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用于收集新能源不稳定三相交流电的整流、稳压以及储存系统的设计与仿真—实验平台设计

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文档分类: 机械及其自动化论文

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关于本文

  • 本文标题:用于收集新能源不稳定三相交流电的整流、稳压以及储存系统的设计与仿真—实验平台设计.doc
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  • 内容摘要:用于收集新能源不稳定三相交流电的整流稳压以及储存系统的设计与仿真 实验平台设计 学院, 专业, 姓名, 指导老师, 工业自动化学院 电子 学号, 职称, 16 教师 中国珠海 二二年五月 诚信承诺书 本人郑重承诺,本人承诺呈交的毕业设计用于收集新能源不稳定三相交流电的整流稳压以及储存系统的设计与仿真实验平台设计是在指导教师的指导下,独立开展研究取得的成果,文中引用他人的观点和材料,均在文后按顺序列出其参考文献,设计使用的数据真实可靠。 本人签名, 日期,年月日 用于收集新能源不稳定三相交流电的整流 稳压以及储存系统的设计与仿真 实验平台设计 摘要 从上世纪开始,由于化石能源的消耗和开发力度逐渐增大,导致化石能源的储备量逐渐减少甚至出现短缺现象,在今后的发展过程中,由于不可再生资源的逐渐耗尽,一些新能源,如生物质能风能太阳能以及一些可再生资源将会进一步得到发展,并逐渐形成新的系统和体系。所以开发新能源,可以有效的减轻我国对石油和天然气的依赖。选择开发新能源既是未来人们生活过程中所必须的,也是社会经济发展的必要选择。 本文研究的目的是针对收集新能源的利用,减轻对不可再生能源的依赖。研究的方法通过平台设计,验证针对收集不稳定新能源风能,通过微型交流发电机模拟出三相交流电,对不稳定三相交流电的进行整流滤波稳压升压存储的蓄电池内。具体通过提取实物数据,进行数据拟合,得出3。46V的三相交流电进行仿真分析,仿真模拟出不稳定的三相交流电,通过整流电路使交流变直流,经过滤波电路消除直流电中不平滑,波动,的部分,再通过稳压电路进行稳压到3。6V左右,实物会有稍许波动,经过MT3608升压模块进行升压后得到稳定的13。6V给12V的蓄电池进行充电,验证整个系统是否储电,用蓄电池对12V的小灯泡进行发光测试间接判断。研究结论,方案是可行的。本论文将主要对电源的设计以及仿真MT3608升压模块平台实物搭建的三部分进行了详细的介绍。 关键词,微型交流发电机,不稳定新能源,三相交流电,MT3608,风能 RectifierforcollectingnewenergyutablethreephasealteatingcurrentDesignandsimulationofvoltagestabilizationandstoragesystems ExperimentalplatformdesignAbstract Sincethebeginningofthelastcenturyduetothegradualincreaseinthecoumptionanddevelopmentoffossilenergythereservesoffossilenergyhavegraduallydecreasedorevenappearedinshortage。InthefuturedevelopmentprocessduetothegradualdepletionofnonrenewableresourcessomenewenergySuchasbiomassenergywindenergysolarenergyandsomerenewableresourceswillbefurtherdevelopedandgraduallyformnewsystemsandsystems。ThereforethedevelopmentofnewenergysourcescaneffectivelyreduceChinasdependenceonoilandnaturalgas。Choosingtodevelopnewenergyisnotonlynecessaryforpeopleslivesinthefuturebutalsoanecessarychoiceforsocialandeconomicdevelopment。 Thepurposeofthisstudyistoreducethedependenceonnonrenewableenergysourcesbycollectingnewenergysources。TheresearchmethodisdesignedtoverifythestorageofutablenewenergywindenergyandtosimulatethreephaseACpowerthroughamicroalteatorandtorectifyfilterstabilizeboostandstoretheutablethreephaseACpower。Iide。SpecificallybyextractingthephysicaldataandperformingdatafittingthethreephaseACpowerof3。46VisobtainedforsimulationanalysisandtheutablethreephaseACpowerissimulatedtheACischangedintoDCthroughtherectifiercircuitandthesmoothnessinDCpoweriseliminatedthroughthefiltercircuitFluctuation)andthenstabilizedtoabout3。6VbythevoltageregulatorcircuittherewillbeaslightfluctuationintherealthingaftertheMT3608boostmoduleisboostedastable13。6Vischargedtothe12Vbatterytoverifywhethertheentiresystemisstored。Electricityusethebatterytoindirectlyjudgethe12Vsmalllightbulbtest。Thestudyconcludedthattheplanisfeasible。ThispaperwillmainlyintroducethethreepartsofpowersupplydesignandsimulationMT3608boostmoduleandplatformphysicalcotruction。 Keywords:microalteatorutablenewenergythreephasealteatingcurrentMT3608windenergy 目录 1绪论 1。1研究背景及意义 1。1。1研究背景 全球工业快速发展的时代,地球上不可再生的能源变得越来越少,伴随之而来的是能源危机对于全球人民来说,这也对地球上所有国家都产生了非常巨大的影响,尤其是经济安全和军事安全。世界上所有人类生活和活动所使用的能源主要围绕石油,煤炭,天然气等一些化石燃料,并且火油在不同类型的能源中占有主导地位。但是,世界上当前的石油资源已经显示出供过于求的状况。 根据各国能源署的数据统计,我们居中可以获取以下的信息,当前交通范围损耗的煤油总量占环球石油产量的60%,并可以展望出运输行当的用油量将会呈连续性增添主旋律。与此同时,BP公司,英国的石油公司,进行检测如果按照世界所有人的石油需求量进行采掘,大约还剩40年就会耗尽。美国的国家能源部对2020年全国的煤油供需联系做出了勇敢展望,到时全世界的人类对于石油的需求与供给之间将会应运而生净缺口,如果不尽快做出改变,那到了2050年,这个供需缺口有很大的可能会扩大到2000年全球石油全部生产量的2倍甚至以上[1]。 如今,我们主要对于化石燃料进行利用,随着全球化的发展,政治经济都在提高,人们的生活方式也在改变,预测在将来化石燃料消耗的速度将会增加。根据目前的国际能源展望,煤油资源将在40年内耗尽,原生态资源将在60年内耗尽,煤炭资源将仅使用220年,根据国际权威单位的预测,到2060年代,即到2060年,全球新能源的比例将增长到世界能源构成的50,以上[2]。目前,世界工业都在积极开发新的能源,并在未来都会占有非常重要的地位,大量的可再生能源将会被用作替代非可再生能源。 1。1。2本设计的目的意义 近年来,化石燃料大量消耗,进一步带动了世界各国经济的发展。随着消耗不断增大,人类也面对着没有能源可用的险境。在使用非可再生能源后,产生的二氧化碳,carbondioxide,气体作为温室气体过多的排放到大气中后,会引发全球性的变暖,这将会引起了广大人民的普遍注意。关注和思考未来社会发展动力的来源。许多国家对于能源的战略性开拓都有明确的政策的一些相关方向,为了促使可重生新能源的成长。这不但是因为由于国外市场上的石油和其他非可再生能源的产品的价格十分的高昂而带来了许多的压力,尤其在未来非可再生能源短缺,引起不必要的恐慌,也是人类自然界在不断探索,顺应自然的结果。 从目前来看,世界上不发达的国家有大约要多于20亿人没有电可用,其中中国就包含大约有6000万人。由于电力不足,这些人大多数都生活在贫穷,落伍,日出,日落和背井离乡当代文化的生活中,而且地方上缺少常规能源,相对来说自然资源丰富,人口电力负荷少。所以,开发新能源是十分关键的。 因此,本文主要是为了合理的收集自然界中的新能源,合理的转化为人们可通过技术利用的电能。本文的设计使针对利用自然界中的可再生能源风能,通过小型三相交流发电机转化发出电能。经过一系列整流稳压滤波升压最后存储到电瓶里。开发新能源也有助于保护环境,对今后我们的日常生活都有很重要的影响。 1。2新能源国内外现状 根据中国国度能源局公布的数据,如图1。1所示,,截至2010年年底,中国发电装机总容量为96262万kw,火力致电占73。4,,在总装机量中仍占核心职位,非化石能源装机百分比合计占26。6,,比上年提高1。1,[4]。 图1。12010年中国发电设备能源分布 在2010年底,相比较欧洲发电机装机的数据总量,如图1。2所示,,我国发电机设备数量要小于欧洲,欧洲设备的发电总量能够达到81905万KW,非化石能源在其中占比列较高,占比为在45。9,。 ,a, ,b, 图1。22010年欧洲发电设备能源分布 对照中国及欧洲发电能源中的非化石能源具体类型百分比,欧洲的非化石能源多种能源共处,连年来,光伏和风能为焦点对于与年俱增的发电能源分布,尤其在2010年,欧洲光伏能源量占激增可再生能源的首位,对比以下,目前,中国的非化石能源仍以水电为主,连年来,风电与核电都有了长足的成长,但光伏发电能源分布仍居于较低水准[4]。但它们去能互相共存,取长补短,一起来满足我国对于能源的依赖。 1。3新能源的发展趋势 中国发展新能源未来的成长规划有三步,第一步,预计2010年落实局部新能源的商贸化。第二步,预计2020年发展新能源到达商贸化程度,占比达到18%以上。第三步,预计2050年全盘兑现新能源的贸易化,占比达到30%以上,实现化石能源大范围替代。新能源作为国家加快培育和发展的战略性新兴产业,将为新能源大规模开发利用提供坚实的技术支撑和产业基础[3]。 ,1,无论风能的总装配机器容量或新装配机器容量,世界继续以更为快速的发展速度去发展,并且风能在实物的发展中达到顶峰。风电的价格要高于火电的价格,预计将简化以增加发展速度。 ,2,生物质能主要运用方面是生物酒精生物柴油二甲醚燃料等。在农业方面,普及在热带和亚热带地区,但生物质能成本较高。 ,3,太阳能由于中国国内光伏工业的逐步扩大和技术的逐步提高,太阳能发电的本钱将逐步降低,未来中国的境内太阳能发电能力将大大提高。 ,4,环境污染和缺乏新的汽车能源与汽车工业的成长密切相关,社稷正在大力推行混合动力汽车。新的汽车能源策略已跻身加快实施阶段,开源与节气门共同作用。 1。4研究的主要内容目标 为AltiumDesigner电路软件画出相应的原理图MatlabMultisim 本设计要的目标, 确定电路系统的设计方案。 根据所学的知识完成AltiumDesigner原理图 利用Matlab电路仿真软件包SimulinkMultisim等软件分别建立不稳定三相交流电的整流电路,稳压电路及整个电路系统的模型,并进行仿真实验。 整个系统进行软硬件联调,调节相关的参数,使系统能够稳定运行。 进行实验平台的组装,然后进行实验上的细节测试。 1。5本章小结 本章主要是 2设计总体方案 使用风力产生三相正弦交流电,将风力收集起来转化为电能,由于产生的为三相交流电,不可直接用作蓄电池电能输入,因此会对产生的三相交流电进行整流,先将交流电转化为不稳定的直流电,再将其进行细节的滤波处理,将脉动直流信号转化为趋于平滑的输出,然后再将电路中加入稳压环节,令输出为平滑的固定输出直流电,由于收集风力所产生能量不稳定,为了实现对电能的加强,加入升压装置,对输入较小的电能部分进行升压处理,从而达到可以储存在电池内的效果。 2。1设计概述 对三相交流电进行整流滤波稳压等处理,令三相电输入可以转化为直流电输出,在此过程中对于整流稳压升压处进行不同的分析处理,在模拟和实际中选择最优方案。 2。2整体设计的组成 整体是以整流稳压为主体的设计仿真,对输入的风力三相交流电进行转化,令其之后输出可以为直流电能,用以存储在电池内可供使用。其中主要由整流二极管组成的整流桥,以及电解电容电阻稳压器稳压二极管升压模块等组成。 2。3电路设计的硬件结构图 电路设计结构图如图2。1所示, 图2。1结构框图 2。4电源设计 电源设计方案将采纳微型交流发电机的电压为24V,额定功率为12W,该产品采用的是无刷技术。把风扇叶连接到轴承,通过电风扇模拟出不稳定的风源,使其发电机发出稳定的三相交流电,其次是进行必要的数据收集整合通过数据拟合成近似三相交流电波形的公式,以便于仿真的进行,为后续的仿真实验做准备。然后在其中的两条火线上分别连接上滑动变阻器,使其发出不稳定的三相交流电。 2。5平台设计 平台的设计方案采用的是面包版进行实验元器件的搭建,通过对整流滤波稳压升压模块的细化分别进行检测,确保实验方案的顺利进行。平台采用面包板线进行连接,通过万用表进行电流电压的检测。调节出口电压,给蓄电池进行充电需要找到合适的电压。由于实物中微型交流发电机中没有地线,导致了升压的实验电路无法进行实物展开,为了实验平台的搭建,使用了MT3608升压板进行升压,它具有良好的升压滤波性能。 2。6设计总结 通过电路的设计主要由整流滤波稳压升压等部分组成,其中整流模块内的不同整流方式需要分析各种条件下的区别,在稳压方面对于不同的二极管选择要符合实际的搭建效果,在升压模块内涉及到的对于场效应管的导通条件要有清晰的认识,以及对于外界PWM输入信号的使用也要学习掌握。 通过电源的设计,其主要的目的是使将收集到的新能源进一步转化为人们可以进性使用利用开展一系列技术电能,在其不稳定的基础上达到进一步存储的目的。 通过对平台设计的搭建,进一步发现实物的问题,在其仿真成功的条件下,实物可能还会有些意料之外的误差。将整个电路进行细分模块,分块进一步对元器件进行微调测试,保证电路正常运行。 3电源设计以及仿真结果 本文中通过对实物进行数据采集来设计电源,通过matlab数据拟合工具得到三相交流电的公式,选择合适的频率进行仿真,模拟出不稳定三相交流电的效果,以达到对整个不稳定三相交流电的设计目的。 3。1设计过程 本设计通过风扇叶带动三相交流发电机发出稳定的三相交流电,通过仿真模拟出不稳定能源风能进行供电,进一步在发出稳定的三相电源基础上达到发出不稳定的三相电源为目的。通过家用电风扇进行模拟风力发电,用三相智能数显电压表进行电压数据采集,每组有33个数据,共20组。MATLAB工具箱Cftool具有数据拟合的作用。在MATLAB2015a上的软件,使用Cftool命令,把20组数据用Cftool命令进行数据整合,拟合成一个正弦波形,间接模拟出风力发电的三相交流电公式。 本次的电源的设计部分将在MATLAB2015a上的软件拓展包Simulink和一款电子自动化软件为Multisim进行电源的设计分析数据整合以及结果分析。Simulink具备着强力的动态系统仿真能力和高效的仿真效率。Simulink是MATLAB中的一种透视化的仿真工具并且是基于MATLAB的框图设计背景,是客观动态系统建模仿真和分析的一个软件包,被广泛应用于线性系统非线性系统数字控制及数字信号处理的建模和仿真中[12]。Multisim电子自动化设计仿真软件,运用于数字电路的设计工作,以windows为基础,进行电路图的仿真,它包含许多的功能,如电路的输入方式硬件方面的语言性描述方式,同时也具有强大的分析能力。 电源仿真电路三个电源相位相差120度的三相整流桥电路波形的模拟通过ultisim仿真出不稳定的三相波形 3。2数据采集 三相测量智能电压表进行数据整合。面板如图3。1所示, 图3。1面板说明图 采用三相三线接法。接法如图3。2所示, 图3。2接法说明图 通过上述接法测出线电压。进行线电压数据采集,每组有32个数据,共20组。一组大约为一个周期的采集,采集时间为一周期约为20s频率为0。05hz。由于使用的发电机较小,市面上能够找到的发电机大多数是不区分三...
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