报废混合励磁汽车发电机改用风力发电的设计
第２６卷第１期砟家口职业技术学院净挥
Ｖ０１．２６Ｎｏ．１
２０１３年３月
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＺｈａｎｇｊｉａｋｏｕＶｏｃａｔｉｏｎａｌａｎｄＴｅｃｈｎｉｃａｌＣｏｌｌｅｇｅ
Ｍａｒｃｈ，２０１３
报废混合励磁汽车发电机改用风力发电的设计
吕德刚１，李
军２，孟庆伟３，许建辉４
（１．黑龙江工程学院汽车与交通工程学院，黑龙江哈尔滨１５００５０；２．哈尔滨职业技术学院电气工程系，黑龙江哈尔滨１５００８１；
３．哈尔滨科佳电气有限公司，黑龙江哈尔滨１５００５０；４．哈尔滨东安汽车动力股份有限公司，黑龙江哈尔滨１５００６６）
摘要：设计一种利用报废汽车发电机进行风力发电的系统，将废旧汽车发电机重新利用，加装部分零部件例如叶轮、偏航系统等，就能改装成非常实用小型的风力发电系统。作为偏远地区及野外的照明供电设备，价格低廉、无污染、方便实用，同时也可以将其他废旧汽车零部件如车灯应用于本系统，实现绿色循环再利用的环保理念。
关键词：风力发电；汽车发电机；报废中图分类号：ＴＭ６１４
文献标识码：Ｂ
文章编号：１００８—８１５６（２０１３）Ｏｌ一００６４—０３
引言
顺着风向旋转的力矩，防止转速过高。风力降低时，偏心力在我国，每年报废汽车约３００万辆，目前汽车报废回收
矩减小，风轮自动恢复原位置。这种调速法的优点是结构的主要方式是材料回收，即拆解破碎、分类，重新冶炼，作
简单，保护风轮、发电机不会因过载而损坏。
为再生材料，重新应用于生产。在报废汽车中，部分元器件可以作为整体再利用，如汽车发电机及其调节器，运用风力发电理论，与蓄电池、汽车前照灯泡用电设备简单组合，就构成了一个简单实用的小型风力发电系统，安装在偏远牧区、山区，矿山或野外作业单位，用以照明或者驱动小型用电设备。
一、系统总体设计（一）系统总体布局
本系统如图１所示，在风力作用下，风轮获得风能旋转，驱动中心轴，通过增速器，达到汽车发电机额定转速。为了保证足够的驱动力，风轮后机箱外侧有稳定风轮方向的舵面，使风轮始终对准迎风面；舵面为了避免风吹过叶轮造成的涡流，设计成尾翼上翘式。
为避免风速过高，对机械系统部分造成损坏，必须在风速过高的时候进行调速。对大多数小型风力发电机来说，都采用了风轮偏心调速方式，就是指风力发电机风轮轴线与风力发电机机头的轴线之间有一距离，称为偏心图ｌ系统原理图
距。当风力超过设计风速时，偏心距可促使风轮产生一个
１一叶轮２一偏航系统３一齿轮葙４－－汽车发电机
５一调向机构
６一塔架７－－蓄电池
收稿１５１期：２０１３—０２—２１修回日期：２０１３—０３—０６
作者简介：吕德刚（１９７４一），男，黑龙江哈尔滨人，黑龙江工程学院汽车与交通工程学院讲师，硕士。研究方向：汽车电器与电子设计开发。
立项课题：本文系黑龙江教育厅科学技术研究项目（立项编号：１２５１１４４２）的研究成果。
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２０１３年３月
（二）系统电路设计
吕德刚，李军，孟庆伟等报废混合励磁汽车发电机改用风力发电的设计
第１期
机，可调节性差，输出电压不够稳定，也会给电压调节电路造成过重的负担。故采用混合励磁式发电机。自然界内风速波动性较大，发电机调节稳压电路应有高负荷承载能力，故采用晶闸管电路。系统输出整流及电压调节原理如图２所示。
汽车发电机安装在汽车上时，发动机起动转速上升很快，电机先是自激励磁，然后过渡到他激励磁的方式，从自激到他激时间较短。风力发电时，转速上升较慢，自激时间过长，会过度消耗蓄电池能量；但如果采用永磁汽车发电
图２整流及电压调节原理图
二、风力发电功率的计算
对于家庭简单的生产生活用电，应保证平均日消耗电量在０．４９３ＫＷｈ左右的电能，全年总用电量在１８０ＫＷｈ左右。如在松花江下游地区，根据国家气象局的数据显示，风能密度为２００Ｗ／ｍ２以上，每年风速≥３ｍ／ｓ的时间为５０００ｈ，每年风速≥６ｍ／ｓ的时间在３０００ｈ以上，属于风能丰富区。风力机能够捕获的风能，可以通过下面的公式进行计算：
果取常见５００Ｗ的汽车发电机作为电源，满负荷情况下，１８０ＫＷｈ意味着每年平均满负荷工作时间在３６０小时即可，完全满足发电需要。
取风能利用系数为０．３，空气密度约为１．２９ｋｇ／ｍ３，综
合利用效率一般为０．６—０．９，指的是摩擦等机械传动损失，取下限０．６。在风速为低速３ｍ／ｓ的条件下，可以推算所需风轮叶片长度约为０．４ｍ，无论安装还是维护，都比较方便。
Ｐ＝丢甲Ａ护ｃ，，｝≤｛训矿田ｏ｛叫旷ｏ．５９７７
式中：
Ｐ．一发电功率，ｋＷ；
结语
（一）废旧汽车发电机再利用，既实现了报废物品再利用，体现了循环经济的理念，还能解决偏远农牧山区的用电问题。
（二）系统造价非常低廉，结构可靠，无污染，在我国现有的风力资源条件下，使用报废汽车发电机进行发电，能够满足简单日常生产生活需要。
（三）以本系统为核心，可以在不对电源进行交流逆变的情况下，把汽车其他废旧零部件进行再利用，如利用车灯照明，对汽车空调系统再利用等。
旷空气密度，ｋｇ／ｍ３；
卜风速，ｍ／ｓ；
Ａ一风轮截面，ｍ２；
Ｇ。一风能利用系数；
竹～综合利用效率。
其中Ｃｐ的取值是根据贝兹理论，最大值是０．５９。考虑到风轮实际捕风能力，一般小型风机取值０．３左右。国内汽车发电机功率分为以下几个等级：１８０Ｗ，１８０
Ｗ一２５０Ｗ，
２５０Ｗ一３５０Ｗ，３５０Ｗ一５００Ｗ，５００Ｗ一７５０Ｗ，７５０Ｗ一１０００Ｗ，＞１０００
参考文献：
［１］毛峰．汽车电器［』Ｉｆ］．北京：机械．ｒ－，＿Ｉｋ出版社，２０１１．
Ｗ，大多数汽车发电机都在５００Ｗ左右。如
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２０１３年３月张家口职业技术学院学报
现状［门．太阳能学报，２００４，（０５）：６１２—６１９．
第１期
［２］章安志，程大章．风力发电系统控制技术的研究［＿ｒ］．
低压电器，２００８，（１７）：４９—５２．
［３］王承煦，张源．风力发电［肘］．北京：中国电力出版社，２００３．
［４］董萍，吴捷，杨金明，陈渊察．风力发电机组建模研究
［５］李毅，温正忠，赵少刚，陈丽娟．风力发电机偏航系统模糊控制的研究［＿，］．现代机械，２００７，（０１）：２９—３０．［６］李德孚．户用小型风力发电系统现状与发展［Ｊ］．节能与环保，２００５。（０７）：１８—２０．
ＤｅｓｉｇｎｏｆＡｂａｎｄｏｎｅｄＨｙｂｒｉｄＥｘｃｉｔａｔｉｏｎ
Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ
ＡｌｔｅｒｎａｔｏｒＵｓｅｄｉｎｔｈｅ
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（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅａｎｄＴｒａｆｆｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ１５００５０；
２．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨａｒｂｉｎＶｏｃａｔｉｏｎａｌ＆Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ
３．Ｈａｒｂｉｎ
Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｈａｒｂｉｎ，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ
１５００５０；
１５００８１；
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４．ＨａｒｂｉｎＤｏｎｇａｎＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＰｏｗｅｒＣｏ．，Ｌｔｄ．Ｈａｒｂｉｎ，Ｈｅｉｌｏｎｇｄｉａｎｇ，１５００６６）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｓｃｒｉｂｅｓｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆ
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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗｉｎｄｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ；ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｇｅｎｅｒａｔｏｒ；ａｂａｎｄｏｎ
｜Ｅ｜Ｅ—目■ｊＦ｜Ｅ—目■｛Ｆ，Ｅ●刍ＩｊＥ｜Ｅ—岛●旮ｔ｜ＥｊＥ｜Ｅ—目●习鼻｜Ｅ●与●｛ｔｊＥ■刍●｛｝ｊＥ—勺●｛ｔ，Ｅ●勺●ｊ｝｜Ｅ—乌●爿Ｐ—Ｅ—穹Ｉ｜ｔ｜与●ｊ鼻｜Ｅ—勺●习Ｅ
（上接第５７页）
ＯｎＰｏｒｔｆｏｌｉｏＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔ
ＺＨＯＵＬｉ
（ＨｕａｎｇｇａｎｇＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＣｏＨｅｇｅ，Ｈｕａｎｇｇａｎｇ，Ｈｕｂｅｉ
４３８００２）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＰｏｒｔｆｏＨｏ
ｒｅｓｕｌｔｓ．Ｉｔ
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ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｉｎｃｌｕｄｅｓｎｏｔｏｎｌｙｑｕａｌｉｔｙａｎｄｑｕａｎｔｉｔｙｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ。ｂｕｔａｌｓｏｔｈｅｌｅａｒｎｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｌｅａｒｎｉｎｇ
ｔｒｕｌｙｒｅｆｌｅｃｔｍｏｒｅｏｆｔｈｅｓｔｕｄｅｎｔｓ’ｌｅａｒｎｉｎｇｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅａｎｄｔｈｅｉｒｇｒｏｗｔｈｆｒｏｍｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｓｐｅｃｔｓ，ｔｈｕｓｓｈｏｗｉｎｇｔｅａｃｈｅｒｓ’
ｔｅａｃｈｉｎｇａｎｄｓｔｕｄｅｎｔｓ’ｌｅａｒｎｉｎｇｐｒｏｇｒｅｓｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｏｒｔｆｏｈｏ；ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ；ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ；ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ
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