小型风力发电系统检测、保护及显示电路的设计

1、华北科技学院毕业设计（论文）第一章 绪论1.1 研究本课题的背景小型风力发电机不断出现在人们的身边，它作为一种清洁能源产品，越来越被人们喜欢。在全世界各个国家中，只要经济发展很快的国家，肯定伴随着对能源的大量需求，并且还在不断增长中，一次性的能源，不断地被大量消耗着。煤、石油、天然气消耗过程中会产生大量污染物，对环境的破坏很大，地球的负担越来越大，人类的生活坏境不断变差，能源危机日趋严重。并且，地球上的煤、石油、天然气等都是有限的，不可再生的。面对这样的现状，可再生资源、无污染物产生的资源不仅进入了人们的视野中，而且对人们的吸引力也越来越大。而这些可再生的能源主要有太阳能、风能、潮汐能等，这些

2、能源都是可再生，可持续利用的资源，并且还能够再开发使利用率再次提升。然而风能技术已经非常成熟了，经济可行性又高，利用风能的优势远远大于其他可再生能源，风作为我们身边最常见的能源，人们对风能的研究已经能不断地提高其转换成电能的效率了。风能由太阳能折射热引起，风能其实就是太阳能转换的。太阳的能量照射到地球表面，因为就算相邻的地方受热也不一样，这就引起大气的对流运动从而产生了风。对可再生资源风能的研究，一方面，风能是可再生，无污染，对环境保护很有利；另一方面，风能的有效利用更能适度缓解对不可再生资源的消耗。1.2 国内外风力发电的实际情况 1.2.1 国外风力发电的实际情况在2013年全年的风力发电

3、新增加的装机容量上没有前一年的新增装机容量多，全球累计装机容量同比增长百分之十二点五，这一年共有24个国家的风力发电装机容量超过一吉瓦。全球共有80个国家拥有风力发电装机能力。2013年全球风力发电年增总装机容量为三十五吉瓦，2014年全球风力发电年增总装机容量为四十五吉瓦。全球累计装机容量达到三百一十八点一二吉瓦，同比增长百分之十二点五。截止到2013年底，美国市场的新增装机容量较少，才为1吉瓦。这和美国在2012年创纪录的十二吉瓦，相比较，美国在2013年的装机容量非常明显的减少很多，全球的风力发电在不断地增长，虽然美国在2013年新增的装机量不多，但是风力发电不仅限于美国，而对于包括美国

4、在内的全球风力发电的发展大趋势来说都是非常可观的。 近几年来，亚洲的年新增风力发电装机容量一直很好，一直位居全球各大地区的首位。在2013年中亚洲又以十八点二吉瓦的年新增装机容量再一次位居首位，中国和印度这两个国家依然是引领亚洲风力发电发展的主要国家。在2013年期间加拿大实现了装机总容量为一千五百九十九兆瓦的目标，加拿大已经成为这一年中的第五位总风力发电装机的大国。而美国的风力发电装机容量在这一年里非常不乐观，在2013年这一年里美国风力发电市场很是不济，新增装机的数量不断下降，这个主要原因是美国的PTC政策的影响，因为美国的PTC政策不稳定。然而欧洲在这一年里的风力发电装机容量却很稳定，在

5、这一年中欧洲总体实现了一万两千三十一兆瓦新增装机容量，其中欧盟28国新增装机容量总体已经达到一万一千一百五十九兆瓦。在这一年中，英国和德国这两个国家的风力发电的发展最好了，这两个国家的风力发电装机量占欧洲总装机容量近一半。在2013年中拉丁美洲的风力发电装机总容量的发展又一次突破1GW，新增装机总容量达到一千一百六十三吉瓦，累计装机容量为四千八百兆瓦。巴西一直都是拉丁美洲风力发电的领导者， 2013年巴西又新增装机容量九百五十二兆瓦，累计装机容量为三千四百六十一兆瓦。海上风力发电情况，在2013年这一年里，欧洲海上风力发电新增装机容量为一千五百六十七兆瓦，累计装机容量达到六千五百六十二兆瓦。欧

6、洲海上风力发电大约占到欧洲2013年全年风力发电发展的十四个百分点。累计装机容量为六千五百六十二兆瓦将生产两千四百吉瓦每小时的电量，可以提供给欧洲百分之零点七的电力消费。这一年中日本已经有四十九点六兆瓦的海上风力发电装机容量，其中包括四兆瓦漂浮式风电装机。在2013年中，美国风力发电情况不容乐观，美国在这一年中失去了风力发电总装机容量第一的位置。而维斯塔斯又重回到了榜单的首位，市场占有率达到百分之十三点一。因为中国对风力发电的需求量不断增加，风力发电在中国不断取得装机容量迅猛提升的情况，中国企业的占有率也一直位居第二，而德国的紧随中国之后位居第三。在2014年里，全球新增风力发电装机总容量首次

7、超过五千千万瓦，高达到五千一百四十八万千瓦，累计装机容量为三点零七亿千瓦。综合GWEC相关统计数据以及其他相关材料，对2014年世界主要国家和各地区风力发电发展概况及特点总结以下几点。1）美国风力发电市场有些回暖但是仍然乏力美国在2014这一年中，新增风力发电装机总容量相对于前一年有所提升，这一年美国新增风力发电装机总容量为四百八十五万千瓦。美国累计风力发电装机总容量六千五百八十八万千瓦，约占世界总量的百分之十七点八，继续稳居世界第二。美国在2014年底要进行的风力发电项目规模将近一千三百万千瓦，这个规模足以使美国在下一年中风力发电新增规模将要恢复到千万千瓦级别。2）德国风力发电新增规模创近年

8、来新高德国风力发电装机总容量在2014年中，新增的装机总容量已经稳居欧洲榜首，在全世界的排名位居世界第三。在这一年中德国新增装机容量为五百三十万千瓦其中陆地上风力发电就有有四百七十五万千瓦，累计装机容量为三千九百一十七万千瓦。德国风力资源也是非常丰富的，基于风力资源的洁净性，欧洲各国都在努力建设自己国家的风力发电项目。德国发展风力发电项目的时间比较早，所以德国有很多风力发电机组需要进行翻新、直接更换或者拆除， 2014年一共有五百四十四台风机（共计三十六点四万千瓦）被拆除，因此德国在陆地上风电净增装机实际达到四百三十九万千瓦，还对所有超过一百万千瓦的风电场进行了一次翻新，翻新市场规模已经超过十

9、亿欧元。估计2015年德国净装机容量规模大概在三百五十到四百万千瓦之间，2016年可能有所回落。3）欧盟新增风力发电装机超过燃煤和燃气新增之和在2014年里，德国和英国这两个国家始终还是年新增装机总量最多的国家，在欧盟各个成员国中，德国和英国的表现非常的好，不仅年新增风力发电装机总量能达到整个欧盟的一半以上，而且一下子把整个欧盟的风力发电装机总容量超过了燃煤机和燃气机的装机总容量，而且欧盟的燃煤和燃气机组退役容量远远超过新增容量。在2014年中，欧盟累计风力发电装机容量已经有一点亿千瓦，而欧盟可再生能源新增装机2130万千瓦，已经占到新增装机总容量二千六百九十万千瓦的百分之七十九点一。4）英国

10、、德国继续引领世界海上风力发电发展在2014年中，全球各国新增海上风力发电装机已经达到一百七十三万千瓦，累计海上风力发电装机为八百七十七万千瓦，这其中欧洲新增一百四十八万千瓦，在欧洲累计海上风力发电装机为八百零五万千瓦。在2014年全年，欧洲总共有四百零八台海上风力发电机组并网发电。英国在海上风力发电方面一直都很不错，德国随着英国排名其次。英国在过去3年中每年新增海上风力发电装机都占世界第一，但是根据项目建设的进展，2015年德国最有希望超过英国。即便如此，英国累计海上装机容量仍然超过世界其他国家之和，当然第一海上风力发电大国地位短期内还是难以动摇的。5）印度是个非常缺电的国家，在发展中国家中

11、，印度对电的需求和渴望是非常大的，印度政府制定了一些鼓励风力发电发展的政策，印度在2014年群全年中，新增的风力发电总装机容量为二百三十二万千瓦，这个不错的表现一下子使印度位居亚洲第二。印度的风力发电正在新的势头上。61.2.2 中国风力发电的实际情况 在中国，风力发电起步比较晚，但是国家重视风力发电这项技术带来的可观的经济效益，还有就是对环境没有任何污染情况，所以国家出台了一些政策和提供了经济的支持，风力发电在中国才得到快速地发展。1986年我国在山东荣成建立了，我国首个风力发电场，直到2003年，我国才建成四十个风力发电场，装机容量刚刚达到五十六点七万千瓦。小型风力发电机在我国建设的时间较

12、早，目前我国小型风力发电技术已经较为成熟，对于解决边远地区和沿海地区用电难的问题起到了很大的作用。我国大型风力发电设备早些年主要依赖进口，我风电事业一直都和发达国家之间存在很明显的差距，从发展速度上看，中国也在逐渐追赶外国。虽然小型风力发电技术已经趋于成熟，但是小型风力发电技术的稳定性有待提高。我国风力资源是非常丰富的，可开发的风力资源更是可观，尤其是近海风力资源，近海风力资源开发价值更高。我国风力资源丰富的地区主要聚集在我国华北北部，东南沿海，西北等地区。据统计中国新增风力发电装机容量约占全球的百分之四十五。中国持续推进全球风力发电的增长，现在稳居世界第一，已经遥遥领先。2014年全年我国风

13、力发电新增装机容量为两千三百三十五万千瓦，大概占世界全部风力发电新增装机容量的百分之四十五点二%，据统计装机容量已经达到一点一五亿千瓦，拥有世界风力发电装机全部容量的百分之三十一。因为中国在风力发电领域的不错表现，所有亚洲也成为全球装机最多的区域，每年新增装机容量达两千六百一十六万千瓦。1.3风力发电系统的发展方向1、在我国现阶段的风力开发一点点的开始规范起来了，带动的经济效益也是非常可观的，而且我国风力发电的前景也是非常好的。今年我国装机总量还在不断提升，进行的装机计划和下的订单可以一直进行到明年，势头非常的好。虽然发展难免会遇到些问题，但是只要国家支持，相应的政策稳定，我国的风力资源就会实

14、现可持续发展，我国的风力资源就能较快的发展，持续增长。2、因为逐年增长的风力发电规模，一些很好地收益难以实现，弃风限电等问题不断出现，管理就算加强了，都难以解决这些问题，这些问题如果持续发展，将会给开发商和国家带来不可估量的阻力，所以我们需要对风电机组制造输出的质量标准进行规范化。3、我国风力发电运行和维护的商家不断出现和壮大，他们获得了很好地发展。我国因为风力发电装机容量增加迅猛，那么运行维护的需求就会逐渐增加，我国现在平均每年增加一万多台风力发电机组，而且我国每年需要维护的发电机组将近十万台左右，早期生产安装的风力发电机组，已经运行了这么多年了，难免会出现质量等问题。除此之外，我国每一年都

15、有很多风力发电机组过了保质期需要进行维护，所以需要运行和维护的风力发电机正向运维市场推进。现在在做风力发电机组运行和维护的不仅有运营开发商和整机制造商，还有许多风电运行和维护企业也在做，并且把风力发电机组的运行维护进行了实际的专业化，规模化。4、我国领土非常大，不仅陆地领土大，而且海洋领土也很大，当然海上的风力资源也异常的丰富，我国规定的海上电价政策的出台对海上风力发电有很大的推动发展作用。5、机组技术的快速发展。随着我国风力发电技术的不断创新和提升，在两兆瓦及以下风力发电机组的生产已经非常成熟，风力发电机组在设计方面更加智能化和细分化，更加因地制宜的使用风力发电机组了;三兆瓦及以上的大型风力

16、发电机组以及海上风力发电机组技术发展迅速，已经有很多非常好用的甚至达到兆瓦级海上风力发电机组产品成功研发并投入试验和批量供货。6、我国在新的十三五规划中，我国国内风电新增装机容量很可能达到一亿千瓦，平均每年新增风力发电装机容量达两千万千瓦。我国经济要很好地发展，生态也要保护好，基于这种挑战，一切不适合可再生能源发展的，都要革除。第二章 小型风力发电系统概述2.1 小型风力发电的定义 国际电工委员根据小型风力发电机组最新标准IEC61400-2定义的小型风力发电机组（Small Wind Turbine，SWT）非常适合应用于风轮扫掠面积小于二百平方米的小型风力系统，这个小型风力发电系统可以非常

17、有效的将风能转换为电能。目前，世界各个国都在进行小型风力发电系统的市场研究、起草了可再生能源法律或已经指定财务援助计划等项目时，都已经建立了他们自己对小型风力发电机的定义。在五个主要的小型发电机制造国家的定义中，小型风力发电最大容量范围的差异一般在十五到一百千瓦之间变化。2.2 小型风力发电系统的组成 风力发电机在和电网连接的时候叫做并网型风力发电机，风力发电机独立运行的时候叫做离网型风力发电机。离网型风力发电机（或是小型风力发电系统）是一种可以应用在比较偏远地区和电网电力输送不过去的地方，这种离网型风力发电机一般功率都不大。独立风力发电机一般用蓄电池储能，再加上控制部分控制直流交流的转换，还

18、有保护部分，一起组成了独立运行的小型风力发电系统。这样的独立运行的风力发电系统，产生的电量一般能供应一家的用电需求，还有这样独立运行的风力发电系统甚至可以解决部分家庭的用电现状。小型风力发电系统的组成：(1)风力发电机组：一般是由风力机、发电机及控制部件组成的发电系统（简称风电机组）。(2)蓄电池组：由1台以上的蓄电池经过串联组成的储存电能的装置。(3)控制器：主要是系统控制的装置，其主要功能是对蓄电池进行过充过放保护，同时又对系统输入和输出功率起着调节与分配的作用等。(4)逆变器：可以将直流电转换化为交流电的电力电子设备。(5)交流负载：用交流电作为其工作的装置或设备。2.3 小型风力发电系

19、统的种类1）独立型（离网型）风力发电系统 小型风力发电（独立风力发电）规模较小，独立型风力发电系统作为可单独运行的系统，在一些偏远的地区，用电不方便的地区得到很好地使用，其一台容量为十千瓦以下，一般用蓄电池等储能的装置或和其他能源发电技术相结合，就能把风力发出的电能为当地的用电设备供给，解决其用电难的问题。2）并网型风力发电系统 并网型风力发电系统接入电力系统运行且规模较大的风力发电场。单机容量一般在数百千瓦及兆瓦。并网风力发电就既有风力发电系统发出的电能又有电网上的电能，当风力发电系统产生电能多的时候，就把多余的电能传输给电网，这样就可以增加电网中的电能了。当风力发电系统发出的电能不足时，电

20、网也可以补充并网运行设备所需要的电量。大功率风力电机组并网发电是当代主流的风力发电方式，高效率大规模的使用并网发电，效果明显，经济又实用。2.4 小型风力发电系统的用途小型风力发电系统的应用：1）无电地区电力建设：无电地区一般是不容易接通电路的地区，电网无法铺设到得地区，那么人们在这样的地区生活，始终还是需要电的，所以小型风力发电系统在这样的地方再适合不过了，在农场和牧场里，最早应用了小型风力发电系统。像草原这样地势平坦的地理条件最适合小型风力发电系统来发电供给设备使用。草原简直就是现代小型风力发电系统的最理想应用场所。2）商业和工业应用：小型风力发电系统在城市和工厂里的应用，一般都是并网使用

21、的，这样的系统一并网使用能满足工厂和商店的电能消耗。小型风力发电系统的商业和工业应用不仅为业主减少了常规电的使用，塑造了一个积极、绿色的形象，同时也提高了，其产品和服务的竞争力。如果业主得到一些补偿（如净计量、上网电价或税收补偿方案），那么业主可进一步在经济上受益于商业化的小型风力发电系统。3）海水淡化和提纯：随着世界人口的不断增加，日常用的淡水资源肯定不断增加，不仅人口增加需要大量的淡水，就连工业生产制造的过程中也需要很多的淡水，但是随着环境污染的严重，对水资源也有很大的污染。我们身边的淡水资源还是需要我们有效的维护的，当然反向渗透技术带给我们可观的希望，它是海水除盐和提纯的一种重要方法。对

22、于缺水地区而言，小型风力发电系统可以提供高性价比海水淡化供电电源。该技术已经非常成功应用到世界一些地区不同国家的现实生活中了。4）渔业和游船：渔民和水手大部分时间都在湖（河）或海面上工作，这就使得小型风力发电系统可以利用水面上更好地风能资源来发出清洁的、噪音声小的、便宜的电能。5）边防哨所：小型风力发电系统不仅可以利用风能发出清洁的电能，同时也展示给用户在环保方面积极的绿色形象。小型风力发电技术不断提高，使得供电系统越来越高效可靠，军队也开始推广应用小型风力发电系统以代替柴油发电机，来满足他们日常用电的需求。6）互补混合系统：现在的风力发电系统不断地和其他可再生资源混合使用。风力发电和太阳能互

23、补路灯是市场上推广最快的互补发电应用之一。其是配有蓄电池的互补双系统，不仅非常显著地提高了这个供电系统的可靠性，而且还使得产生电能供给的波动性变为最小。7）抽水系统：抽水系统一般都是由风推动风车来完成的。现阶段我国小型风力发电机系统用于抽水的方式已经应用到基层的农业灌溉和大小型水库的供电系统中了，在缺水地区，小型风力发电系统已经取代了传统的柴油发电机的发电，供给水泵动力，为人们提供经济实惠的水资源。8）通信基地：一些偏远地区的通信塔，由于电网无法延伸或者建立电网经济性太差，通常用柴油机发电作为基站的供电。独立供电的小型风力发电系统正在成为柴油发电的替代能源，具有相当大的优势。2.5 小型风力发

24、电系统的指标1）风力发电系统的叶片一般为两到三个，也有四到六个的，而且叶片的结构和制造方法有很多种。2）配以尾翼、塔架、底座、地锚和拉索等。3）风力发电系统中发电机选择具有低速特性的永磁发电机。使得发电机的效率从普通的零点五提高到很多，最高可以达到普通的零点八二。4）绝大多数小型风力发电机都采用被动式侧偏调速保护，这种保护方式使得其风轮的最大功率系数最高可以达到零点四二，并且较低风速也可以启动。5）根据风轮的迎风方式可分为上风型和下风型。6）根据风轮的发动机轴，小型风力发电系统分为水平轴型或垂直轴型。7）叶片材料多样化。8）风轮一般采用定桨距和变桨距这两种，现实中定桨距采用的比较多。9）小型风

25、力发电系统运行平稳、质量可靠，设计的使用寿命一般为十五到二十年。10）小型风力发电机的不仅体积小、重量轻，而且便于安装和运输。2.6 风力发电的优点和缺点风力发电的优点：使用风力发电，不会产生任何排泄物、废气以及可吸入颗粒物，风力发电是对环境没有任何污染的；风力发电还是可以再生的，不断地生成供给人们使用，这样的免费资源是非常可观的，不仅供给人们使用的电能可观，更重要的是，风力资源是不会枯竭的；风力发电设施的建设时间短，相对于其他可再生资源，风能的基础建设所用的时间周期算是非常短的了；还有就是风力发电装机可以是一台，也可以是几台，规模大小要根据当地风力资源的丰富程度决定，这一点说明风力发电非常灵

26、活。风力发电的缺点：风力发电优点很多，经济效益也非常的好，但是它同时也具有一些缺点，如：风力发电机转动的时候，难免会产生一些噪音，很影响路过的人；风力发电规模比较大的时候，人们望眼看去，估计都会产生密集恐惧症的感觉，这是视觉污染；风力发电机不管是一台还是多台，它都会占据一定的土地资源的；虽然现阶段风力发电的技术已经成熟，但是其制造成本也是很高的；风力发电机在风力资源比较丰富的地区建设，会影响当地的鸟类正常飞行，对鸟类的伤害也是比较大的；还有就是风力资源是不稳点的，也不是人们可以控制其风速的大小或者风的方向的。2.7 蓄电池使用注意1）注意蓄电池不可以过放电现阶段，风力发电的转换成电能效率还是很

27、难满足日常用电需求的，常常伴随着用户负载消耗的电能大于风力发电产生的电能，蓄电池持续放电，风力发电提供给蓄电池的电能根本就不能满足蓄电池存储电能供给使用的量，进而造成蓄电池过度放电使蓄电池效率降低。因为风有时有风带动风力发电机转动，有时风小的根本带不动风力发电机转动，所以用户在用电时就不能像使用常规网电那样，拥有恒定的用电，而应该根据风力发电实际情况的掌握来适度用电，即风力发电量多得时候可适当多用电，风力发电量少得时候要省用电，当无风的时间很长的时候，我们就应该少用电或者干脆就停止用电，这个时候就要特别注意蓄电池不要过放电。小型风力发电系统中，蓄电池一般会选择铅蓄电池。2）蓄电池亏电状态的判断

28、（1）控制器应该在蓄电池过充或放电时发出特别的警告声，以便提醒用户注意一下蓄电池的现状，这样可以使用户准确掌握蓄电池的状况。（2）如果控制器指示灯红灯亮的时候，就表示蓄电池有过充或过放的情况；要是绿灯亮就表示蓄电池状态很正常。（3）当蓄电池电压数据不在正常范围内的时候，我们就可以立即断定蓄电池是过充状态或是过放状态。2.8 蓄电池容量的确定因素首先要考虑到小型风力发电系统直接给什么样的负载供给电能，这样的负载每天需要多少电量；其次必须了解当地风能资源的一些具体的产能现况，这样就能测算出蓄电池每天需要存储的能量；再次还要注意到蓄电池的自放电率、电解液的温度、老化等；最后要注意的是蓄电池的容量选择

29、适宜为好，不要过大或者不足。第三章 硬件方案3.1 分析电路的设计部分小型风力发电系统，经过风的推动，发电机就会转动，发电机转动因为磁生电原理，就会产生电能。在小型风力发电系统中，发电机产生的电能，有一部分是直接传输给用户负载使用的，还有一部分是供给蓄电池存储起来的。风力资源丰富与贫乏同样需要注意使用的要点。风力资源丰富期的使用注意点：1）可适当增加用电时间。2）多个用电可同时使用。3）还要注意到，当蓄电池被充满地时候，就要检测卸荷器的温度（必要时可以暂时停车）。风力资源贫乏期的使用注意点：1）可以根据现实情况来减少用户负载的使用时间。2）减少同时使用的电器数量。3）当风力资源贫乏到一点程度时

30、，风力发电肯定不够用，如果蓄电池无法继续供给电能，也没有办法继续给蓄电池充电，那么可以考虑将蓄电池取出去充电。当风力不足时，风力发电机产生的电量少，蓄电池可以持续给用户提供电能供其使用，直到蓄电池电力不足；当蓄电池电量充满了，风力还能继续推动风力发电机输出电能，那么我们就得保护好蓄电池，使得蓄电池处于安全的充放状态。设计好保护电路（过流过压保护）、电流电压检测等。本文主要研究小型风力发电系统检测、保护、显示电路的设计。由于风力有时强，有时弱，对小型风力发电系统的运行有以下4种情况。1）正常启动风速到达后，小型风力发电系统的风轮机就会开始运行工作了。2）当风力很大，带动风力发电机产生大量电能，风

31、力发电机产生的电能，经由电能变换装置装换为用户负载需要的交流电，蓄电池就会把多余的电能存储起来。3）当风速小，不足以带动风力发电机发电或者带动风力发电机产生微小的电能，这个时候，就需要蓄电池直接给用户负载供电了。4）要保证蓄电池充电放电处于安全范围内，又要保证蓄电池内的电量处于正常范围内即蓄电池被充满，就采取措施对多余的电能进行发电处理，以保证整个小型风力发电系统的安全；如果蓄电池电量过低，就需要外部电源对其电量进行补充。基于以上分析，我们了解到，小型风力发电系统检测、保护及显示电路设计主要检测电流、电压、温度，保护蓄电池充放电安全、显示检测数据。小型风力发电系统中，风力发电机因为风力不断改变

32、，风力发电系统风扇面接受到得风量时刻变化，发出的电也不会很稳定，所以最好的方法就是把小型风力发电机发出的电冲到蓄电池里，进而利用蓄电池里面的直流电转化为交流电，才能供给用户负载正常使用。3.2 检测电路设计检测电路设计的目的，实时监测小型风力发电系统的风力发电情况，为其安全运行提供预先检测。检测电路有电流检测和电压检测。霍尔电流传感器分为开环霍尔电流传感器和闭环霍尔电流传感器1.开环霍尔电流传感器开环霍尔电流传感器经行工作时产生的原理：当原边有电流流过时，原边电流就会产生磁场，这个磁场会聚集在磁环的内部，这个磁场的大小完全与流过导体的电流的大小成正比。磁环气隙中有霍尔元件，可以对这个磁场进行检

33、测，并放大输出给检测电路，用霍尔电流传感器可以精确的检测出原边的电流。特点：（1）原边和副边之间拥有绝缘物质，且高度绝缘；（2）体积小，分量轻；（3）无插入损耗；（4）检测范畴广；（5）电耗低。2.闭环霍尔电流传感器工作原理：原边的电流流通时，进入导体，产生的磁场，并且凑集在磁环的内部，通过磁环气隙中的霍尔元件输出信号，把持的弥补电流流过副边线圈发生的磁场进行补偿，并且可以确定的是其补偿电流能非常准确的反应出原边电流。特点：（1）频带规模宽（2）精度高（3）响应时光快（4）温漂小（5）线性度好（6）电流输出，抗干扰性强本次研究小型风力发电系统中，我们选择闭环霍尔电流传感器。闭环电流传感器的原理

34、：原边的电流会在聚磁环处产生磁场，这个磁场要使得霍尔元器件处于检测零磁通的状态下进行工作，就需要进行补偿，然而这个补偿就需要一次级线圈电流产生的磁场来提供，那么这个补偿电流就会精确的确定原边电流。闭环霍尔电流传感器经行工作的过程：主电路流过电流，电流就会在主电路上产生一个磁场，霍尔元件可以感应到这个磁场，并且霍尔元件感应这个磁场后会输出一个信号，这个信号就会使功率管导通，从而产生一个补偿电流。补偿电流则通过多匝绕组就会产生一个补偿的磁场，这个磁场和会被测电流产生的磁场正好相反，因此补偿磁场就补充了原来的磁场，从而使得霍尔元器件的输出不断地减少。当两个磁场相等时，霍尔元器件的作用就是指示零磁通了

35、。我们就用这个原理用补偿电流来测原电流的，只要补偿电流和原电流相等就能测得原电流，虽然原电流可能一直变化，霍尔元器件就会一直有信号输出，但是根据霍尔元器件的输出又会有补偿电流流过次级绕组产生补偿磁场对原磁场进行补偿，最终会再次达到平衡，这样我们就可以利用补偿电流测得原电流了。霍尔电流传感器选择BJHCS-LT205系列传感器，它是基于闭环磁平衡原理的一款霍尔电流传感器，根据补偿电流能测得原电流大小的原理，还能够测量直流直流、交流、脉冲，还可以测得各种不规则的电流。3.霍尔电压传感器霍尔电压传感器本质是一种小电流的电压传感器，只不过它是通过采样电阻把被测的电压转变为小电流，对这个小电流进行测量就

36、可以知道测得电压值了。4.温度传感器温度传感器用的是PT100温度传感器。这款温度传感器是将温度信号转换成电信号，进而进行处理测得需要知道的温度值。负载电流检测电路负载电流检测电路，检测的负载电流是交流。电流经过C1，C3，R1流入运算放大器，C1，C3的作用是滤波，运算放大器U1：A把双极性信号成比例的转化为单极性信号，起到采样的作用；电流流过U1:B，这部分起到调理的作用；C6，C38，R6构成低通滤波器，用来除去电流中的开关频率次谐波的，起到滤波保护的作用。后面的两个二极管，起到保护的作用。负载电压检测电路电压经过C8，C12，R8，R9流入运算放大器，C8，C12的作用是滤波，运算放大

37、器U2：A把双极性信号成比例的转化为单极性信号，这一部分是进行了采样；电压流过U2:B，这一部分起到调理的作用；C10，C39，R14构成低通滤波器，用来除去电流中的开关频率次谐波的这一部分起到滤波的作用，后面的两个二极管，起到了保护的作用。蓄电池电流检测电路蓄电池电流检测电路检测的电流是直流。电流经过C11，C14，R16流入运算放大器，C11，C14的作用是滤波，运算放大器U3：A把双极性信号成比例的转化为单极性信号，起到了采样的作用；电流流过U3:B，这一部分起到了调理的作用；C18，C40，R22构成低通滤波器，用来除去电流中的开关频率次谐波的，起到了滤波的作用；后面的两个二极管，这一

38、部分起到了保护的作用。蓄电池电压检测电路电压经过C19，C23，R23，R24流入运算放大器，C19，C23的作用是滤波，运算放大器U4：A把双极性信号成比例的转化为单极性信号，这一部分起到了采样的作用；电压流过U4:B，起到了调理的作用；C22，C41，R30构成低通滤波器，用来除去电流中的开关频率次谐波的，起到滤波的作用；后面的两个二极管，起到保护的作用。PT100温度检测电路这里可以根据运算放大器的“虚短”，“虚断”作用，就能把非常微小的电压信号，变换为适合输送的电压信号，并传输到A/D转换器中进行转换。PT100温度传感器主要指标为：1）温度测量范围是-200到650摄氏度。2）测量温

39、度的精确度是0.1摄氏度。3）稳定性是0.1摄氏度。PT100温度传感器测量范围很广，偏差又小，而且性能很好。有很好地稳定性，还有很好地耐高压的特性，还具有抗震动的能力。PT100温度传感器的性能这么好主要是因为，它采用了白金（PT）作成的电阻式检测温度的仪器，相对于负电阻系数，它属于正电阻系数。测量温度的主要原理就是测量传感器内部电阻，并把电阻的变化情况转换成模拟信号，但是我们需要的是数字信号，所以再将检测出来的模拟信号进行转换，转换成数字信号，再由微型芯片计算出其检测温度。3.3 保护电路设计小型风力发电系统的组成很简单，简化说就是风力带动发电机产生电能，传给蓄电池等储存电能的设备，储存设

40、备选择蓄电池，那么我们这个保护电路主要保护的就是蓄电池充放电安全问题。（1）蓄电池充放电曲线 蓄电池经行充电时的曲线 蓄电池放电经行放电时的曲线那么在实际运行中，蓄电池不仅要充电，还要放电给用户使用。蓄电池的充电保护就是必须的了。（2）蓄电池过充过放保护电路欠压保护电路：当电池电压值大于九V时，DW1导通，它的阳极电压为正，V1反偏截止，V2导通，这时电流经过C2触发，SCR1导通，蓄电池正常输出电压，黄色发光管LED1熄灭，红色发光管LED2亮，作电池电压正常指示。当电池电压值小于九V时，DW1截止，它的阳极电压为负，V1正向导通，这时C2电压经过SCR2加于SCR1阴极上，SCR1截止，它

41、的输出端无电压输出。LED2熄灭，LED1亮，指示电池电压不足。充电电路：当电池电压低时，DW2截止，V3导通，电流经过C3触发SCR3导通，充电电路对电池充电。绿色发光管LED3亮。当电池电压被充到十三V以上时，DW2击穿，它的阳极电压为正，V3截止，D1导通，触发SCR4导通，这时C3正极电压经过SCR4加到SCR3阴极上，SCR3截止，电路就会停止对电池充电。3.4 显示电路设计显示电路用1602液晶显示，电路图如下：字符型液晶显示模块，介绍其用法。（1）1602LCD主要技术参数：显示容量:16×2个字符芯片工作电压:4.55.5V工作电流:2.0mA(5.0V)模块最佳工作

42、电压:5.0V字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm（2）引脚功能说明1602LCD采用标准的14脚（无背光）或者16脚（带背光）接口，这里我们用到的是14脚（无背光）的，它的各引脚接口说明如下：VSS引脚是电源地 编号为9VDD引脚是电源正极 编号为10VEE引脚是液晶显示偏压 编号为11RS引脚是数据/命令选择 编号为12R/W引脚是读/写选择 编号为13E引脚是使能信号 编号为14各个引脚接口的说明如下：（1）VSS引脚为地电源。（2）VDD引脚接5V正电源。（3）VEE引脚是液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高。 （4）RS引脚为寄存器

43、选择，当是高电平的时候选择数据寄存器、当是低电平的时候选择指令寄存器。（5）R/W引脚为读写信号线，在高电平的时候进行读操作，在低电平的时候进行写操作。当RS和R/W同时为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。（6）E引脚端为使能端，只要E端由高电平跳变成低电平，那么液晶模块就会执行命令。（7）D0D7为8位双向数据线。1602LCD的指令说明及时序1602液晶的控制器一共拥有11条控制指令如下：与HD44780相兼容的芯片时序表如下：3.5 CANCAN是属于现场总线范畴的，在本设计中，我们需要和主电路等进行

44、相互数据传输，所以我们要用到CAN。1）CAN总线的特点（1）CAN总线具有实时性比较强、传输距离远、成本也比较低，并且CAN的抗干扰能力也是很强的。（2）CAN采用双线串行通信方式，检查错误能力也比较强，可以在高杂声干扰环境中工作。（3）CAN不仅具有优先权功能，而且还有仲裁功能。（4）CAN还可以根据报文的ID决定接受或屏蔽该报文。（5）CAN具有可靠的错误处理机制，同时还具有检查错误的机制。（6）CAN中发送的信息被破坏后，还可以重新发送，并且是自动的。（7）CAN中节点一般不会在一些小错误中退出总线，CAN中的节点只有在遭遇到比较严重的事情下才会有所反应，为了更好地保护总线，CAN将会

45、自动退出。（8）在CAN 中，报文的内容是用标示符来指引功能信息还有优先级信息的。报文在CAN中非常重要，但是报文的内容不包含源地址，当然也不包含目标地址。2）CAN总线原理图SJAl000的ADOAD7这几个接口分别接到AT89C51的P0口上，CS直接连接到AT89C51的P20引脚上，而SJA1000的RD、WR、ALE分别和AT89C51的相对应的RD、WR、ALE引脚相连接，INT接AT89C51得IN-T0， 因此CPU就可以通过中断的方式来直接访问SJA1000。要想CPU片外存储器地址选中SJA1000，那么P20就得为0。只有这样CPU就会通过与SJA1000相通讯的地址来进

46、行执行操作。一般执行读写操作。因为本设计将SJAl000的AD0AD7和STC89C5l的P0.0P0.7口相连，CS连接到P20口，ALE、WE、RD分别与单片机的ALE、WE、RD管脚相连，所以SJAl000就相当于单片机的外部存储器。通过与SJAl000相连接，单片机就会执行一些指令对自己的外部的寄存器SJAl000进行操作。一般为读写操作。SJAl000的MODE接 高电平，采用的是intel二分频模式，TXO和RX0通过高速光耦器件6N137与CAN收发器82C250连接，PCA82C250的TXD引脚接发送信号，RXD 引脚接收驱动信号，PCA82C250其实起到中间转换作用的，P

47、CA82C250的CANH管脚和CANL管脚一般接到传输介质上。 3）CAN总线的一般应用CAN总线期初完全是为了汽车的电子控制系统而设计的，后来一点点向自动控制、航空航天、农用机械等领域发展。4)CAN总线收发器82C250内部结构如下： 实际原理图：CAN总线收发器82C250是CAN总线的中转站点，不仅CAN总线收发器82C250具有的电流限制电路，对总线进行保护，而且还提供对CAN总线的差动发送还有接受能力，这样就能更好地通讯了。 TXD引脚的功能是和控制器的串行数据输出端相连接，进行发送数据。GND引脚就是指地。VCC引脚是接电源的。RXD引脚是接受数据输出端，接到控制器的串行数据输

48、入端。VREF引脚接到基准电压输出端。CANL引脚接到低电平输入/输出端。CANH引脚接到高电平输入/输出端。RS引脚接到斜率控制电阻输入端。5）CAN系统软件设计89C51的软件设计是由SJA1000初始化还有SJA1000的接受发送等部分构成。6）SJA1000初始化软件设计SJA1000初始化程序的设计是在SJA1000的复位模式下利用软件复位模式实现的。其实就是通过对SJA1000的寄存器进行写入相应地控制指令，进而确定SJA1000的工作方式，SJA1000的寄存器中进行写入控制指令， 来控制程序的初始化进程。7）SJA1000数据发送软件设计SJA1000数据发送软件设计是通过报文

49、的发送来完成的，发送报文需要根据CAN协议规范进行自动完成，这些也是CAN控制器的工作。一般情况下，CPU会把报文存储到缓冲器中，并且在置位命令寄存器中进行请求标志的发送。8）SJA1000数据接收软件设计 在SJA1000接收数据软件设计中，这里的CPU会通过周期性的对CAN控制器的状态寄存器进行读取，并且检测缓冲区是否有转台标志，确定之后再决定是否至少接受到一个报文操作。当接收缓存区状态标志指示为“空”的时候，就表示没有接收到报文。这时CPU会一直进行当前的任务，但是一旦检查到接收缓存区状态有新的请求时，CPU就会立即执行新的任务。 在接收缓存区状态标志为满时，就表示已经接收到一个或者多个

50、报文了，此时的CPU将从CAN控制器取出第一个报文，接着就置位命令寄存器中的释放接收缓存区标志。第四章 结论2015年3月下旬，我开始了我的毕业论文工作，时至今日，论文基本完成。从最初的茫然，到慢慢的进入状态，再到对思路逐渐的清晰，整个写作过程难以用语言来表达。历经了几个月的奋战，紧张而又充实的毕业设计终于落下了帷幕。回想这段日子的经历和感受，我感慨万千，在这次毕业设计的过程中，我拥有了无数难忘的回忆和收获。3月中旬，在与导师的交流讨论中我的题目定了下来，是小型风力发电系统检测、保护及显示电路的设计。当选题报告，开题报告定下来的时候，我当时便立刻着手资料的收集工作中，当时面对浩瀚的书海真是有些

51、茫然，不知如何下手。我将这一困难告诉了导师，在导师细心的指导下，终于使我对自己现在的工作方向和方法有了掌握。在搜集资料的过程中，我认真准备了一个笔记本。我在学校图书馆搜集资料，还在网上查找各类相关资料，将这些宝贵的资料全部记在笔记本上，尽量使我的资料完整、精确、数量多，这有利于论文的撰写。然后我将收集到的资料仔细整理分类，及时拿给导师进行沟通。4月初，资料已经查找完毕了，我开始着手论文的写作。在写作过程中遇到困难我就及时和导师联系，并和同学互相交流，请教专业课老师。在大家的帮助下，困难一个一个解决掉，论文也慢慢成型。4月底，论文的文字叙述已经完成。在作图初期费了很大的力气和周折作的图还是不好，

52、经过导师的指导，我逐渐掌握了技巧，我逐渐掌握了画图的技巧。在老师的指导下我也完成了论文的排版工作。论文的初稿基本完成。6月初，我把我完成的初稿交给老师，老师根据我写的论文进行了耐心的指导，从图形的格式、公式的格式、论文的重点和文献综述方面都一步一步的教导了我。经过老师的细心指导我对论文的内容格式等进行了一定的修改。本论文中，主要设计了小型风力发电系统的检测、保护及显示电路的设计，实现了小型风力发电系统对蓄电池电流电压的检测和对电路电流电压的检测，还有对温度的检测，并且设计了对蓄电池充放电的保护，最后显示出来。我不会忘记这难忘的几个月的时间。毕业论文的制作给了我难忘的回忆。在我徜徉书海查找资料的

53、日子里，面对无数书本的罗列，最难忘的是每次找到资料时的激动和兴奋；记忆最深的是每一步小小思路实现时那幸福的心情；为了论文我曾赶稿到深夜，但看着亲手打出的一字一句，心里满满的只有喜悦毫无疲惫。这段旅程看似荆棘密布，实则蕴藏着无尽的宝藏。我从资料的收集中，掌握了很多监理的知识，让我对我所学过的知识有所巩固和提高。在整个过程中，我学到了新知识，增长了见识。在今后的日子里，我仍然要不断地充实自己，争取在所学领域有所作为。写作毕业论文是我们每个大学生必须经历的一段过程，也是我们毕业前的一段宝贵的回忆。当我们看到自己的努力有收获的时候，总是会有那么一点点自豪和激动。任何事情都是这样子，需要我们脚踏实地的去

54、做，一步一个脚印的完成，认真严谨，有了好的态度才能做好一件事情，一开始都觉得毕业论文是一个很困难的任务，大家都难免会有一点畏惧之情，但是经过长时间的努力和积累，经过不断地查找资料后总结，我们都很好的按老师的要求完成了毕业论文的写作，这种收获的喜悦相信每个人都能够体会到。这是一次意志的磨练，是对我实际能力的一次提升，相信对我未来的学习和工作有很大的帮助。学习成绩不是非常好，但我却在学习的过程中收获了很多。随着学习的进步，我不止是学到了公共基础学科知识和很多专业知识，我的心智也有了一个质的飞跃，能较快速的掌握一种新的技术知识，我认为这对于将来很重要。在学习知识这段时间里，我更与老师建立了浓厚的师生

55、情谊。老师们的谆谆教导，使我体会了学习的乐趣。我与身边许多同学，也建立了良好的学习关系，互帮互助，克服难关。现在我已经接近毕业，正在做毕业设计，更锻炼了自我的动手和分析问题能力，受益匪浅。脚踏实地，认真严谨，实事求是的学习态度，不怕困难、坚持不懈、吃苦耐劳的精神是我在这次设计中最大的收益。我想这是一次意志的磨练，是对我实际能力的一次提升，也会对我未来的学习和工作有很大的帮助。 在这次毕业论文撰写中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。 在此更要感谢我的导师和专业老师，是你们的细心指导和关怀，使我能够顺利的完成毕业论文。在我的学业和论文的研究工作中无不倾注着老师们辛勤的汗水和心血。老师的严谨治学态度、渊博的知识、无私的奉献精神使我深受启迪。从尊敬的导师身上，我不仅学到了扎实、宽广的专业知识，也学到了做人的道理。在此我要向我的导师致以最衷心的感谢和深深的敬意。 致谢踉踉跄跄地忙碌了两个月，我的毕业设计课题也终将告一段落。点击运行，也基本达到预期的效果，虚荣的成就感在没人的时候也总会冒上心头。但由于能力 和时间的关系，总是觉得有很多不尽人意的地方，譬如功能不全、外观粗糙、底层代码的不合理数不胜数。可是，我又会有点自恋式