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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

选题目的：

人类发展离不开能源，能源短缺已经成为全球焦点问题，伴随着天然气、煤炭、石油价格的持续飙升，以及温室效应、环境污染等问题的出现，各国纷纷开发利用清洁新能源。风能是一种分布广泛、清洁无污染的可再生能源，大规模利用风能，普及风力发电，对改变能源结构、减弱温室效应具有重要的意义。风力发电技术发展较早，技术较为成熟，且风能蕴涵量大，分布广泛。因此，风能具备完善的开发利用条件。风力发电机将风能转换为电能的装置，由于风能具有重要的开发利用价值，而且具有无污染、可再生等突出优点，近年来，风力发电技术取得了巨大的进步，在各类新能源发展中，风力发电占比增长速度最快。但是风能能量密度较低，风向和风力大小的不确定性，导致风力发电效率一直难以提高，如何提高风力发电效率一直是风电技术研究的重点。

2. 研究的基本内容

本论文并没有从传统的优化新型的叶片结构或是不同的叶片曲线方面着手来提高风力发电机的效率。而是提出了利用谐振网络来提高垂直轴风力发电机发电效率的方法，本论文设计了一套高效节能谐振式风力发电系统。整个系统由小型垂直轴风力发电机、谐振网络、效率验证系统（电机系统、电机系统）、控制系统、负载组成,系统组成如图6所示。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

一、实施方案：

如下图7所示，本论文从软、硬件两个方面深入研究LC谐振网络对垂直轴风力发电机效率的影响。

图7 系统总体框图

如图7，本论文设计叶片风压采集系统、功率回路、谐振控制系统、上位机控制终端四部分，首先垂直轴风力发电机由风叶和发电机组成，其中风叶为三片，发电机部分由上转子磁轭、上转子磁极、定子分封装盘，定子线圈、下转子磁轭、下转子磁极、轴组成。通过SolidWorks画出三维图，并按尺寸加工，制作出实物；

然后利用压力传感器和STC8单片机实现风速测量；

接着利用Multisim软件仿真由继电器控制的谐振网络电路，谐振网络的两个输入端接风力发电机的一个输出绕组，绕在磁芯上的1000匝线圈作为谐振电感，选取600UF/450V耐压的无极限性电容作为谐振电容，选取3个200UF/450V耐压的无极性电容作为能量抽取电容，选取3个继电器作为3个能量抽取开关，分别控制这些电容是否并联到谐振电容两端。最后实际焊接电路；

然后基于LabVIEW软件平台，进行测控终端的开发，包括用户界面的设计、端口实时工作情况显示和数据的接受等；

最后利用三片STC8单片机和NRF2401实现三个控制部分的无线通讯；

为了能方便验证本作品能量流动控制方法的有效性，本论文另外组建了由电机和电磁离合器组成的效率验证系统，利用SolidWorks软件设计制作了电磁铁离合的机械结构，电磁铁离合部分主要是由MQZL5直流电磁铁和金属铝管所组成。电机驱动系统由由直流无刷电机，直流无刷控制器，行星减速器，单片机芯片，场效应管构成，提供初始动力。

二、进度安排：

表1进度安排

预期效果：

1. 制作一套带LC谐振电路的风力发电系统；

2. 基于LabVIEW软件平台的上位机控制终端；

3. 制作谐振发电机的效率测控系统；

4. 参考文献

[1]孙云峰. 垂直轴风力发电机的发展概况及趋势[j].农村牧区机械化,2008, (2): 42-44.

[2]何志宁, 刘座铭,张宗珍.垂直轴风力发电机的发展历史及现状[j].机械工程，2014,(2);39-40.

[3]杨益飞,潘伟. 垂直轴风力发电机技术综述及研究进展[j].中国机械工程师,2013, (24):703-709.