Исходные данные на проектирование.

Тема: Микропроцессорный контроллер заряда аккумуляторной батареи ветроустановки с широтно-импульсным управлением.

Разработать контроллер заряда ветрогенератора:

- заряд аккумуляторной батареи при минимальном напряжении на ветрогенераторе – 8В

- систему повышения напряжения с ШИМ регулированием

- систему управления выполнить на базе микропроцессора

- напряжение аккумуляторной батареи – 12В

Аннотация

Ф.И.О. бакалавра: Загоруйко Олег Николаевич.

Бакалаврская работа на тему: «Микропроцессорный контроллер заряда аккумуляторной батареи ветроустановки с широтно-импульсным управлением» выполнена в НВФ ОмГТУ.

Руководитель Ф.И.О., Аникин В.В.

Год защиты бакалаврской работы 2015.

Направление подготовки: 140400 «Электроэнергетика и электротехника».

Бакалаврская работа содержит 4. разделов, количество страниц 62, рисунков 30, таблиц 10 , использованных источников 25, приложений 0.

В бакалаврской работе выполнен обзор и анализ существующих типов ветроколес, разработка электрооборудования для ветроустановки на базе микроконтроллера, разработка системы управления контроллера заряда на базе микроконтроллера, расчет заземления ветроустановки. Результаты бакалаврской работы могут быть использованы при проектировании ветроустановок.

Актуальность бакалаврской работы определяется тем что в настоящий момент ведется поиск альтернативных и экономичных источников электроэнергии.

Перечень ключевых слов: ветрогенератор, ветроколесо, микроконтроллер, контроллер заряда, заземление.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение………………………………………………………………………….............6

1.Обзор и анализ существующих типов ветроколес……………………………….….10

1.1.Ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения……………………….....…..10

1.2.Ветрогенераторы с вертикальной осью вращения…………………………….......13

1.3.Типы контроллеров заряда…………………………………………………....….…17

2.Разработка электрооборудования для ветроустановки на базе микроконтроллера………………………………………………………………………………..................21

1. .Обзор микроконтроллеров AVR. ……………………………………………..…....21

2. .Архитектура микропроцессорного ядра AVR микроконтроллеров…………...…25

3. .Программная модель avr и система команд……………………………..……....27

3.Разработка системы управления контроллера заряда на базе микроконтроллерра……………………………………………………………………………………...…29

3.1.Используемые технические средства……………………......………………….….31

3.2.Описание макета программатора …..........................................................................33

3. .Разработка алгоритма программы.…………………………………………............37

4.Расчет инвертора для питания асинхронного двиагетеля..........................................39

4.1.Исходные данные........................................................................................................43

4.2.Выбор двигателя..........................................................................................................43

4.3.Выбор транзисторов и диодов....................................................................................43

4.4.Расчет потерь в инверторе..........................................................................................44

4.5.Тепловой расчет инвертора... ....................................................................................46

4.6.Расчет и выбор выпрямителя......................................................................................47

4.7.Тепловой расчет выпрямителя...................................................................................48

4.8.Расчет охладителя........................................................................................................49

4.9.Расчет фильтра.............................................................................................................51

4.10.Расчет снаббера..........................................................................................................53

5.Расчет заземления ………………………......................................................................55

5.1Общие сведения………………………………………………………………………55

5.2Защитное заземление…………………………………………………………….…...55

5.Расчет заземления………………………………………………………………….......57

Заключение…………………………………………………………….…............………60

Библиографический список…………………………………………………........……..61

ВВЕДЕНИЕ

Потребность в энергетике в мире возрастает в 2 раза каждые 10 лет и, несмотря на широкое развитие тепловых, гидроэлектростанций и АЭС, развитие экономики во многих странах требует небольших, легко транспортируемых на место работы, источников электроэнергии, которые могли бы быть использованы в любой географической точке. По сей день универсальным, автономным источником, безусловно, является дизель-генератор. Он находит широкое применение благодаря высокой надежности. Кроме того, он обеспечивает не только электроэнергией, но и теплом. В связи с непрекращающимся ростом цен на традиционные энергоносители — нефтепродукты, которые используются сегодня для выработки электроэнергии дизельными электростанциями в удаленных регионах, становится экономически целесообразным, а значит и актуальным, переход на использование природных возобновляемых источников — энергии ветра и безнапорного (без плотины) течения рек. Многие регионы мира обладают на побережье высоким ветровым потенциалом (среднегодовой скоростью ветра). К таким источникам электроэнергии относятся ветроэнергоустановки, которые располагаются везде, где дуют постоянные ветры. Попутно решаются проблемы экологии, энергосбережения, снижаются транспортные расходы (на доставку ГСМ). Наиболее широко распространёнными являются ветроустановки с рабочей частью в виде воздушного винта (пропеллера) с несколькими лопастями.

В России к началу нынешнего века вращалось около 2500 тысяч ветряков общей мощностью миллион киловатт. В США к 1940 году построили ветроагрегат мощностью в 1250 кВт. К концу войны одна из его лопастей получила повреждение. Ее даже не стали ремонтировать — экономисты подсчитали, что выгодней использовать обычную дизельную электростанцию.

Построенная в 1980 году в городке Бун (США) ветроэлектростанция, дающая 2 тысячи киловатт, действовала безотказно, но вызывала нарекания жителей городка, концы лопастей крупной установки, двигаясь с большой скоростью, создают шум. Во время работы ветряка в окнах дребезжали стекла и звенела посуда на полках. Было установлено, что шестидесятиметровый винт при определенной скорости вращения издавал инфразвук. Он не ощущается человеческим ухом, но вызывает низкочастотные колебания предметов и небезопасен для человека. После доработки лопастей от инфразвуковых колебаний удалось избавиться.

Традиционная компоновка ветряков — с горизонтальной осью вращения — неплохое решение для агрегатов малых размеров и мощностей. Когда же размахи лопастей выросли, такая компоновка оказалась неэффективной, так как на разной высоте ветер дует с разной скоростью. В этом случае не только не удается оптимально ориентировать агрегат по ветру, но и возникает опасность разрушения лопастей. Например, в Калмыкии построена ветроустановка с лопастью — 56 метров. На конце лопасти — сверхзвуковая скорость. После аварийного разрушения, станция до сих пор не восстановлена.

Однако главное препятствие на пути использовании энергии ветра все же экономическая — мощность агрегата остается небольшой и доля затрат на его эксплуатацию оказывается значительной. В итоге себестоимость энергии не позволяет ветрякам с горизонтальной осью оказывать реальную конкуренцию традиционным источникам энергии.

В большой ветроэнергетике только при массовом строительстве можно рассчитывать на то, что цена киловатт-часа снизится до десяти центов.

Есть страны традиционного применения «ветряков», например Голландия, где мощность ветроустановок достигает нескольких тысяч киловатт, а длина лопастей установок доходит до 50 и более метров. По прогнозам фирмы Боинг (США) — длина лопастей крыльчатых ветродвигателей не превысит 60 метров, что позволит создать ветроагрегаты традиционной компоновки мощностью 7 МВт. Сегодня самые крупные из них — вдвое «слабее».

Вращающаяся часть ветроустановки требует постоянного наблюдения и ухода. Скорость ветра при урагане может достигать 70 метров в секунду. Если скорость ветра доходит до значений выше критических, то лопасти ломаются. Их замена часто связана со значительными трудностями и затратами. Технические характеристики зарубежных аналогов, предлагаемых на российском рынке, определяющие их экономические показатели, не являются высокими. Сравнение их удельных энергетических характеристик с характеристиками предлагаемых, в которых использованы наши теоретические наработки, позволяет сделать аргументированный однозначный выбор в пользу последних.