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风力发电实验装置
发表时间：2024-08-30
风力发电实验装置
风力发电实验装置主要由叶片、轮毂、发电机、机舱、尾舵、侧风偏航控制机构、直流电动机、塔架和基础、测速仪、测速仪支架、轴流风机、轴流风机支架、轴流风机框罩、单相交流电动机、电容器、风场运动机构箱、护栏、连杆、滚轮、万向轮、微动开关和接近开关设备与器件组成。
叶片、轮毂、发电机、机舱、尾舵和侧风偏航控制机构组装成水平轴永磁同步风力发电机，安装在塔架上。风场由轴流风机、轴流风机支架、轴流风机框罩、测速仪、测速仪支架、风场运动机构箱体、传动齿轮链机构、单相交流电动机、滚轮和万向轮组成。轴流风机和轴流风机框罩安装在风场运动机构箱体上部，传动齿轮链机构、单相交流电动机、滚轮和万向轮组成风场运动机构。当风场运动机构中的单相交流电动机旋转时，传动齿轮链机构带动滚轮转动，风场运动机构箱体围绕风力发电机的塔架作圆周旋转运动，当轴流风机输送可变风量风时，在风力发电机周围形成风向和风速可变的风场。
在可变风场中，风力发电机利用尾舵实现被动偏航迎风，使风力发电机输出最大电能。测速仪检测风场的风量，当风场的风量超过安全值时，侧风偏航控制机构动作，使尾舵侧风45º，风力发电机叶片转速变慢。当风场的风量过大时，尾舵侧风90º，风力发电机处于制动状态。
（2）光伏供电装置
光伏供电装置主要由光伏电池组件、投射灯、光线传感器、光线传感器控制盒、水平方向和俯仰方向运动机构、摆杆、摆杆减速箱、摆杆支架、单相交流电动机、电容器、直流电动机、接近开关、微动开关、底座支架等设备与器件组成，4块光伏电池组件并联组成光伏电池方阵，光线传感器安装在光伏电池方阵中央。2盏300W的投射灯安装在摆杆支架上，摆杆底端与减速箱输出端连接，减速箱输入端连接单相交流电动机。（如下图所示，仅供参考）
（3）风力供电单元
风力供电单元主要由风电电源控制单元、风电输出显示单元、触摸屏、风力供电控制单元、DSP控制单元、接口单元、PLC、继电器组、接线排、可调电阻、断路器、网孔架组成。
风力供电控制单元的偏航功能有手动和自动两个状态，可以进行手动或自动可变风向操作。
可变风量是由变频器控制轴流风机实现。手动操作变频器操作面板上的有关按键，使变频器的输出频率在0-50Hz之间变化，轴流风机转速在0至额定转速范围内变化，实现可变风量输出。
DSP控制单元和侧风偏航，风力发电机风轮叶片在气流作用下产生力矩驱动风轮转动，通过轮毂将扭矩输入到传动单元。当风速增加超过额定风速时，风力发电机风轮转速过快，发电机可能因超负荷而烧毁。
（4）光伏供电单元
光伏供电单元主要由光伏电源控制单元、光伏输出显示单元、触摸屏、光伏供电控制单元、DSP控制单元、接口单元、PLC、继电器组、接线排、蓄电池组、可调电阻、断路器、12V开关电源、网孔架等组成。
光伏供电控制单元的追日功能有手动控制盒自动控制两个状态，可以进行手动或自动运行光伏电池组件双轴跟踪、灯状态、灯运动操作。
蓄电池的充电过程及充电保护由DSP控制单元、接口单元及程序完成，蓄电池的放电保护由DSP控制单元、接口单元及继电器完成，当蓄电池放电电压低于规定值，DSP控制单元输出信号驱动继电器工作，继电器常闭触点断开，切断蓄电池的放电回路。
（5）逆变与负载单元
逆变与负载单元主要由逆变电源控制单元、逆变输出显示单元、逆变器、逆变器参数检测模块、变频器、三相交流电机、发光管舞台灯光模块、警示灯、接线排、断路器、网孔架组成。
逆变电源控制单元主要由断路器、+24V开关电源、AC220V电源插座、指示灯、接线端子DT14和DT15组成。
逆变输出显示单元主要由交流电流表、交流电压表、接线端子DT16和DT17组成。
逆变与负载单元主要由逆变器、交流调速单元、逆变器测试模块、发光管舞台灯光模块和警示灯组成。
逆变器的输入由光伏发电单元、风力发电单元或蓄电池提供，逆变器输出单相220V、50Hz的交流电源。交流调速单元由变频器和三相交流电动机组成，逆变器的输出AC220V电源是变频器的输入电源，变频器将单相AC220V变换为三相AC220V供三相交流电动机使用。逆变电源控制单元的AC220V电源由逆变器提供，逆变电源控制单元输出的DC24V供发光管舞台灯光模块使用。逆变器测试模块用于检测逆变器的死区、基波、SPWM波形。
逆变器是将低压直流电源变换成高压交流电源的装置，逆变器的种类很多, 各自的具体工作原理、工作过程不尽相同。本实训装置使用的逆变器由DC-DC升压PWM控制芯片单元、驱动+升压功率MOS管单元、升压变压器、SPWM芯片单元、高压驱动芯片单元、全桥逆变功率MOS管单元、LC滤波器组成。
（6）监控单元
监控单元主要由一体机、键盘、鼠标、接线排、电源插座、通信线、操作控制单元组成。主要功能：与控制器、PLC、仪表进行通信。
监控单元具有主界面，光伏供电单元界面，风力供电单元界面，逆变与负载单元界面，风光互补能量转换界面，分别显示各自的运行状态参数。
光伏供电单元界面设置相应的按钮，实现光伏电池方阵自动跟踪。风力供电单元界面设置相应的按钮，实现风力发电机侧风偏航控制。
具有光伏发电采集报表和风力发电集报表，记录光伏输出电压、电流，风力发电机的输出电压、电流；逆变与负载单元的逆变输出电压、电流、功率等数据并输出数据报表。
（7）可实现的实训内容
离网型风光互补发电单元规划；
根据功率要求，光伏电池组件的选择、安装和连接；
根据功率要求，风力发电机的选择、安装和连接；
基于MCU的光伏电池组件最大功率跟踪程序设计；
基于MCU的风力发电机最大功率跟踪的程序设计；
蓄电池容量匹配计算与选型；
蓄电池充放电参数设置、保护参数设置；
逆变器参数设置；
监控单元组态及操作；
光伏供电单元的调试；
风力供电单元的调试；
风光互补发电单元的调试；
电能质量的监测、调试和分析。
信息来源：
相关信息
·风力发电实验装置 (2023-3-23)
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