盡可能采用較小的形導線的繞組，其匝數(shù)常為 1 或 2。選取。 （ 2）每槽元件數(shù) u 通常不超過 5。選擇時，應注意滿足繞組的接線規(guī)律和對稱條件，在 24p 時應盡量不用 2u 及 4u 。經綜合考慮選擇 3u ，則經過計算， K =204， N =408。 22 4、熱 負載電負載 A 和電樞導線電流密度自扇通風的中小型電機中，轉速高的電機散熱較好，可選取較大的強迫風冷的中大型電機中，轉速高的電機鐵耗較大，而通風散熱情況改善不多，應選取較小的閉式電機的熱負載應選的低些。根據(jù)圖 ， 222 4 0 0 3 0 0 0 0 A / ( c m m m )，綜合考慮選取 2500 22A / (c m m m ) ， =A / ( ，導線截面積 2 =5、電樞槽型和尺寸 20 時通常采用全開口的矩形槽。 （ 1 ）槽高 選 取 ， 槽 高 范 圍3 6 5 3 m ，選取 40（ 2）槽寬度和槽高寬，一般槽寬范圍為 0.5)取 0 c 。 向器的主要尺寸與電刷的選擇 1、換向器直徑 小型電機為獲得最多的換向片數(shù)其換向直徑接近于電樞直徑；中大型電機 為 降 低 換 向 器 圓 周 速 度 其 直 徑 宜 選 的 小 些 ， 當 50時，( 0 . 6 0 . 7 5 )，取 0 . 7 4 5 . 5 c 。 2、換向器片數(shù) 確定換向器片數(shù)時，應核算最小片距和平均片間電壓。 （ 1）換向器片距 ： 0 . 7 c t K 23 按結構和工藝要求，為使換向片不致太薄，當 20時， 。經校核， 符合要求。 （ 1）平均片間電壓 ： 2 4 . 3 3、換向器長度 換向器長度可按下式估算 ： ( 0 . 5 ) ( 2 4 ) c mK b bl n l 式中 每根刷桿的電刷數(shù)； 電刷長度 盒等尺寸確定。 4、電刷 電刷的性能對電機換向的影響很大。應按直流電機的功率、電壓、負載性質、運行方式、換向器圓周速度及環(huán)境條件選用合適牌號的電刷。 （ 1）電刷寬度 1)m t ，式中 m 為繞組重路數(shù)。 （ 2）電刷長度 根據(jù)表 選取 16，長度 20。 路計算 通過 磁路計算可以確定電機各磁路的各部分尺寸。計算在額定負載，即額定轉速、電壓和電流時的勵磁磁動勢，并設計主極勵磁繞組。 流電機的磁路與主極漏磁系數(shù) 主磁通磁路主要包括：氣隙、電樞齒、電樞軛、主極和機座軛等五部分。對國內外的現(xiàn)狀進行資料收集，分析整理做出設計的必要性結論。提出自己的至少兩種方案進行比較優(yōu)缺點，最后確定最終的方案。選擇關鍵零部件，材料等。計算各種參數(shù)主要參數(shù)。 置方式，完成總裝配圖。零號圖 1張 號圖 2張，一張是增速器，另一張隨意 上必須標注幾何精度及技術要求。四號圖 2張 示各方向的結構與功能。 少于 2萬字，其中說明書的摘要 400字譯成。 注： 輪，單級，增速比為 4 線翼 題目： 2小型風力發(fā)電機入門 歷史 在美國相當長的時間 里 ，風 能 一直是一個重要的能量來源。機械風車是兩個 “ 高科技 ” 的發(fā)明之一（另一個是 帶刺的 鐵絲網），這促進了 我們的西部邊界在 18世紀后期的 發(fā)展。自從 1860年，超過 800萬的機械風車已安裝在美國，有些風車已運 行了超過一百年。早在 1920年和 1930年，整個中西部地區(qū)一些農家已 經 使用 200音機 和廚房用具等 。 在 70年代末和 80年代初，風能作為一種可以解決能源危機的辦法，再次受到關注。作為用戶和農民的期待，小型風力發(fā)電機以各種電力生產可再生能源的替代品，成為最符合成本效益的技術 ， 其成本 也在減小 。 在 1976稅收抵免和良好的聯(lián)合條例 （ 使 人們把 4500多 個小型、 1人家庭里。另外 1000個風力系統(tǒng)在同一時期 也 被安裝在各種遠程應用上。小型風力發(fā)電機被安裝在所有 的 五十個州。然而，沒有一個小型風力發(fā)電機組的國有大公司致力于長期的市場發(fā)展，因此，在 1985年年底，當聯(lián)合政府稅收抵免過期，石油價格下降到 10美元每桶的兩個月后，大部分的小型風力發(fā)電機組行業(yè)再次消失了。有些公司認為，這幸存的 “ 市場調節(jié) ” ， 在生產小型風力發(fā)電機組的今天，那些機器是最可靠的，其聲譽是最好的。 成本因素 在很多方面光伏技術是一個有吸引 力的技術，但成本因素是考慮 的問題之一。那些在 家 庭 、事 業(yè)、或遠程設施等 方面 有需要的用戶， 功率 超過 100 小型風力發(fā)電機 ，可能是一個有吸引力的替代方式。舉例來說，在 50瓦特規(guī)模水平，某小型風力發(fā)電機組的費用約為 瓦特 ， 相比約為光伏模塊 瓦特。這就是為什么對于很小的負載光伏技術的費用較低的原因。不過，由于該系統(tǒng)規(guī)模較大，這個 “ 經驗 規(guī)則 ” 推翻了自己。在 300瓦特風力發(fā)電機組的成本下跌至 瓦特時（ 瓦特在西南空氣風能事件中） ，而光電成本仍然為 瓦特 。 1500瓦特風 力 系統(tǒng)的成本下降到 瓦特， 一個 10000瓦特的風力發(fā)電機 的成本 （不包括電子產品 ）下跌至 瓦特 。光伏和風能在監(jiān)管和控制 方面 的成本，基本上是相同的。出人意料的是，風力發(fā)電機的塔的成本，相當于光伏架子和追蹤系統(tǒng)的成本。因為有大量的連接，所以光伏系統(tǒng)的線路接線的成本通常較高。 對于連接到公用電網的用戶，小型風力發(fā)電機，通常是最好的 “ 下一步 ” ，畢竟 其 保護和效率 等方面 已 經 有所改善。一個典型的家庭 每月 消耗用電 800 4滿足家庭需求。在這種情況下，風力發(fā)電機已不再昂貴。 可靠性 在過去，可靠性是小型風力發(fā)電機組產品的 “ 要害 ” 。在 70年代末，為了提高其可靠性，所以對小型發(fā)電機進行了良好的設計。今天的產品，在先進的技術上超過了早先的技術，可靠性也大致增加了。小型發(fā)電機，現(xiàn)在可運作 5年或更長時間，甚至在環(huán)境惡劣的地方，也不需要維修或檢查，擔?？墒褂?5年。這個系統(tǒng)的可靠性和運行成本與光伏系統(tǒng)是一樣的。 風能 風能是地球表面受熱不均勻所產生的太陽能的一種形式。最好的風能資源在海岸沿線、山上、北部各州，但是在大多數(shù)地區(qū)都能發(fā)現(xiàn)這種可用的風力資源。作為一個 動力源 ， 風能 比太陽能較難預測 ， 但 通常 它 在一天 內能 供 應 更多 的 時間 。風能資源 因為 受地形及其 他因素 的影響 ，使它 比太陽能更 方便獲得 。 例如， 在丘陵地形 ， 你和你的鄰居 ， 有可能 接收 到完全相同的太陽能資源。 但 因為你居住在很好的位置上， 是 一個 能 更好的接觸到當時風向 的地方 ， 你 就 能 比你的鄰居接收 到 更好的風能資源 ， 反過來說 ， 如 果你的位置 是溝壑或背風面的山 ， 你的風能資源利用就 要 大大降低。在這種情況下 ， 與 太陽能 相比，應該更周密的 考慮 風能 。 風能 是 遵循 季節(jié)性模式 的 ， 在冬季 的 月份 很高 而 在夏季的幾個月 卻很低。 這 和太陽能剛剛相反 ?；谶@個原因 ， 在混合動力系統(tǒng)中 風能和太陽能系統(tǒng)協(xié)同工作。 這些混合的系統(tǒng)為小型風能制造商們提供了一 個更細分的市場 光伏系統(tǒng) ， 以擴展 他們的風能系統(tǒng)。 風力 發(fā)電 機 大部分 風力發(fā)電機是 水平軸螺旋槳式系統(tǒng)。垂直軸系統(tǒng) ， 如 S 已被證明是很 昂貴 的 。 橫向軸風力發(fā)電機 一般 包括 一個 螺旋槳 ， 一臺發(fā)電機 ， 一個 主機 和一個尾舵 。 螺旋槳將 獲取 的 風 能轉換成旋轉運動 ， 以驅動發(fā)電機。 螺旋槳 通常由兩個或三個葉片 組成 。由 三個葉片組成的系統(tǒng)比兩個葉片的更有效率 ， 運行更平穩(wěn) ， 但他們 需要 的成本 更多。 葉片通常是 由木 料 或玻璃纖維 制成 ， 因為這些材料 中 有 它 需要的結合強度和柔韌性 （ 他們不干擾電視信號 ） 。 發(fā)電機通常是 為風力 發(fā)電機組專門設計的 。永磁交流發(fā)電機 因為他們無需實地繞組而廣 受歡迎。低速直接驅動發(fā)電機 的 一個重要特征是系統(tǒng)使用了一般尚未可靠的變速箱或帶。 主 機是風力發(fā)電 機 的 重要結構 之一 ， 它包括 用來 連接旋轉 （ 通過 這點 ， 可以 改變風向 ） 的風力發(fā)電 機和固定接線線路的 “ 滑環(huán) ” 。尾部排列的轉子可以是防護超速的一部分。 風力 發(fā)電機產品的開發(fā)是 很 困難的 ， 而且許多早期的系統(tǒng)也 不是很可靠。 光伏模塊是很 可靠 的 ， 因為 通常 它沒有任何運動部件 ， 在以后 光伏組件將越來越可靠 。 在 一方面 ， 一個風力 發(fā)電 機必須有運動部件和可靠性 ， 一個 機器 的特性 是由 工程和設計的 技 術層次 決定的 。 在另一方面 ， 從一個系統(tǒng)到另 外 一個系統(tǒng) ， 在可靠性 、 耐用性 和 期望壽命等方面上 存在 很大差異 ， 這給經常工作在太陽能組件的經銷商和顧客上了一課。 塔 架 一個風力發(fā)電 機必須 能夠高效率地運 行。湍流 是最 接近地面 的 。此外 ， 風速隨高度 的增加而增加 。 經驗之談 ， 你應該 根據(jù)每個風力發(fā)電機的特點 為風力發(fā)電 機 安裝一個 適合的 塔 架 。 為了讓風輪在地面上較高的風速帶中運行，需要用塔架把風輪支撐起來。 舉例來說 ， 1 250瓦特 發(fā)電機 往往是被安裝在一個 30 塔 架上 ， 而 10千瓦發(fā)電 機通常會需要一個 80塔架。我們 不推薦在人們居住的小型建筑上 安裝風力 發(fā)電 機 ， 因為湍流 、 噪音和振動是一直存在的問題。 最便宜的塔架是拉線 塔 ， 例如那些常用于 無線電 的 天線。 規(guī)模較小的拉線塔往往 建造 成 管狀。自支撐塔 架 一般建成 格子狀或管狀 ， 占用更少的空間 ， 更具有吸引 力 ， 但它們也更昂貴。塔架所用材料一般是木桿或鐵管，也可以采用鋼材做成的桁架結構。 電話 線 的連接桿 結構 也 可用于規(guī)模較小的風力 發(fā)電 機。塔 架 ， 尤其是拉線塔 ， 可鉸接 適當?shù)难b備 上 ， 用絞車或車輛 讓他們傾斜向上或向下。 所有地面的工作都要做 。 一些塔 架和發(fā)電 機可以 由買方 很容易地設置 ， 而有些則是最好交由受過訓 練的專業(yè)人員 做 。 不論選擇什么樣的塔架，目的是使風輪獲得較大風速，同時還必須考慮成本。 塔 架 通常是 有風力發(fā)電機的制造商 所提供的 ， 以確保適當?shù)倪m應 性。 遠程系統(tǒng)設備 作為遠程系統(tǒng)設備， 系統(tǒng) 平衡設備被 小型風力發(fā)電機組 所使用著 。 大部分風力發(fā)電機組需要對 電池充電儲存方面 進行 設計 ， 以防止充電過度而造成不必要的損失 。 目前采用最多的儲能方法是利用蓄電池把電能儲存起來。 該調節(jié)器是專門 為特定發(fā)電機設計的 。光伏 調節(jié)器 一般不適合小型風力發(fā)電機組 的使用 ， 因為 設計他們不是 來處理 和發(fā)現(xiàn)發(fā)電機的 電壓和電流的變化 的 。調節(jié)器 的生產通常與 直流 源中心 有關系 ， 它也可以 作為其它 直流 源 、 負載及電池的 連接點。光伏 系統(tǒng) 和風能系統(tǒng) 的 混合動力系統(tǒng) 通過 把 單獨的監(jiān)管機構 連接到直流源中心 ， 但沒有特別的管制措施。小型風力發(fā)電機 的 一般 經驗 規(guī)則 是 蓄 電池至少應為最高可再生能源的充電電流 的 6倍 ，包括任何光伏 要素。 做你自己的 公司 在 1978年 ， 條例 通過 ， 允許你為你的房子或工作 連 接 一個合適的可再生能源供電的發(fā)電機 ， 以減少你對公用 供電 的消費 。法律 同意 規(guī)定 購買任何 額外的電力 ， 在價格 上 （ 避免成本 ） 通常低于 電力 的零售成本 。 在約一半的 國 家有 “ 凈能量計費選項 ”， 小系統(tǒng)是 允許運行反向計量的 ， 所以 過剩的產量使他們得到足夠 的 零售費率 。由于 為保持 特殊 的 手工處理客戶帳戶 和 凈能源帳單 ， 過高的間接費用其實是沒必要的 。這些系統(tǒng)不使用電池。風力發(fā)電機組 的 蓄電 是 由 整流換向逆變器和 感應發(fā)電機 相互協(xié)調 的 。 然后其 電能 連接到家庭的 機 器 面板上的專用斷路器 上 ， 就像一個大型家電。 當風力發(fā)電機組沒有運行 ， 或者它 不夠提供這個屋子所需要的電力時 ， 需要的電力由蓄電池提供 。同樣 ， 如果 發(fā)電機產生的電能超過了房子的電能消耗 ， 多余的電能就會即刻 存到相應的地方 。實際上 ， 作為一個非常大的電池儲備裝置 ， 蓄電池 作為 風力發(fā)電機組的 一個負面的負荷。經過 200000000小時的相互運作 ， 我們現(xiàn)在知道小 互聯(lián)風力發(fā)電機是安全可靠 ， 也不會干預 用戶 的 任何 設備 ， 其 成功地運作也 不需要任何特別的安全設備。 在 20世紀 80年代初，到稅收抵免的時候 全國各地數(shù)以百計的用戶 安裝了 4 風力發(fā)電機組 ， 現(xiàn)在 每月電費 為 8， 而他們的鄰居 電費 的范圍 在 100不等。 當然 這個問題 是這些稅收抵免早已遠去的時候 ， 大部分房主并沒有 覺得 一個合適的風力發(fā)電機的 成本 是昂貴 的 。 舉例來說 ， 10千瓦 的發(fā)電 機 （ 對家庭用戶來說最常見的配置 ） ， 通常的 安裝 費用為28000對于那些支付 12美分 /千瓦小時或更多 ， 平均風速 每小時 10英里 或風速更高的地區(qū) （ 能源部 2級 ） ， 且有較大的土地使用權 （ 發(fā)電 機大 ） 的用戶來說 ， 一個 家用發(fā)電機 肯定是值得考慮的。投資回收期一般 是 8 有些風力 發(fā)電 機 是過去 30年或更早時間 設計 的 ，所以投入的資金可以收回 。 效 果 一個風力 發(fā)電 機 的額定功率不是比較一個產品和下一個產品的 好的 因素 。這是因為制造商可以根據(jù) 風速來自由選擇 發(fā)電機的 額定速度 。如果額定風速不一樣 ， 那么兩 個產品 相比較 是 有誤導之嫌 的 。幸運的是 ， 美國風能協(xié)會已經通過了一 個 評價能源生產性能的標準 方法。 遵循 制造商 將提供 在各年度平均風速時每年的能源輸出 （ 資料。 每年 能源輸出 的數(shù)據(jù)就 像環(huán)保局 為你的車估計氣體 英里數(shù)一樣 ， 他們讓你 公平的比較產品 ， 但他們不告訴你 實際你要做些什么 （ “ 你們的表現(xiàn)可能有所不同 ” ） 。 能源部門已 為美國 編制了風力資源地圖 。 這些 地圖顯示的 資源 更好 。 這種情況 可能是因為地形的影響。 能源部的地圖顯示 開放式 的 地形相當不錯 ， 但在丘陵或山區(qū) ， 他們必須 謹慎 使用 。風力資源是指一個標準風速傳感器的高度為 33英尺 （ 10米 ） ， 因此你 在使用制造商所提供的 必須 通過 平均風速校準風塔的高度 。風力 發(fā)電 機制造商通常可以 在幾乎任何地點為他們的發(fā)電機 提供電 腦輔助的效果 預測。 作為一個 風能經驗法則 ， 當遠程應用超過每小時 8英里 （ 大部分 ， 但不是全部 ， 第 1級 和所有其他級 ） 和每小時 10英里 （ 第 2級或更高 ）時 應考慮 你的平均風速。 如果你住在一個 不是多丘陵的 地區(qū) ， 在你的位置上 能源部風能資源地圖 可以 清楚地 準確地計算出預期的 風力發(fā)電機的 效果 。 在 復雜地形時 ， 該位置上的判斷 也必須 用這種效果預測來 調整平均風速。在大多數(shù)情況下 ，安 裝一個小型風力發(fā)電機組 是沒有必要 記錄 監(jiān)測 到的同一 風速 的 。但在某些情況下 ， 它是值得花費 300等待一年來做 一個風力調查 的 。制造商和設備商能夠幫助 你 理清這些問題。 如何 使用 風力 發(fā)電機 安裝一個風力 發(fā)電機 比安裝太陽能電池板 復雜 ，但他們仍然是 你的能源替代體系中相對容易弄的 。 發(fā)電機 需要安裝在一個 風的流量不受阻礙的 領域（附近 的 建筑物，樹木等）。 一些小型發(fā)電 機可以安裝在 你的房子的 頂樓，但 發(fā)電機產生的振動 可能被轉移至 建設的框架 。 安裝在 屋頂 的發(fā)電 機 經常 與橡膠減振裝置 配合使用 ，以減少 振動 這方面的問題。 但是 作為一般規(guī)則 ，在 更高的空中你可以讓你的風力發(fā)電機組更有效地發(fā)揮，所以拉線塔是推薦的安裝系統(tǒng)。 各種各樣 的 塔 的高度和風格使得您會找到 一個安裝套件，以滿足您的需要。 當安裝的風力發(fā)電機的控 制 系統(tǒng) 和線路 時， 了解 風力發(fā)電機和太陽能電池板這 兩個 的 根本性分歧 是很重要的： 整流器： 太陽能電池板 能 產生 電力所需的直流電 （ ，并能在沒有造成損害的情況下直接連接到電池存儲機構 。 風力發(fā)電機不 能 產生直流電，所以 有 被稱為 “整流器”的裝置來把發(fā)電機的輸出電流 轉換成 直流。 一些 發(fā)電機有一種 整流內置設計， 盡管 在大多數(shù)情況下， 被供應的 整流器是 作為一個獨立的組成部分， 但它必須 安裝 在風力發(fā)電 機和 蓄 電池 之間 。整流器 是 一個完整的風力發(fā)電機組的控制單元。 負載轉移 ： 太陽能電池板是 “ 被動式 ” 的電力生產者。 即使太陽照著，他們也只有當 需要由電池 充電時才產生電力 。風力發(fā)電機是 “積極” 的電力生產者。 只要有風 ， 不管電池是否需要充電 他們 都會產生電流 。 為了避免破壞風力發(fā)電機組 ，所有的電力生產必須要用某種方式 來解決這個問題 。 當電池 系統(tǒng)需要充電時，他們提供電力負載來使風力發(fā)電機 發(fā)電 。如果電池完全充電后，發(fā)電機的產生的電量 必須要 “轉移”到另一種電力負載 。 負載 分流充電控制器調節(jié)風力發(fā)電機的輸出，所以當他們需要時你的電池將充電 ， 當這些電池完全充電后， 任何 由風力發(fā)電機 所產生的 多余電力都會被轉移到候補的負載中。 一些風力發(fā)電 機有充電控制功能 ，用來轉移多余的電流。不過大多數(shù)發(fā)電機系統(tǒng)的充電控制器是一個外部設備 。 he an of in a of of 800s us to of in S 860s of in a in 920s 930s, EA 0000 to In 970s 980s on as a to As to as of it ,500 1to be at 976,000 in in of by to so in 985, 10 a of is an in is of be an or to 00of or Vs, at of At 0 a to a PV is PV is As 00 $in of 03), V a 1,500 is 0,000 of a is of is V of is as of V of is V of of to A 0000 of a 4kW V is to At n of in 970s a s or at or of of is to of is a of by of s on in be in As a is it is in a by it In to a is on of or it a to if is in a or on of be In be in in is of in a of as to be A of a a a a of it to of or 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