楊長慶

摘 要：太陽能和風能是目前兩種最具有發(fā)展前途的可再生清潔能源，發(fā)展工作可靠、效率高、成本低的風力發(fā)電裝置成為我國和世界各國的追求。在當代工業(yè)發(fā)展不斷壯大的背景下，汽車工業(yè)逐漸成為我國經(jīng)濟發(fā)展的支柱型產(chǎn)業(yè)之一。隨著人們生活水平的提升，燃油汽車已然無法滿足其對質(zhì)量的追求，因而新能源電動汽車應(yīng)運而生。為有效解決新能源電動汽車的供電、節(jié)能需求，本文在對汽車與風能發(fā)電加以概述的基礎(chǔ)上，提出發(fā)電機的創(chuàng)新性設(shè)計，并嘗試對電動汽車風力發(fā)電系統(tǒng)加以設(shè)想，旨在為業(yè)內(nèi)同仁提供參考。

關(guān)鍵詞：太陽能；風能；風力

中圖分類號：U469.72 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）30-0152-01

引 言

風是空氣流動的現(xiàn)象，空氣有一定的質(zhì)量，空氣的流動具有一定的動能，就是可利用的風能，風能是清潔的、無污染的、取之不盡用之不竭的可再生能源。在常規(guī)能源面臨嚴重短缺以及全人類對生態(tài)環(huán)境保護意識的提高雙重壓力下，風能將逐漸成為21世紀人類利用的主要能源。

1 風力發(fā)電與汽車風能

1.1 風力發(fā)電概述

風力發(fā)電，英文寫作“wind power generation”，是指將風力作用下，將其動能轉(zhuǎn)化為電能的一中過程，風能也成為近年來備受矚目的可再生新能源之一。目前，風力發(fā)電主要流行于芬蘭、丹麥等特殊氣候國家。其主要工作原理為：在風力作用下，風車葉片產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，同時利用增速機，將其旋轉(zhuǎn)速度大幅度提升，借此帶動發(fā)電機產(chǎn)生電力。由于風力發(fā)電不需要燃料，且無輻射、無空氣污染，效果較好且可再生，因而備受世界人民喜愛[1]。

1.2 汽車與風能

早期汽車所使用的常規(guī)能源通常為汽油、柴油等，一方面該類資源面臨枯竭，間接造成汽車使用成本逐漸上升；另一方面，隨著人們環(huán)保意識的崛起，新能源的不斷開發(fā)，致使新能源中的代表——風能，開始在各行各業(yè)暫露頭角。

由于風的速度和方向是不斷變化的，因而風能存在變化性和不穩(wěn)定性，利用風能發(fā)電面臨困難，但風能的變化是有規(guī)律可循的。隨著風力發(fā)電技術(shù)研究的深入，發(fā)電裝置的不斷簡化及創(chuàng)新，人們開始將風能與汽車相結(jié)合。試想，汽車高速行駛過程中，與流動空氣摩擦形成具有一定方向性的風能，風速吹在與風速垂直的汽車表面形成風壓，掌握風速與風壓等風力資源的開發(fā)利用，具有極大經(jīng)濟價值[2]。

利用汽車高速行駛的風阻，通過風力渦輪機或風輪將獲取的風能轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)機械能驅(qū)動，通過專用發(fā)電機將風能轉(zhuǎn)化成電能，實現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定地向電動汽車蓄電池充電，以解決新能源電動汽車的電力自給自足。

2 風能發(fā)電機創(chuàng)新性設(shè)計

2.1 風能發(fā)電機現(xiàn)存問題

發(fā)電機是將風能收集的機械能變成電能，傳統(tǒng)的發(fā)電機是按輸入穩(wěn)定的轉(zhuǎn)距和轉(zhuǎn)速設(shè)計的，無法適應(yīng)風能輸出的變化轉(zhuǎn)距和轉(zhuǎn)速，汽車風力發(fā)電機組必須保證其在各種行駛風況、氣候條件下能夠長期安全運行，還必須考慮湍流和其他極端風況?！半p凸極直流發(fā)電機”為電動汽車風力發(fā)電專項設(shè)計定制[3]。

雙凸極電機的相電動勢波形很難達到正弦波，因而不易構(gòu)成交流發(fā)電機，一般和二極管整流電路組合構(gòu)成直流發(fā)電機，由于永磁雙凸極電機磁場調(diào)節(jié)困難，常用電勵磁雙凸極式混合勵磁雙凸極電機與整流器構(gòu)成汽車直流發(fā)電機。

2.2 電勵磁雙凸極直流發(fā)電機

電勵磁雙凸極直流發(fā)電機是近年來新興起的一種發(fā)電機，與傳統(tǒng)開關(guān)磁阻發(fā)電機相比，電勵磁雙凸極直流發(fā)電機有以下優(yōu)勢：①雙凸極發(fā)電機轉(zhuǎn)子上沒有磁鋼，沒有線圈，僅由硅鋼片疊壓而成，結(jié)構(gòu)簡單可靠，制造方便，維護簡單。②雙凸極發(fā)電機的輸出為二極管整流電路，通過勵磁調(diào)節(jié)保持輸出直流電壓不因轉(zhuǎn)速和負載太小而變，它的后接直接向蓄電池充電[4]。③雙凸極發(fā)電機發(fā)電運行時，不需要多管功率電子變換器。由于它轉(zhuǎn)子上沒有永磁磁鋼，沒有鼠籠，消除了永磁同步電機和鼠籠感應(yīng)電機的缺陷，在用作高轉(zhuǎn)速、大功率汽車風力發(fā)電裝置方面，比其它開關(guān)磁阻電機更可靠[5]。

3 電動汽車風力發(fā)電系統(tǒng)設(shè)想

3.1 工作狀態(tài)

電動汽車風力發(fā)電系統(tǒng)有四種工作狀態(tài)：①剩余風能向蓄電池充電，高速大風時，風力發(fā)電機輸出功率大，除供給電動驅(qū)動系統(tǒng)，汽車環(huán)境控制系統(tǒng)和汽車艙門窗及制動系統(tǒng)、操縱機構(gòu)等本地用戶供電外，還有余量，多余電能向蓄電池充電；②風小或大風時，風力發(fā)電機不能輸出功率，蓄電池直接向動力系統(tǒng)和本地用戶供電；③風力發(fā)電機和蓄電池同時向動力驅(qū)動和本地用戶供電；④風力發(fā)電機僅向蓄電池充電，不向其它或本地用戶供電。

3.2 電動汽車直流電源系統(tǒng)設(shè)想

由于汽車風力發(fā)電機工作轉(zhuǎn)速在寬廣的范圍內(nèi)變化，必須有電壓調(diào)節(jié)器和發(fā)電機配套使用，電壓調(diào)節(jié)器的作用是通過調(diào)節(jié)電動機的勵磁電流使電機輸出電壓保持不變，電動汽車風力直流發(fā)電機通常和蓄電池并聯(lián)工作，在汽車起動時或發(fā)電機故障不能工作時，由蓄電池供電。同時，直流發(fā)電機還應(yīng)有過電壓、低電壓、過電流和反向電流等保護電器，微處理器已將發(fā)電機的電壓調(diào)節(jié)和故障保護電器合一為發(fā)電機控制器，于是電動汽車直流電源系統(tǒng)由：風力發(fā)電機、發(fā)電機控制器、蓄電池三部分構(gòu)成。

在大型載重運輸汽車上面，可以配置多臺發(fā)電機：多臺風力發(fā)電機并聯(lián)工作時，電壓調(diào)節(jié)器還具有發(fā)電機向并聯(lián)均流的功能，多臺相互獨立的發(fā)電機控制器互為冗余，顯著提高了電源的可靠性。多電汽車的特點是：用電能代替集中式液壓、氣壓能，從而提高了汽車的可靠性、維護性，降低了機械設(shè)備重量和全周期費用。

4 結(jié) 論

不可否認，風力發(fā)電技術(shù)為世界經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生了不容忽視的作用，進一步促進了我國乃至世界工業(yè)的發(fā)展。無論是從經(jīng)濟發(fā)展的角度，或是環(huán)境保護的角度，將風力發(fā)電技術(shù)應(yīng)用于新能源電動汽車領(lǐng)域，其前景十分廣闊。目前，新能源電動汽車尚處于開拓階段，供電、節(jié)能等現(xiàn)狀均亟待改善，本文中提及的電動汽車風力發(fā)電系統(tǒng)設(shè)想則可有效緩解相應(yīng)問題，筆者愿和相關(guān)機構(gòu)共同完成該項目的推廣應(yīng)用落地。

參考文獻

[1]任清晨.風力發(fā)電機組工作原理和技術(shù)基礎(chǔ)[M].機械工業(yè)出版社，2010.

[2]基拉什.太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)[M].機械工業(yè)出版社，2011.

[3]陳志輝.雙凸極直流發(fā)電機結(jié)構(gòu)與原理[M].上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2012.

[4]張新房，徐大平，柳亦兵，等.風力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展及相關(guān)控制問題綜述[J].華北電力技術(shù)，2005（5）：42～45.

[5]張 健，吳友華，姚丙雷，等.應(yīng)用于新能源電動汽車的永磁輔助同步磁阻電機設(shè)計[J].電機與控制應(yīng)用，2016，43（1）：77～82.

收稿日期：2018-9-18