時(shí)間：2023-05-30 10:27:36
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇微型電機(jī)，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過(guò)程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
科學(xué)家最新研究顯示,一種微型“納米發(fā)電機(jī)”可植入體內(nèi),從心臟跳動(dòng)獲得能量,向動(dòng)物活體內(nèi)植入的傳感器提供電能,為體內(nèi)低血糖等多種疾病狀況進(jìn)行早期預(yù)警。
目前,科學(xué)家已成功地將“納米發(fā)電機(jī)”植入實(shí)驗(yàn)老鼠體內(nèi),并從老鼠的心臟跳動(dòng)中獲得電流。負(fù)責(zé)這項(xiàng)研究的是美國(guó)佐治亞理工學(xué)院王中林帶領(lǐng)的研究小組,他們認(rèn)為納米發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電流可驅(qū)動(dòng)活體內(nèi)傳感器。
研究小組將氧化鋅導(dǎo)線放置在一個(gè)柔韌聚合物培養(yǎng)基,使得該納米線以不同的形式融入其中。他們將該裝置封裝在一個(gè)聚合物中屏蔽了體內(nèi)液體,從而保證該裝置產(chǎn)生的任何電流都不受背景干擾。
研究人員使用組織黏合劑將這個(gè)長(zhǎng)5毫米、寬2毫米的矩形裝置附著在老鼠的隔膜肌肉上,王中林說(shuō):“這種納米發(fā)電機(jī)非常小,你幾乎無(wú)法用肉眼能看到?！卑殡S著每一次呼吸,納米導(dǎo)線將產(chǎn)生變形,從而產(chǎn)生2毫伏特潛電壓下4微微安培(picoamps)電流。
之后,研究人員在不同實(shí)驗(yàn)老鼠的心臟植入類似的納米裝置,可產(chǎn)生3毫伏特潛電壓下30微微安培(picoamps)電流。雖然產(chǎn)生的電量非常小,研究人員希望能夠按比例輸出,這將足夠?yàn)閱蝹€(gè)植入型納米傳感器提供電能,比如:血壓傳感器或者葡萄糖傳感器。這些傳感器對(duì)于電流的需求適中,并且不要求持續(xù)的電流供給。
王中林稱,這種納米裝置能以任意方向捕捉活體內(nèi)的機(jī)械能,因此它們不必以特定的陣列排列。他強(qiáng)調(diào)指出,動(dòng)物活體的任何機(jī)械能都可轉(zhuǎn)化為電流,為納米傳感器提供動(dòng)力。未來(lái)我們期望它們能夠進(jìn)入人體臨床實(shí)驗(yàn)階段,成為人體內(nèi)真正的“微型發(fā)電機(jī)”。 (摘自蘇州熱線新聞?lì)l道)
南非發(fā)現(xiàn)最早人種
在南非豪登省史特克方登石洞(Sterkfontein Caves)里,目前發(fā)現(xiàn)了一些距今200萬(wàn)到80萬(wàn)年的顎骨、牙齒和其他骨骼等化石碎片,從而確定它們是新人種。據(jù)澳大利亞新南威爾士大學(xué)的人類學(xué)家克諾說(shuō),雖然目前只找到大約6個(gè)個(gè)體的一些化石碎片,但是科學(xué)家認(rèn)為,直立行走的樹居人站立時(shí)身高有3.5英尺(1米),體重大約是110磅(50公斤)。
與現(xiàn)代人相比,這種新確定的人種擁有更長(zhǎng)的胳膊、像黑猩猩一樣更加突出的臉、更大的牙齒和更小的大腦,不過(guò)它們的腦容量足以進(jìn)行語(yǔ)言交流。克諾說(shuō):“盡管從這些跡象來(lái)看,樹居人已經(jīng)擁有自己的語(yǔ)言,但是與我們的語(yǔ)言相比,它們的語(yǔ)言非常簡(jiǎn)單,沒(méi)有復(fù)雜的語(yǔ)氣和語(yǔ)法?！?/p>
克諾表示,盡管科學(xué)家認(rèn)為樹居人是最早的人類,但是它顯然在進(jìn)化時(shí)間軸中出現(xiàn)得太晚,不是我們的直系祖先?！爸绷⑷说润w型更大的類人,可能是我們的祖先,它們的發(fā)現(xiàn)時(shí)代,有些跟樹居人相同?！边@說(shuō)明直立人的祖先比樹居人直立行走的時(shí)間更早。類人或稱原始人是人類、人類的祖先及其旁系親屬的統(tǒng)稱。
此外克諾注意到,在東非發(fā)現(xiàn)的人類化石,大約比樹居人早30萬(wàn)年,而且到目前為止它們還沒(méi)被歸類。他說(shuō):“恕我直言,我至今仍不清楚在人類進(jìn)化時(shí)間軸里,哪個(gè)人種是我們的直系祖先?！北M管樹居人看起來(lái)不像是我們的直系親屬,不過(guò)它可能具有人類特征?？酥Z表示,他發(fā)現(xiàn)的40個(gè)特征,顯然都可以把這種兩足動(dòng)物與更像猿的人類祖先南方古猿區(qū)分開。這些特征包括,與南方古猿相比,樹居人長(zhǎng)著“更小的臉、細(xì)長(zhǎng)的牙齒和更小的咀嚼肌及頜骨”。
幾十年來(lái),包括克諾在內(nèi)的科學(xué)家一直認(rèn)為,目前發(fā)現(xiàn)的這些樹居人化石,是能人留下的。能人可能在200萬(wàn)到150萬(wàn)年前出現(xiàn),它們?cè)黄毡檎J(rèn)為是最早的人類。不過(guò)克諾說(shuō):“對(duì)南非人類記錄進(jìn)行14年的研究后,我認(rèn)為我們已經(jīng)有充分的證據(jù)證明樹居人是新人種?！?/p>
樹居人是與能人不同的人種,而且出現(xiàn)時(shí)間更早。與能人相比,首先樹居人的大腦更小,可能體積只有現(xiàn)代人的三分之一。除此以外,這種新人種還擁有更小的牙齒和頜骨,這或許能說(shuō)明它們具有不同的飲食習(xí)慣和生活方式。(摘自科學(xué)網(wǎng))
海底發(fā)現(xiàn)埃及艷后宮殿
埃及潛水員在亞歷山大港附近的水域,在被水淹沒(méi)的埃及女王克利奧帕特拉七世(人稱埃及艷后)的宮殿和神廟遺址發(fā)現(xiàn)了一大批令人驚嘆的文物。
現(xiàn)在,這個(gè)國(guó)際考古組正在發(fā)掘世界上最寶貴的海底考古遺址之一,尋找在公元前30年成為羅馬帝國(guó)附屬國(guó)之前古埃及最后的托勒密王朝的財(cái)富。考古學(xué)家使用先進(jìn)技術(shù)勘測(cè)沉沒(méi)在亞歷山大港海底的亞歷山大大帝的宮殿,證實(shí)了2000多年前希臘地理學(xué)家和歷史學(xué)家對(duì)這座城市描述的準(zhǔn)確性。從九十年代初,以法國(guó)海底考古學(xué)家弗蘭克?戈迪奧為首的考古學(xué)家小組就開始征服亞歷山大港這一能見度極低的地方并對(duì)海床進(jìn)行發(fā)掘。
從硬幣和日常用品到埃及統(tǒng)治者的巨型花崗巖雕像以及用于供奉神靈的廟宇,考古學(xué)家找到了很多珍貴文物。戈迪奧說(shuō):“它是世界上獨(dú)一無(wú)二的遺址?！备甑蠆W有在海底尋找失事船只和沉沒(méi)城市的20年經(jīng)驗(yàn)。沿埃及海岸找到的這些文物將從6月5日到明年1月2日在費(fèi)城富蘭克林研究所名為“克利奧帕特拉:尋找最后的埃及女王”的展覽中展出。
很多考古遺址已經(jīng)被人為破壞,雕塑被打碎。亞歷山大大帝的皇家住所(幾座港口、一個(gè)海岬和幾座布滿廟宇、宮殿和軍事哨所的島嶼)在4世紀(jì)和8世紀(jì)的幾次災(zāi)難性地震之后沉入海底。戈迪奧的研究小組于1996年找到了這個(gè)遺址。很多被包在沉積物中的珍寶十分完整,未受海水侵蝕。埃及文物最高委員會(huì)的阿什拉夫?阿伯德爾?拉奧弗參與了這項(xiàng)研究,他說(shuō):“那些文物和沉沒(méi)時(shí)一模一樣。”
近日的潛水作業(yè)勘測(cè)了克利奧帕特拉氣勢(shì)恢宏的宮殿和神廟,在這里,這個(gè)埃及托勒密王朝的最后統(tǒng)治者征服了羅馬將軍馬克?安東尼,但是,被屋大維(后來(lái)的羅馬皇帝奧古斯都)打敗后兩人雙雙自殺。戈迪奧和他的研究小組對(duì)克利奧帕特拉和安東尼的幾處重要的生活場(chǎng)所進(jìn)行了潛水勘測(cè),包括安東尼在失敗后建造的避難所“學(xué)院”,但是,在“學(xué)院”尚未建成之前他就自殺了。
他們還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)巨大的石像,科學(xué)家相信這是克利奧帕特拉和前情人凱撒的兒子小凱撒的頭像,此外,還有兩個(gè)獅身人面像,其中一個(gè)據(jù)說(shuō)代表克利奧帕特拉的父親、國(guó)王托勒密十二。潛水人員還拍下一段已清除沉積物的海床,他們的手電筒在黑暗中發(fā)出亮光,他們拍攝安蒂霍多斯島上克利奧帕特拉宮殿附近的伊希斯神廟遺址。
在考古船的甲板上,研究人員展示了一些新的小發(fā)現(xiàn):一些進(jìn)口陶器和當(dāng)?shù)氐姆缕?、一個(gè)法老雕像、青銅器皿、略比手指甲大的護(hù)身符和窮人投入水中或埋入地下以示對(duì)神靈崇敬之情的小型鉛制器皿。8世紀(jì)又一次大地震發(fā)生之后,亞歷山大的東港遭舍棄,成為一個(gè)人跡罕至的開放海灣――除20世紀(jì)的兩道防波堤之外,現(xiàn)代港口建筑均建在西港。(摘自中國(guó)網(wǎng))
科學(xué)家模仿蝴蝶翅膀找到最新造幣技術(shù)
劍橋大學(xué)的科學(xué)家找到一種模仿熱帶蝴蝶翅膀顏色的方式,這種方式可用于制造更難偽造的紙幣和信用卡。這支研究小組復(fù)制出擁有同樣結(jié)構(gòu)的蝴蝶翅膀鱗片。在反射光線時(shí),鱗片能夠呈現(xiàn)出同樣的色彩。劍橋大學(xué)的馬蒂耶斯?科勒表示,這是一項(xiàng)令人吃驚的發(fā)現(xiàn),就好像揭開大自然的一個(gè)秘密。
科勒與烏爾里奇?斯特納教授和杰里米?巴姆伯格教授對(duì)印度尼西亞鳳蝶進(jìn)行了研究。它們的翅膀鱗片由類似蛋盒內(nèi)部的錯(cuò)綜復(fù)雜的微觀結(jié)構(gòu)構(gòu)成。由于特殊的外形加之由表皮和空氣交替層構(gòu)成,這些結(jié)構(gòu)在反射光線時(shí)能夠呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的色彩。
科勒及其同事利用一整套納米制造程序,復(fù)制出擁有相同結(jié)構(gòu)的蝴蝶翅膀鱗片,這些復(fù)制品能夠呈現(xiàn)出與蝴蝶翅膀一樣生動(dòng)的色彩。納米技術(shù)被用于制造極其微小的納米尺度設(shè)備。
關(guān)鍵詞：分布式能源系統(tǒng)；燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組；選型
中圖分類號(hào)：TM314 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
作為分布式能源系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組能否發(fā)揮其作用，將對(duì)整個(gè)系統(tǒng)帶來(lái)極大影響。從當(dāng)前較多行業(yè)領(lǐng)域中都可發(fā)現(xiàn)，如大型醫(yī)院、機(jī)場(chǎng)等在規(guī)劃中都強(qiáng)調(diào)將分布式能源項(xiàng)目引入，確保在蒸汽、生活熱水以及供暖等方面要求上都得到滿足。但從部分企業(yè)中燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的應(yīng)用現(xiàn)狀看，優(yōu)勢(shì)并未被充分發(fā)揮出來(lái)，究其原因在于未能結(jié)合機(jī)組特性進(jìn)行選型。因此，本文對(duì)分布式能源系統(tǒng)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的選型研究，具有十分重要的意義。
1.分布式能源系統(tǒng)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組相關(guān)概述
關(guān)于燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組，其實(shí)質(zhì)為燃燒天然氣時(shí)所獲取的熱能，將轉(zhuǎn)化為電能，而轉(zhuǎn)化過(guò)程中的發(fā)電設(shè)備便為燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組。若對(duì)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組類型進(jìn)行細(xì)化，表現(xiàn)為：第一，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組。該機(jī)組在工質(zhì)上可選擇高溫高壓煙氣，涉及的設(shè)備以控制系統(tǒng)、壓氣機(jī)、燃燒室以及輔助設(shè)備等為主，能夠進(jìn)行熱能、機(jī)械能的轉(zhuǎn)化。該機(jī)組應(yīng)用下又可按照發(fā)電功率劃分為微型與小型兩種，如其中微型機(jī)組，以徑流式葉輪機(jī)械為主，有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、移動(dòng)方便等特點(diǎn)，再如小型機(jī)組，以軸流式透平為主，因其工質(zhì)流量較大，對(duì)于較大功率以及高膨脹比等要求都可滿足。第二，燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組。該類型機(jī)組常見的以往復(fù)活塞式為主，運(yùn)行中在混合氣燃燒下，活塞將會(huì)在燃燒煙氣作用下保持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，內(nèi)部機(jī)構(gòu)將做機(jī)械功輸出，使發(fā)電機(jī)發(fā)電。
2.分布式能源系統(tǒng)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組特性分析
2.1 機(jī)組性能
當(dāng)前國(guó)內(nèi)分布式能源系統(tǒng)中采用的發(fā)電機(jī)組仍以進(jìn)口產(chǎn)品為主，如微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組，有英格索蘭、Turbee與Capstone等，而小型機(jī)組包括西門子、索拉等，對(duì)于燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組，如康明斯、卡特彼勒較為常見。對(duì)于這3種機(jī)組性能參數(shù)，主要表現(xiàn)為：①發(fā)電功率，微型、小型與內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組分別為30kW～1000kW、610kW～19100kW、5kW～18320kW；②發(fā)電效率，3種類型分別保持為26.0%～33.0%、18.9%～38.5%、28.7%～48.6%；③余熱形式，都可選擇煙氣，其中燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組也可采用熱水作為可利用余熱形式；④燃?xì)膺M(jìn)氣壓力，3種類型機(jī)組分別保持為1kPa～965kPa、1000kPa～3447kPa、1kPa～410kPa。除此之外，若從噪聲、煙氣Nox體積分?jǐn)?shù)看，其中微型與小型機(jī)組均較低，而內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組較高。
2.2 變工況特性
以部分負(fù)荷特性為例，對(duì)于燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組、小型發(fā)電機(jī)組在負(fù)荷率降低下，發(fā)電效率將呈下降趨勢(shì)。而對(duì)于微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組，由于采用模塊化控制方式，當(dāng)負(fù)荷率保持降低，運(yùn)行模塊將會(huì)持續(xù)調(diào)整，對(duì)發(fā)電效率降低情況進(jìn)行有效控制。由大多實(shí)踐研究也可發(fā)現(xiàn)，模塊化控制方式下，對(duì)于用電負(fù)荷極低情況，發(fā)電效率仍保持較高。另外，再?gòu)沫h(huán)境因素影響角度分析，假若以海平面、環(huán)境溫度作為參照，當(dāng)小型或微型燃?xì)鈾C(jī)組超出參照溫度15℃，發(fā)電功率呈下降趨勢(shì)，若超出溫度達(dá)30℃，發(fā)電功率將大幅度衰減。相比之下，燃?xì)鈨?nèi)輪機(jī)發(fā)電機(jī)組，主要依托于稀薄燃燒技術(shù)，發(fā)電功率受到的影響極小。
2.3 其他特性
不同類型發(fā)電機(jī)組運(yùn)行下，也有其他不同特性，如燃料適用性，其中小型或微型機(jī)組有較強(qiáng)的適用性，即使對(duì)于含雜質(zhì)多、熱值低燃料，也可適用，但內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組要求則較高，要求燃?xì)庥休^高的清潔度。此外，對(duì)于設(shè)備維護(hù)特性，以小型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組工作量最高，且涉及的費(fèi)用較多。
3.分布式能源系統(tǒng)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組選型原則
實(shí)際選型中，除立足于不同燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組特性外，也要求遵循其他選型原則，具體表現(xiàn)為：①多項(xiàng)目涉及的用電負(fù)荷較大，如商業(yè)建筑等，選擇的機(jī)組可為內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組或微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組，由于后者以模塊化控制方式為主，應(yīng)作為首選；②若項(xiàng)目在排放、噪音等方面要求較高，小型與微型機(jī)組都可適用，假若必須次用內(nèi)燃機(jī)機(jī)組，應(yīng)將降噪減震、煙氣脫硝裝置設(shè)置于其中；③若無(wú)高壓燃?xì)夤芫W(wǎng)設(shè)置，且難以進(jìn)行大型燃?xì)庠鰤涸O(shè)備的設(shè)置，以內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組或微型機(jī)組較為適宜；④若項(xiàng)目涉及環(huán)境溫度高、海拔高等情況，需考慮到發(fā)電功率衰減問(wèn)題，此時(shí)以燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組最為適宜；⑤若項(xiàng)目投入后，缺少較強(qiáng)的維護(hù)管理能力，應(yīng)以微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組適宜。除此之外，實(shí)際選型中，也可結(jié)合電熱比、氣電價(jià)比等情況進(jìn)行機(jī)組選擇，確保達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益提高的目標(biāo)。
結(jié)論
燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的合理選型是保證分布式能源系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵所在。實(shí)際選型中，應(yīng)對(duì)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的主要類型進(jìn)行分析，對(duì)各類型涉及的特性明確，包括性能參數(shù)、變工況特性等，在此基礎(chǔ)上根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選型，確保機(jī)組應(yīng)用下發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。
參考文獻(xiàn)
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微型燃?xì)廨啓C(jī)基本與大型燃?xì)廨啓C(jī)相似，主要也由透平、壓氣機(jī)、燃燒室、控制系統(tǒng)及配套發(fā)電機(jī)等構(gòu)成。工作原理是高壓空氣經(jīng)壓氣機(jī)壓縮，在回?zé)崞鹘?jīng)與透平尾氣的換熱，然后進(jìn)入燃燒室與燃料混合、燃燒。多數(shù)微燃機(jī)直接驅(qū)動(dòng)內(nèi)置式的高速發(fā)電機(jī)，壓氣機(jī)、透平與發(fā)電機(jī)同軸，轉(zhuǎn)子設(shè)置為空氣軸承上的浮動(dòng)運(yùn)行，轉(zhuǎn)速能到達(dá)5至12萬(wàn)r/min，發(fā)出的高頻交流電先轉(zhuǎn)換成高壓直流電，再變換為50(60)Hz、400(480)V交流電，微型燃?xì)廨啓C(jī)多以天然氣、甲烷、柴油等作為燃料，進(jìn)氣壓力約在350Kpa(50psig)~380Kpa(55psig)之間，最高一般不超過(guò)690Kpa(100psig)，最高進(jìn)氣溫度一般為50℃左右。它一般為電池啟動(dòng)。燃料氣系統(tǒng)采用數(shù)控比例調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，主要組成部分有：電磁切斷閥、比例調(diào)節(jié)閥和保護(hù)過(guò)濾器。燃料氣流量大小由比例調(diào)節(jié)閥閥位調(diào)節(jié)，保護(hù)過(guò)濾器能起到防止雜質(zhì)對(duì)系統(tǒng)部件的破壞作用，結(jié)合海洋石油環(huán)境惡劣的提點(diǎn)，建議在海上平臺(tái)使用時(shí)在微型燃?xì)廨啓C(jī)外另外安裝一個(gè)主過(guò)濾器。微型燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)動(dòng)部件相對(duì)較少，結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)易，所以可靠性好、制造成本與維護(hù)費(fèi)用相對(duì)較低。國(guó)際上通用的制造指標(biāo)一般為：
1）運(yùn)動(dòng)部分原件壽命要大于等于4萬(wàn)小時(shí)：
2）熱耗為12000Btu/kWh~16000Btu/kWh(12660kJ/kwh~6880kJ/kwh)；
3）污染物NOX等的排放小于9ppm；
4）安裝與維護(hù)要簡(jiǎn)單、費(fèi)用要低廉。
5）與傳統(tǒng)柴油發(fā)電機(jī)組相比，微型燃?xì)廨啓C(jī)有很多先進(jìn)的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：
6）運(yùn)動(dòng)部件少，結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)易；質(zhì)量輕，一般為傳統(tǒng)同功率機(jī)組的1/4；
7）可使用多種燃料，如沼氣等，特別是使用天然氣時(shí)燃料消耗率、排放率非常低；
8）振動(dòng)小，噪音低，長(zhǎng)壽命，運(yùn)行費(fèi)用低；
9）設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，備品備件少，成本低；
10）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方便，故在非經(jīng)濟(jì)負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)效率也非常高；
11）可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控、診斷；可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)并聯(lián)增容。
2微型燃?xì)廨啓C(jī)開發(fā)與應(yīng)用情況
據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，全球的微型燃?xì)廨啓C(jī)廠家約50多家，主要分布在北美和歐洲地區(qū)。國(guó)家以美國(guó)、英國(guó)、瑞典為主，知名企業(yè)有Capstone公司、Bowman公司和Ingersoll-Rand公司等，
2.1美國(guó)Capstone公司
美國(guó)加州的Capstone公司90年代初進(jìn)行微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)元件研發(fā)，1994年研制出了24kW樣機(jī)，約兩年后生產(chǎn)了幾十臺(tái)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。樣機(jī)為單軸、空氣軸承，轉(zhuǎn)速約96000r/min。整個(gè)機(jī)組用圓柱形排氣殼包覆，距離10m外噪音能達(dá)到60分貝以下。在以天然氣為主燃料時(shí)，氧化氮排放能低至9ppm，一氧化碳為25ppm。幾年后進(jìn)行了30kW樣機(jī)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。此后又逐步推出了60kW發(fā)電機(jī)組及45kW車用機(jī)組等，目前已發(fā)展到125kW～250kW規(guī)格機(jī)組。據(jù)記載，歐洲北海某油田的無(wú)人平臺(tái)上C30為主電站運(yùn)行良好，一般在8000左右更換空氣/天然氣濾器。
2.2英國(guó)Bowman公司
1994年成立的英國(guó)Bowman公司位于南安普頓，專門從事微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)研發(fā)，設(shè)計(jì)和制造了高速發(fā)電機(jī)與調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。幾年以后逐步投放了45、60、80和200kW機(jī)組，下一步將研發(fā)500kW機(jī)組。Bowman公司微燃機(jī)采用了無(wú)人職守智能化自動(dòng)控制技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤調(diào)節(jié)頻率，安全運(yùn)行可靠性高。其中，如選用配置回?zé)崞?，可?shí)現(xiàn)發(fā)電效率為25%～28%，排煙溫度能達(dá)到300℃以下，熱電綜合效率能到到75%。不使用回?zé)崞鲿r(shí)發(fā)電效率約14%%～16%，排煙溫度為600℃左右。寶曼公司將回?zé)崞髟黾幼詣?dòng)調(diào)節(jié)功能，以控制空氣回?zé)峤粨Q量適應(yīng)熱量需求的變化的特殊設(shè)計(jì)，改進(jìn)了尾氣利用，提高了效率，其開發(fā)的機(jī)組已實(shí)現(xiàn)單獨(dú)運(yùn)行，多臺(tái)并聯(lián)聯(lián)合運(yùn)行。
3微型燃?xì)廨啓C(jī)在海洋平臺(tái)上應(yīng)用可行性
我國(guó)海域遼闊，沿海大陸架的石油資源中邊際油田占了相當(dāng)部分比重。由于無(wú)人駐守平臺(tái)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、建造安裝周期短、造價(jià)低、操作維修工作量少等特點(diǎn)，降低了初期投資及操作費(fèi)，被證明是一種經(jīng)濟(jì)、高效開發(fā)邊際油氣田的主要模式之一。在近期幾個(gè)油氣田上應(yīng)用的無(wú)人駐守平臺(tái)，由于需要解決電負(fù)荷和加熱負(fù)荷等問(wèn)題，在進(jìn)行方案研究時(shí)大多選用海底復(fù)合電纜給無(wú)人駐守平臺(tái)輸送電能，并且在無(wú)人平臺(tái)上應(yīng)用電加熱器來(lái)防止水化物生成，這樣的方案大大增加了油田開發(fā)成本。而根據(jù)實(shí)際電、熱負(fù)荷選取微型燃?xì)廨啓C(jī)為主電站的無(wú)人平臺(tái)電站方案為高效、低成本開發(fā)邊際油氣田給出了有益探討。下面以某中海油海上油田開發(fā)應(yīng)用BowmanTG80機(jī)型為例論述方案可行性。某無(wú)人平臺(tái)離綜合平臺(tái)7km，電能從綜合平臺(tái)向該無(wú)人平臺(tái)供電，其中無(wú)人平臺(tái)最大工況的電負(fù)荷為460kW。該平臺(tái)為單層甲板，甲板上放置三臺(tái)電加熱器(防止水化物生成，負(fù)荷分別為80、80、160kW)、多路閥、電驅(qū)動(dòng)吊機(jī)等設(shè)備，平臺(tái)不設(shè)消防泵和應(yīng)急機(jī)。若在該平臺(tái)上應(yīng)用BowmanTG80(透平生產(chǎn)水為80℃，其輸出熱量隨回?zé)崞麝P(guān)閉程度不同在155kW～425kW變動(dòng))方案可更改如下：將電加熱器更換為換熱器，電驅(qū)動(dòng)吊機(jī)改為柴油驅(qū)動(dòng)吊機(jī)，此方案的電負(fù)荷大約為124kW(其中包括電伴熱負(fù)荷80kW和照明24kW)，那么可在平臺(tái)上設(shè)置3臺(tái)BowmanTG80透平(2用1備)，取消海底復(fù)合電纜。3臺(tái)BowmanTG80微型燃?xì)廨啓C(jī)采辦、安裝、調(diào)試服務(wù)費(fèi)用為40萬(wàn)～50萬(wàn)美元，而海底復(fù)合電纜的費(fèi)用在200萬(wàn)美元左右，不考慮電加熱器改為換熱器(一般電加熱器采用進(jìn)口，而管殼式換熱器國(guó)產(chǎn))、海底電纜導(dǎo)致兩個(gè)平臺(tái)增加的變壓器等輸配電設(shè)備、保險(xiǎn)費(fèi)等相關(guān)費(fèi)用，工程費(fèi)將降低至少150萬(wàn)美元。從連續(xù)安全操作上，對(duì)于高壓多相流加熱，管殼式換熱器要比電加熱器安全得多。并且機(jī)組可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的遠(yuǎn)程遙控，維護(hù)、保養(yǎng)工作量小，能減少登平臺(tái)次數(shù)等。綜上，此油田開發(fā)的電站方案比選中，微型燃?xì)廨啓C(jī)方案與常規(guī)通過(guò)有人平臺(tái)通過(guò)海底復(fù)合電纜給無(wú)人平臺(tái)供電的方案相比，無(wú)論是從濟(jì)性還是操作維護(hù)工作量等多方面比較，都有很好的優(yōu)勢(shì)。
4結(jié)論
一、研究專題和期限
專題一：煤氣化多聯(lián)產(chǎn)及IGCC關(guān)鍵技術(shù)研究
（一）研究目標(biāo)與內(nèi)容
研究目標(biāo)：
為提高煤炭的清潔利用，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，節(jié)約資源，促進(jìn)新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和科技創(chuàng)新，開展煤氣化多聯(lián)產(chǎn)及IGCC關(guān)鍵技術(shù)的研究，達(dá)到如下目標(biāo)：1）提出*發(fā)展煤氣化多聯(lián)產(chǎn)的路線圖，提出煤氣化多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化方案；2）開發(fā)適合低熱值煤氣的低NOx燃燒技術(shù)，燃?xì)廨啓C(jī)關(guān)鍵部件制造技術(shù)，以及燃?xì)廨啓C(jī)輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件，并得到示范應(yīng)用；3）建成萬(wàn)噸級(jí)乙二醇中試平臺(tái)和工藝軟件包。醋酸規(guī)模生產(chǎn)成套技術(shù)開發(fā)，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。建成多煤種和燃料（石油焦、生物質(zhì)）綜合氣化工藝研究平臺(tái)；4）研制大型氣化爐，達(dá)到碳轉(zhuǎn)化率≥98%；冷煤氣效率≥73%。通過(guò)本項(xiàng)目研究，促進(jìn)本市跨行業(yè)、跨學(xué)科的產(chǎn)學(xué)研聯(lián)盟形成，建成相應(yīng)的研發(fā)平臺(tái)。
研究?jī)?nèi)容：
1、*煤氣化多聯(lián)產(chǎn)發(fā)展模式研究
開展煤氣化多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化與集成技術(shù)的研究，提出煤氣化多聯(lián)產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)建和相應(yīng)的技術(shù)攻關(guān)方向，探索*發(fā)展煤氣化多聯(lián)產(chǎn)的技術(shù)路徑和創(chuàng)新機(jī)制，以及*建設(shè)煤氣化多聯(lián)產(chǎn)示范與研發(fā)基地的可行性。
2、燃?xì)廨啓C(jī)關(guān)鍵部件制造技術(shù)研究
開展低熱值煤氣的燃燒技術(shù)研究，降低NOx排放措施的研究，空分系統(tǒng)集成度的研究，燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣及排氣系統(tǒng)研究，燃?xì)廨啓C(jī)罩殼以及通風(fēng)系統(tǒng)研究。
3、煤基多聯(lián)產(chǎn)化工產(chǎn)品關(guān)鍵技術(shù)研究與示范
煤基生產(chǎn)乙二醇工業(yè)化成套技術(shù)開發(fā)，醋酸生產(chǎn)過(guò)程中大型反應(yīng)器的設(shè)計(jì)與制造、催化體系研究，氣化燃料多元化技術(shù)開發(fā)及實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)。
4、大型氣化爐完善化關(guān)鍵技術(shù)研究
大型氣化爐噴咀優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)研究，大型氣化爐煤種適應(yīng)性優(yōu)化試驗(yàn)研究，氣化爐系統(tǒng)操作優(yōu)化技術(shù)研究。
（二）進(jìn)度要求：
*年12月31日前完成。
專題二、3.3MW海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組研制與示范
（一）研究目標(biāo)與內(nèi)容
研究目標(biāo)：
為促進(jìn)本市海上風(fēng)電的規(guī)?；_發(fā)利用，提高大型風(fēng)電機(jī)組的自主研發(fā)能力和制造水平，培養(yǎng)一批有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)人才，帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，開展3.3MW海上風(fēng)電機(jī)組成套裝備的研究，達(dá)到如下目標(biāo)：1）掌握大型海上風(fēng)電機(jī)組整機(jī)及關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)的核心技術(shù)、制造技術(shù)；2）研制3.3MW雙饋式變速恒頻海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組樣機(jī)1臺(tái)，葉片、發(fā)電機(jī)、齒輪箱等關(guān)鍵零部件國(guó)內(nèi)研制；3）主要技術(shù)參數(shù)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（或IEC標(biāo)準(zhǔn)）的規(guī)定。額定風(fēng)速為13～16m/s，最大風(fēng)能利用系數(shù)＞0.45；4）整機(jī)在類似近海風(fēng)場(chǎng)環(huán)境安裝運(yùn)行，并經(jīng)工程化考核。
研究?jī)?nèi)容：
1、在近海風(fēng)資源條件及環(huán)境條件下，海上風(fēng)電機(jī)組的特性研究，包括：風(fēng)載荷、波浪載荷的耦合研究，多種環(huán)境作用下海上風(fēng)電機(jī)組的疲勞載荷及動(dòng)力穩(wěn)定性研究；
2、3.3MW雙饋式變速恒頻海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組總體設(shè)計(jì)技術(shù)，包括：氣動(dòng)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和氣浪復(fù)合載荷的分析計(jì)算；大型海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)集成技術(shù)及分部件接口技術(shù)；MW級(jí)海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制策略；海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)研究和設(shè)計(jì)；
3、海上風(fēng)電機(jī)組的防腐、防臺(tái)、防雷、防潮等技術(shù)研究和適應(yīng)性設(shè)計(jì)，滿足*地區(qū)及以北的近海風(fēng)資源條件及環(huán)境條件下運(yùn)行要求；
4、大型海上風(fēng)電機(jī)組主要部件（葉片、齒輪箱、發(fā)電機(jī)、控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等）的設(shè)計(jì)技術(shù)和制造技術(shù)；著重在可靠性的設(shè)計(jì)和制造方面取得突破。
5、大型海上風(fēng)機(jī)的接入系統(tǒng)、運(yùn)輸、吊裝、維護(hù)等工程施工技術(shù)研究。
（二）進(jìn)度要求：
*年6月30日前完成。
專題三、電動(dòng)汽車關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與示范工程
（一）研究目標(biāo)與內(nèi)容
研究目標(biāo)：
為降低汽車燃料消耗量的快速增長(zhǎng)，增強(qiáng)國(guó)家能源安全，減少大氣污染，促進(jìn)汽車工業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新和經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型，開展電動(dòng)汽車關(guān)鍵技術(shù)研究，達(dá)到如下目標(biāo)：1）掌握通過(guò)內(nèi)燃機(jī)—發(fā)動(dòng)機(jī)組補(bǔ)充電能的超級(jí)電容串聯(lián)式混合動(dòng)力公交客車核心技術(shù)，整車與同類傳統(tǒng)車型相比，節(jié)能>15%，組建20輛串聯(lián)式混合動(dòng)力公交客車示范車隊(duì)，單車運(yùn)行里程不少于5萬(wàn)公里；2）形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的混合動(dòng)力轎車核心技術(shù)及批量生產(chǎn)能力，整車與傳統(tǒng)基礎(chǔ)車型相比，燃料經(jīng)濟(jì)性提高>10％，建立混合動(dòng)力出租車示范運(yùn)行區(qū)，組建50輛混合動(dòng)力轎車的出租車隊(duì)，單車示范運(yùn)行里程不少于10萬(wàn)公里；3）掌握統(tǒng)一電動(dòng)動(dòng)力平臺(tái)、可配不同電源（純動(dòng)力蓄電池、插電式燃料電池）的電動(dòng)微型車核心技術(shù)，建立電動(dòng)微型車示范運(yùn)行區(qū)域及相應(yīng)的能源供給基礎(chǔ)設(shè)施，組建30輛統(tǒng)一動(dòng)力平臺(tái)電動(dòng)微型車（22輛純電動(dòng)車、8輛插電式燃料電池車）的示范車隊(duì)，單車示范運(yùn)行里程不少于2萬(wàn)km。
研究?jī)?nèi)容：
1、串聯(lián)式混合動(dòng)力公交客車研發(fā)與示范
雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及控制；串聯(lián)式混合動(dòng)力結(jié)構(gòu)下的超級(jí)電容能量管理；整車動(dòng)力系統(tǒng)集成控制；串聯(lián)式混合公交客車整車結(jié)構(gòu)優(yōu)化及可靠性；串聯(lián)式混合公交客車示范運(yùn)營(yíng)。
2、混合動(dòng)力轎車研發(fā)與示范
混合動(dòng)力轎車動(dòng)力系統(tǒng)控制策略優(yōu)化、混合動(dòng)力轎車儲(chǔ)能單元、混合動(dòng)力專用車載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究、混合動(dòng)力轎車產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)所需的硬件平臺(tái)開發(fā)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)及ISG電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)、示范運(yùn)營(yíng)管理體系的建設(shè)、混合動(dòng)力轎車整車、示范運(yùn)營(yíng)。
3、統(tǒng)一動(dòng)力平臺(tái)電動(dòng)微型車研發(fā)與示范
電動(dòng)微型車統(tǒng)一動(dòng)力平臺(tái)集成技術(shù)（純電動(dòng)、插電式燃料電池）、多能源動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)、匹配與控制管理、電動(dòng)汽車的充電模式和充電機(jī)的智能化、標(biāo)準(zhǔn)化與通用化、電動(dòng)微型車統(tǒng)一動(dòng)力平臺(tái)環(huán)境模擬測(cè)試系統(tǒng)、電動(dòng)微型車示范運(yùn)行。
（二）進(jìn)度要求：
*年12月31日前完成。
二、申請(qǐng)方式
1、本指南公開。凡符合課題制要求、有意承擔(dān)研究任務(wù)的在*注冊(cè)的法人、自然人均可以從“*科技”網(wǎng)站進(jìn)入“在線受理科研計(jì)劃項(xiàng)目課題可行性方案”及下載相關(guān)表格《*市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)科研計(jì)劃項(xiàng)目課題可行性方案（*版）》，按照要求認(rèn)真如實(shí)填寫。
2、申報(bào)單位應(yīng)具備較強(qiáng)技術(shù)實(shí)力和基礎(chǔ)，具備實(shí)施項(xiàng)目研究必備條件，具有實(shí)施項(xiàng)目必需的研究開發(fā)設(shè)施及匹配資金；鼓勵(lì)以產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合方式申請(qǐng)，多家單位聯(lián)合申請(qǐng)時(shí)，應(yīng)在申請(qǐng)材料中明確各自承擔(dān)的工作和職責(zé)，并附上合作協(xié)議或合同。
3、課題責(zé)任人年齡不限。鼓勵(lì)通過(guò)課題培養(yǎng)優(yōu)秀中青年學(xué)術(shù)骨干。作為課題責(zé)任人和主要科研人員，同期參與承擔(dān)的863、973、國(guó)家科技攻關(guān)和*市重大、重點(diǎn)科研項(xiàng)目數(shù)不得超過(guò)三項(xiàng)。
4、本專項(xiàng)課題的申請(qǐng)起始日期*年5月28日，截止日期為*年6月17日。課題申報(bào)時(shí)需提交書面可行性方案及其附件一式4份，并通過(guò)“*科技”網(wǎng)站提交可行性方案和其他所有表格。書面可行性方案集中受理時(shí)間為*年6月10日至6月17日，每個(gè)工作日上午9：00—下午4：30。所有書面文件請(qǐng)采用A4紙雙面印刷，普通紙質(zhì)材料作為封面，不采用膠圈、文件夾等帶有突出棱邊的裝訂方式。
5、已申報(bào)今年市科委其它類別項(xiàng)目者應(yīng)主動(dòng)予以申明，未申明者按重復(fù)申報(bào)不予受理。
6、網(wǎng)上填報(bào)備注：
1）點(diǎn)擊連接可進(jìn)入《科研計(jì)劃項(xiàng)目課題可行性方案》申報(bào)頁(yè)面；
2）首次登錄必須選擇“初次填寫”轉(zhuǎn)入申報(bào)指南頁(yè)面，點(diǎn)擊"專題名稱"開始申報(bào)；
商用大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由風(fēng)輪、增速齒輪箱、發(fā)電機(jī)、偏航裝置、控制系統(tǒng)和塔架等部件所組成，雄偉壯觀，引人注目。據(jù)說(shuō)，最大的商用風(fēng)力渦輪機(jī)擁有104米翼展，發(fā)電功率達(dá)0.36萬(wàn)千瓦。但缺點(diǎn)是需要占用大量的土地，還有許多基礎(chǔ)設(shè)施。于是有人提出，能否以一種不顯眼的方式在離住所較近的地方利用風(fēng)力來(lái)發(fā)電?
自2006年以來(lái)，荷蘭NL建筑事務(wù)所一直在探索先進(jìn)的風(fēng)力發(fā)電方法?！帮L(fēng)電之花”是設(shè)計(jì)師們推出的最新設(shè)計(jì)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)可分為水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)和垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)兩大類，前者風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸與風(fēng)向平行，后者風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸垂直于地面或者氣流方向。在風(fēng)向改變的時(shí)候，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)無(wú)需迎風(fēng)。這種優(yōu)勢(shì)不僅使垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化，而且也減少了風(fēng)輪對(duì)風(fēng)時(shí)的陀螺力?！帮L(fēng)電之花”是一種裝備有多個(gè)垂直軸風(fēng)力渦輪機(jī)的樹形結(jié)構(gòu)，它分為兩種：一種裝有3個(gè)垂直軸風(fēng)力渦輪機(jī)；另一種裝有12個(gè)垂直軸風(fēng)力渦輪機(jī)，根據(jù)發(fā)電的實(shí)際需要而定。
“風(fēng)電之花”設(shè)計(jì)美觀大方，造型逼真有趣，不需要直接迎風(fēng)，而且需要的空間更少，可以輕而易舉地安裝在住所的后院。通過(guò)把風(fēng)能轉(zhuǎn)化換可用于分布式發(fā)電的形式，使風(fēng)能進(jìn)入普通百姓家庭，而且能和屋頂太陽(yáng)能系統(tǒng)整合。這些幾乎無(wú)噪音的“風(fēng)電之花”還可以作為藝術(shù)雕塑豎在街頭巷尾，為現(xiàn)代都市增添了無(wú)限的韻味。
鮮艷的風(fēng)力渦輪機(jī)
時(shí)至今日，越來(lái)越多的國(guó)家和地區(qū)使用風(fēng)力發(fā)電。盡管能夠生產(chǎn)出令人難以置信的可再生能源，但在許多人看來(lái)，風(fēng)車的形象不敢恭維，總是構(gòu)成一道呆板乏味、一成不變的風(fēng)景。以設(shè)計(jì)和制作大量充滿活力的壁紙和豐富多彩的地毯片而聞名，被認(rèn)為是圖案藝術(shù)運(yùn)動(dòng)創(chuàng)始人的德國(guó)藝術(shù)家霍斯特?格拉斯克爾，最新推出的“航空藝術(shù)”項(xiàng)目，不但充分肯定了風(fēng)力發(fā)電對(duì)環(huán)境保護(hù)做出的杰出貢獻(xiàn)，而且用五顏六色來(lái)美化礙眼的白色風(fēng)力渦輪機(jī)，以對(duì)其提供可再生能源的豐功偉績(jī)表示衷心祝賀。
為了融入到周圍的景觀和天空中，大多數(shù)風(fēng)力渦輪機(jī)傳統(tǒng)上都油漆成白色、淡藍(lán)色或綠色。富有創(chuàng)新精神的格拉斯克爾認(rèn)為有必要加以改變，于是開始在風(fēng)力渦輪機(jī)的外表漆上日光型有機(jī)熒光顏料，使其鮮艷奪目，美不勝收。藝術(shù)家給風(fēng)力渦輪機(jī)“披上”華麗的外套，旨在吸引人們不僅多看上幾眼，欣賞本地的風(fēng)力渦輪機(jī)，而且能更深切地感受到它們對(duì)環(huán)保所做的一切。
家用風(fēng)力發(fā)電“魔方”
設(shè)計(jì)師Chen Liao Hsun最近提出一種風(fēng)力發(fā)電“魔方”的設(shè)想：給每個(gè)家庭房子的東南西北四面外墻上，安裝個(gè)人用的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)，就可實(shí)現(xiàn)個(gè)人也能直接利用風(fēng)能發(fā)電的夢(mèng)想。
風(fēng)力發(fā)電“魔方”屬于模塊化的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，一個(gè)單元產(chǎn)生的功率為100瓦。根據(jù)戶主的需要，可以單個(gè)安裝，也可以把幾個(gè)單元連接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)美麗的蜂窩狀瓷磚圖案。它作為個(gè)獨(dú)立的發(fā)電設(shè)備安裝在外墻上或屋頂上，生產(chǎn)的電量也能夠進(jìn)入家里的能源網(wǎng)絡(luò)。渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)葉片能夠伸縮，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電“魔方”被激活時(shí)，葉片可以伸出，即使風(fēng)速很小，也能從中獲取能量；遇上惡劣的天氣，葉片便會(huì)縮回到墻壁支架里，以防止破損。
Chen Liao Hsun估計(jì)，一個(gè)風(fēng)力發(fā)電“魔方”單元每個(gè)月可以產(chǎn)生21.6千瓦時(shí)的電力，相當(dāng)于一個(gè)4口之家所需電能的1/15。幾個(gè)單元結(jié)合起來(lái)發(fā)電，就能大大減少電網(wǎng)的用電量。
雖然風(fēng)力發(fā)電“魔方”目前還只是個(gè)設(shè)想，但專家認(rèn)為，它對(duì)提高個(gè)人直接使用可再生能源的水平，減少化石能源消耗是個(gè)可行的辦法。
樹頂風(fēng)力發(fā)電機(jī)組
從本質(zhì)上說(shuō)，通過(guò)風(fēng)來(lái)發(fā)電，是將能量從一種介質(zhì)中轉(zhuǎn)移到另一種介質(zhì)。但在這種轉(zhuǎn)移中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組必不可少的巨大鐵塔、風(fēng)輪(包括尾舵)和發(fā)電機(jī)，以及由這3部分組成的總模樣很難看，有人對(duì)此厭惡。
德國(guó)建筑師沃爾夫?qū)?弗雷也持有這種看法，決定改變風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的形象。富有想象力的他，別出心裁地推出了一個(gè)無(wú)比奇異的設(shè)計(jì)方案：把小型風(fēng)力渦輪機(jī)放置在樹頂上。弗雷首先在自己家附近的樹木中挑選了一棵道格拉斯冷杉。這種樹樹干筆直，枝葉繁茂，樹形塔狀，10年能長(zhǎng)至5米高，株高可以達(dá)到40米，是經(jīng)典的圣誕樹。然后在道格拉斯冷杉的頂部安裝了一臺(tái)風(fēng)輪直徑為3.5米的風(fēng)力渦輪機(jī)，可產(chǎn)生5～6千瓦的電能。雖然因處在樹冠層密集的特殊位置而使渦輪機(jī)的功率損耗30％，但它仍然能給包括弗雷家在內(nèi)周圍房屋提供所需要的足夠能量。
微型風(fēng)力渦輪機(jī)
1硬件設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)采用MicrochipPIC16C54單片機(jī)，選用南通光電器件廠GR40101紅外發(fā)射二極管和GD1611硅PIN型光敏二極管作為紅外發(fā)射和接收器件，舟山海山電器有限公司生產(chǎn)的微型電機(jī)QDB-30-3.0作為泵液晶驅(qū)動(dòng)。系統(tǒng)采用單鍵模式完成暫停、設(shè)定泵液量等功能。電路采用節(jié)電方式設(shè)計(jì)，待機(jī)電流小于100μA，并可提供微型電機(jī)所需的500mA負(fù)載電流，可監(jiān)測(cè)電池電壓，欠壓報(bào)警。系統(tǒng)原理如圖1所示。
圖中TX（紅外發(fā)射管）、R1、R5、Q4組成紅外發(fā)射電路，單片機(jī)RA1口輸出一定頻率的脈沖控制三極管Q4的通斷，從而控制紅外發(fā)射管TX的發(fā)射頻率。由單片機(jī)RA3口為發(fā)射電路提供電源，是為了節(jié)能。當(dāng)RA1口將要發(fā)射脈沖時(shí)，RA3口置高，發(fā)射電路加電。RX（紅外接收管）、R2、R11、R12、R13、R16、Q6、C3組成紅外接收電路，RX接收紅外脈沖，整形后由Q6放大。接收電路必須嚴(yán)格控制放大倍數(shù)，確保紅外反射接收距離在10cm左右。接收電路電源由單片機(jī)RB1口提供，在發(fā)射脈沖后，將RB1口置高。R6、R7、R8、Q3組成電池電壓監(jiān)測(cè)電路，當(dāng)電源電壓降到一定值時(shí)，Q3截止，單片機(jī)RB3口為高電平，欠壓報(bào)警。D2、D3、R9、R10、Q1、Q5組成電機(jī)供電電路，提供微型電機(jī)所需的3V電壓、500mA負(fù)載電流，當(dāng)需驅(qū)動(dòng)電機(jī)泵液時(shí)，由單片機(jī)RB2口輸出低電平，Q發(fā)射極為電機(jī)供電。D1、C4、Q2、R3組成電機(jī)控制電路，泵液時(shí)先為電機(jī)供電，然后單片機(jī)RA2口輸出高電平驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。LED為工作狀態(tài)指示燈，單一按鍵SW為多功能鍵，可完成設(shè)定泵液量、暫停、手動(dòng)泵液等功能。
2軟件設(shè)計(jì)
本電路硬件設(shè)計(jì)通過(guò)控制各單元電路供電達(dá)到節(jié)能的目的，軟件上利用PIC單片機(jī)的休眼、看門狗溢出喚醒特性以及對(duì)發(fā)射脈沖個(gè)數(shù)的控制進(jìn)一步降低能耗，使其待機(jī)電流小于100μA，4節(jié)4號(hào)堿性電池可提供15000次以上的使用次數(shù)或200天以上的使用時(shí)間。程序流程如圖2所示。
程序開始先對(duì)單片機(jī)各端口初始化，并設(shè)置好看門狗溢出時(shí)間，程序工作一個(gè)周期后，自動(dòng)進(jìn)入休眠模式，由看門狗溢出喚醒單片機(jī)進(jìn)入下一周期。進(jìn)入一個(gè)工作周期前，首先判斷是電池上電第1次工作，還是看門狗溢出喚醒單片機(jī)。如果是電池上電第1次工作，指示燈應(yīng)給出指示，并對(duì)泵液量進(jìn)行設(shè)定。進(jìn)入工作周期后要判斷按鍵是否按下，若按下按鍵，則判斷是手動(dòng)泵液還是暫停泵液器工作，這兩者靠按鍵時(shí)間長(zhǎng)短決定。
紅外收發(fā)程序?qū)μ岣弑靡浩骺垢蓴_能力、降低泵液器能耗起著關(guān)鍵作用。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)選定一個(gè)發(fā)射脈沖頻率使其對(duì)外界光干擾不敏感。為了最大限度地降低能耗，程序?qū)Πl(fā)射脈沖的個(gè)數(shù)和方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，先發(fā)2個(gè)試探脈沖，若接收到，則按選定頻率連續(xù)發(fā)60個(gè)脈沖，然后判斷接收方收到的脈沖數(shù)是否在允許的范圍內(nèi)，是則泵液，否則進(jìn)入休眠模式；若接收方未收到試探脈沖，則直接進(jìn)入休眠模式。每次泵液器工作后，都檢查電池電壓，若發(fā)現(xiàn)電壓低，立即由指示燈給出報(bào)警，提示更換電池。
3系統(tǒng)特點(diǎn)
我們?cè)O(shè)計(jì)的紅外感應(yīng)泵液器與同類產(chǎn)品相比，有以下優(yōu)勢(shì)：緊湊、精密集成電路設(shè)計(jì)，成本低、耗電省，4節(jié)5號(hào)堿性電池可提供15000次以上的使用次數(shù)或200天以上的待機(jī)時(shí)間；抗干擾能力強(qiáng)，無(wú)誤操作；采用可拆卸式磁控閥門，無(wú)泄漏，便于清洗；采用高科技粘貼技術(shù)，方便實(shí)用，無(wú)需打孔固定；即插即用液體瓶技術(shù)，補(bǔ)液無(wú)需灌裝，杜絕了液體的二次污染。該產(chǎn)品不僅僅適用于家庭，也適用于公共單位，如醫(yī)院、銀行、政府機(jī)構(gòu)、學(xué)校等，是一種具有寬廣市場(chǎng)容量的小家電產(chǎn)品。
關(guān)鍵詞：微型燃?xì)廨啓C(jī)；余熱發(fā)電；有機(jī)朗肯循環(huán)；分布式能源系統(tǒng)
中圖分類號(hào)：C35文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
1 引言
近年來(lái)，微型燃?xì)廨啓C(jī)的研究及應(yīng)用在國(guó)內(nèi)外得到了快速發(fā)展[1-5]，其功率一般在30-300 kW，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、可靠性高、維護(hù)成本低以及污染物排放低等優(yōu)點(diǎn)。微型燃?xì)廨啓C(jī)可靈活滿足用戶的能源需求變化，已在分布式能源系統(tǒng)中得到了推廣和應(yīng)用。微型燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)采用回?zé)?，有效利用排氣余熱加熱進(jìn)入燃燒室的空氣，其排氣溫度一般可降低至270-300℃，排氣余熱一般可通過(guò)加熱水進(jìn)行供熱或通過(guò)溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)滿足用戶的冷負(fù)荷需求。然而對(duì)于只有電負(fù)荷需求而無(wú)熱負(fù)荷或冷負(fù)荷需求的應(yīng)用場(chǎng)合，排氣余熱只能用于發(fā)電。
由于微型燃?xì)廨啓C(jī)的排氣溫度及總熱量較低，不適宜采用蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)，而ORC在利用370 ℃以下低溫?zé)嵩窗l(fā)電方面具有更優(yōu)的熱經(jīng)濟(jì)性。ORC系統(tǒng)熱效率高，且受負(fù)荷變化的影響較??；有機(jī)工質(zhì)采用干流體，膨脹后處于過(guò)熱區(qū)，不存在對(duì)氣輪機(jī)葉片的侵蝕；有機(jī)工質(zhì)的體積流量及膨脹比小于水蒸汽，有利于降低氣輪機(jī)的尺寸和金屬消耗量；此外，ORC氣輪機(jī)還具有啟停方便、負(fù)荷適應(yīng)性好、部分負(fù)荷熱效率高以及維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)勢(shì)[6-7]。趙巍等[1]提出了微型燃?xì)廨啓C(jī)與有機(jī)朗肯循環(huán)(ORC)組成聯(lián)合循環(huán)，并以進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析。工質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)決定了ORC的熱力性能，因此為了提高ORC余熱發(fā)電系統(tǒng)的凈輸出功，本文分析了5工質(zhì)的熱力性能。
2 利用微型燃?xì)廨啓C(jī)余熱的ORC系統(tǒng)
利用微型燃?xì)廨啓C(jī)排氣余熱的ORC發(fā)電系統(tǒng)如圖1所示。燃?xì)廨啓C(jī)排氣在換熱器中對(duì)有機(jī)工質(zhì)進(jìn)行加熱，有機(jī)工質(zhì)蒸氣進(jìn)入氣輪機(jī)膨脹做功，由于采用干工質(zhì)，膨脹后處于過(guò)熱狀態(tài)，為了減少冷源損失，充分利用氣輪機(jī)排氣顯熱，有機(jī)工質(zhì)先通過(guò)回?zé)崞?IHE)對(duì)經(jīng)泵加壓的工質(zhì)進(jìn)行預(yù)熱，然后再進(jìn)入冷凝器。經(jīng)回?zé)崞黝A(yù)熱的有機(jī)工質(zhì)進(jìn)入換熱器吸收排氣余熱，完成循環(huán)。
圖1 利用微型燃?xì)廨啓C(jī)排氣余熱的ORC發(fā)電系統(tǒng)
換熱器中，排氣加熱有機(jī)工質(zhì)，其能量平衡方程為
(1)
汽輪機(jī)的做功為
(2)
式中，為微型燃?xì)廨啓C(jī)的排氣量，為有機(jī)工質(zhì)的流量，和分別為換熱器進(jìn)口和出口排氣的比焓，為進(jìn)入氣輪機(jī)有機(jī)工質(zhì)的比焓，為有機(jī)工質(zhì)等熵膨脹后的比焓，為氣輪機(jī)排氣的比焓，為氣輪機(jī)的相對(duì)內(nèi)效率。
在回?zé)崞鳎↖HE）中，氣輪機(jī)的排氣對(duì)經(jīng)泵加壓的液相工質(zhì)進(jìn)行加熱，其能量平衡方程為
(3)
有機(jī)工質(zhì)在冷凝器中的放熱量為
(4)
工質(zhì)泵的耗功為
(5)
利用微型燃?xì)廨啓C(jī)排氣余熱的ORC系統(tǒng)的凈輸出功為
(6)
式中，ηm為氣輪機(jī)的機(jī)械效率，ηg為發(fā)電機(jī)效率。
3熱力性能分析
以某200 kW微型燃?xì)廨啓C(jī)為例，優(yōu)化不同工質(zhì)的熱力性能，探討不同工質(zhì)的熱力特性及規(guī)律。該200 kW微型燃?xì)廨啓C(jī)額定工況下排氣量為1.33 kg/s，排氣溫度為280℃，雖然天然氣含硫量較低，但是排氣溫度過(guò)低的話，依然可造成換熱器壁面酸性腐蝕，因此換熱器出口的排氣溫度設(shè)定為90℃，ORC的運(yùn)行參數(shù)如表1所示。
表1ORC發(fā)電系統(tǒng)的計(jì)算參數(shù)設(shè)定值
參數(shù) 符號(hào) 設(shè)定值
氣輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率/% ηT 85
泵效率/% ηp 65
發(fā)電機(jī)效率/% ηg 98
機(jī)械效率/% ηm 97
冷凝溫度/℃ t3 30
回?zé)崞鲓A點(diǎn)溫差/℃ ΔtIHE 5
換熱器夾點(diǎn)溫差/℃ ΔtH 10
4 工質(zhì)對(duì)比
由于燃機(jī)排氣溫度較高，因此以系統(tǒng)的凈輸出功最大為目標(biāo)函數(shù)，對(duì)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，結(jié)果如表2所示。采用亞臨界循環(huán)時(shí)，主氣壓力均設(shè)定為3 MPa，R600a和R601a的質(zhì)量流量較小，比R245fa等工質(zhì)約低50%。R600a的液相比熱容較大，因此異丁烷與燃?xì)忾g的溫度匹配最差，造成的火用損失最大，其凈發(fā)電功率也最小。而R113的液相比定壓熱容較小，在換熱過(guò)程與燃?xì)獾钠ヅ渥詈?，其主氣溫度最高，所以O(shè)RC采用R113為工質(zhì)時(shí)凈發(fā)電功率最高，比采用R600a約提高38%。采用超臨界循環(huán)時(shí)，工質(zhì)與燃?xì)忾g的溫度匹配有較大的改善，R600a、R601a和R245fa與燃?xì)鈸Q熱過(guò)程的夾點(diǎn)在換熱器入口處，而工質(zhì)為R123和R113時(shí)，當(dāng)換熱量Q與總換熱量的比值在0.3-0.4之間時(shí)才出現(xiàn)夾點(diǎn)，但是R123和R113與燃?xì)忾g的溫度匹配要優(yōu)于其它3種工質(zhì)。相對(duì)于亞臨界循環(huán)，采用超臨界循環(huán)可提高凈發(fā)電功率，臨界溫度越低的工質(zhì)，提高幅度越大，所比較的5工質(zhì)中，R600a的臨界溫度最低，其提高幅度可達(dá)15%，R245fa采用超臨界循環(huán)也可提高凈發(fā)電功率8%以上，但是運(yùn)行壓力較高，甚至高于8 MPa。R113的臨界溫度最高，采用超臨界循環(huán)，其運(yùn)行壓力最低，凈發(fā)電功率最大，但是相比亞臨界循環(huán)的提高幅度較小。
該200 kW微型燃?xì)廨啓C(jī)的排氣余熱經(jīng)ORC系統(tǒng)回收并進(jìn)行發(fā)電，可有效擴(kuò)大機(jī)組容量22-31%，體現(xiàn)了較高的熱經(jīng)濟(jì)性。無(wú)論采用超臨界循環(huán)還是亞臨界循環(huán)，R113的熱力性能均為最優(yōu)。
表2ORC熱力參數(shù)的優(yōu)化結(jié)果及凈發(fā)電功率
工質(zhì) 循環(huán)形式 主氣溫度/℃ 主氣壓力/MPa 工質(zhì)流量/kg?s-1 凈發(fā)電功率/kW
R600a 亞臨界 158.605 3 0.668 43.608
R245fa 亞臨界 175.991 3 1.127 49.448
R601a 亞臨界 185.246 3 0.599 54.827
R123 亞臨界 201.101 3 1.209 56.339
R113 亞臨界 210.629 3 1.334 60.155
R600a 超臨界 205.144 7.981 0.629 50.228
R245fa 超臨界 226.467 8.847 1.073 55.071
R601a 超臨界 217.161 5.079 0.589 56.298
R123 超臨界 242.739 6.516 1.174 59.787
R113 超臨界 242.282 4.782 1.319 61.035
4 結(jié)論
近年來(lái)微型燃?xì)廨啓C(jī)在能源領(lǐng)域得到了重視與發(fā)展。為了充分利用其排氣余熱，提高機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性，減少環(huán)境熱污染，本文針對(duì)微型燃?xì)廨啓C(jī)余熱ORC發(fā)電系統(tǒng)，開展了系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化及工質(zhì)的篩選。以系統(tǒng)凈輸出功為目標(biāo)函數(shù)，分別優(yōu)化了R600a、R601a、R245fa、R123和R113等5種工質(zhì)的熱力參數(shù)。采用亞臨界循環(huán)時(shí)，主氣壓力均為3 MPa，臨界溫度高的工質(zhì)，其主氣溫度高，且凈輸出功大。采用超臨界循環(huán)，臨界溫度低的工質(zhì)其凈輸出功的增幅較大，但是最佳主氣壓力較大。換熱過(guò)程中R113與燃?xì)鉁囟乳g的匹配最好，其凈輸出功高于其它4工質(zhì)。通過(guò)ORC利用微型燃?xì)廨啓C(jī)的排氣余熱進(jìn)行發(fā)電可提高機(jī)組容量20%以上。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：微型清潔觀光車；動(dòng)力集成單元；設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào)：U462 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
1. 總體方案設(shè)計(jì)
結(jié)合實(shí)際需求，該觀光車擬可提供4個(gè)乘坐位置，運(yùn)行最高車速初步定為30km/h～40km/h，4個(gè)位置均可作為動(dòng)力源向汽車提供驅(qū)動(dòng)力。參考現(xiàn)代汽車電氣化設(shè)計(jì)思想，擬提出動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)方案，如圖1所示。
如圖1所示的方案，驅(qū)動(dòng)汽車行駛的動(dòng)力源由兩條路徑提供，第一條路徑是將來(lái)自人體的動(dòng)力經(jīng)人體動(dòng)力耦合系統(tǒng)耦合，通過(guò)機(jī)械連接的方式將動(dòng)力傳遞至耦合變速機(jī)構(gòu)的直接檔，通過(guò)差速器，驅(qū)動(dòng)汽車行駛；第二條路徑是將來(lái)自電網(wǎng)或太陽(yáng)能電池板的電能存儲(chǔ)在動(dòng)力電池中，動(dòng)力電池觸發(fā)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，將動(dòng)力輸送至耦合變速機(jī)構(gòu)的低速檔，通過(guò)差速機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)汽車行駛。從而使汽車具有3種工作模式：純?nèi)梭w動(dòng)力驅(qū)動(dòng)、純電機(jī)驅(qū)動(dòng)和人體動(dòng)力與電機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)。欲實(shí)現(xiàn)這一設(shè)計(jì)目標(biāo)，本文將著力于人體動(dòng)力耦合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和耦合變速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
2. 人體動(dòng)力耦合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
將來(lái)自多個(gè)方向大小不同的動(dòng)力集成到一起，統(tǒng)一輸出。在當(dāng)前的動(dòng)力耦合裝置中，電力集成裝置是其中的一類，它的特點(diǎn)是使用效率高、方便、但成本相對(duì)較高，且由于技術(shù)問(wèn)題，其可靠性難以保證。在常見的耦合裝置中，以機(jī)械式動(dòng)力耦合為主，常見的耦合機(jī)構(gòu)有行星齒輪機(jī)構(gòu)、逆向差速機(jī)構(gòu)、逆向分動(dòng)機(jī)構(gòu)等。設(shè)計(jì)中，考慮將來(lái)自人體的動(dòng)力兩兩集成，通過(guò)3個(gè)相同的小單元，將來(lái)自4個(gè)人的動(dòng)力耦合輸出，充分考慮各種機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)需求，本次設(shè)計(jì)采用逆向差速機(jī)構(gòu)對(duì)人體動(dòng)力進(jìn)行集成，設(shè)計(jì)一種基于多動(dòng)力源的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它克服了傳統(tǒng)汽車傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不能同時(shí)接收多個(gè)動(dòng)力源的弊端，其采用的技術(shù)方案如圖2所示。
如圖2所示的動(dòng)力耦合單元，它的作用是耦合兩個(gè)動(dòng)力，并進(jìn)行統(tǒng)一的輸出。其工作原理為：來(lái)自左側(cè)軸1和右側(cè)軸8的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)機(jī)械連接，將圖示軸1與左側(cè)半軸齒輪2、軸8與右側(cè)半軸齒輪7剛性連接，使半軸齒輪2和7沿軸1和8旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。半軸齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)使行星齒輪5產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，當(dāng)來(lái)自左側(cè)輸入軸1的轉(zhuǎn)速n1與來(lái)自右側(cè)輸入軸8的轉(zhuǎn)速n2相等時(shí)，行星齒輪5僅圍繞軸1（或軸8）公轉(zhuǎn)；當(dāng)來(lái)自左側(cè)輸入軸1的轉(zhuǎn)速n1與來(lái)自右側(cè)輸入軸8的轉(zhuǎn)速n2不等時(shí)，行星齒輪5既圍繞軸1（或軸8）公轉(zhuǎn)，又沿著行星輪本身軸線方向自轉(zhuǎn)。行星輪的公轉(zhuǎn)使行星架繞軸1（或軸8）旋轉(zhuǎn)，而行星架的兩端固接與差速器殼體，帶動(dòng)殼體繞軸1（或軸8）做圓周運(yùn)動(dòng)，殼體上鑄有一錐齒輪，通過(guò)外接一個(gè)圓錐齒輪與殼體上的錐齒輪嚙合，將動(dòng)力由動(dòng)力耦合輸出軸輸出。
設(shè)計(jì)小車包含4個(gè)人體動(dòng)力源，通過(guò)上述動(dòng)力耦合單元可以將兩個(gè)人體動(dòng)力耦合，以此類推，通過(guò)同樣的動(dòng)力耦合單元可將另外兩個(gè)人體動(dòng)力耦合集成并經(jīng)過(guò)一動(dòng)力輸出軸輸出，如此4個(gè)動(dòng)力源便即成為兩個(gè)。同樣的思想，將經(jīng)過(guò)一級(jí)耦合的動(dòng)力源再次耦合，最終耦合為單一動(dòng)力源，進(jìn)行輸出。具體實(shí)施情況如下：
如圖3所示，來(lái)自4個(gè)人體的不同動(dòng)力源n1、n2、n3、n4經(jīng)過(guò)第1集合單元和第2集合單元的一級(jí)耦合變?yōu)閮蓚€(gè)動(dòng)力源，再經(jīng)過(guò)總成單元進(jìn)行的二級(jí)耦合，將第一集合單元的輸出和第二集合單元的輸出耦合為系統(tǒng)唯一輸出。從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)4個(gè)不同人體動(dòng)力源的耦合。
3. 耦合變速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
耦合變速機(jī)構(gòu)是微型清潔觀光車的關(guān)鍵，一方面，它要對(duì)來(lái)自動(dòng)力電機(jī)的動(dòng)力和來(lái)自人體動(dòng)力耦合系統(tǒng)動(dòng)力的一個(gè)集成與耦合；另一方面，它還要實(shí)現(xiàn)對(duì)來(lái)自動(dòng)力電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的減速。所以完成的耦合變速系統(tǒng)需要具有動(dòng)力耦合和變速的功能。設(shè)計(jì)考慮到如何高效而平順的耦合來(lái)自電機(jī)的高轉(zhuǎn)速和來(lái)自人體動(dòng)力耦合系統(tǒng)的低轉(zhuǎn)速，摒棄了人體動(dòng)力耦合系統(tǒng)中的使用錐齒耦合的方法，借鑒現(xiàn)代混合動(dòng)力汽車動(dòng)力耦合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，采用行星齒輪機(jī)構(gòu)融入設(shè)計(jì)，具體實(shí)施和設(shè)計(jì)方案如圖4所示。
工作原理：如圖4所示的耦合變速系統(tǒng)，鑒于系統(tǒng)較為復(fù)雜，可將其劃分為3個(gè)單元，即圖示中紅色方框圈出的3個(gè)單元，1-動(dòng)力耦合單元、2-變速單元、3-差速單元。
動(dòng)力耦合單元1，單獨(dú)或同時(shí)接受來(lái)自驅(qū)動(dòng)電機(jī)或人體動(dòng)力耦合系統(tǒng)的動(dòng)力，將其直接或耦合集成后輸入變速單元，其具體工作形式如下：來(lái)自驅(qū)動(dòng)電機(jī)（或人體動(dòng)力耦合系統(tǒng)）的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸入軸1（或人體動(dòng)力耦合系統(tǒng)輸入軸6）轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)力經(jīng)太陽(yáng)輪3（或5）傳至大齒圈4，大齒圈外側(cè)殼體固接動(dòng)力輸出齒輪8，進(jìn)而將動(dòng)力輸出。
變速單元2，其作用是接受來(lái)自動(dòng)力耦合單元1的動(dòng)力，經(jīng)變速單元變速（減速或直接輸出）輸出給差速器單元。其具體工作模式為：當(dāng)只有驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供動(dòng)力（或驅(qū)動(dòng)電機(jī)人體動(dòng)力耦合系統(tǒng)并行運(yùn)行）時(shí)，由于輸出轉(zhuǎn)速較快，變速器的低速級(jí)與差速器的殼體齒輪嚙合，將動(dòng)力輸送給差速器，實(shí)現(xiàn)減速增扭，驅(qū)動(dòng)汽車行駛；當(dāng)只有人體動(dòng)力耦合系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，變速器將切換至直接檔，驅(qū)動(dòng)汽車行駛。
結(jié)語(yǔ)
本文從實(shí)際出發(fā)，根據(jù)設(shè)計(jì)需求和現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)理念，提出了微型清潔觀光車動(dòng)力系統(tǒng)模型的總體方案，根據(jù)提出的方案，本文對(duì)人體動(dòng)力耦合系統(tǒng)和耦合變速系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)單地設(shè)計(jì)，提出了兩個(gè)不同的動(dòng)力耦合方式，為后續(xù)相關(guān)設(shè)計(jì)者提供相關(guān)思路。
參考文獻(xiàn)
【關(guān)鍵詞】微型汽車；動(dòng)力系統(tǒng)；改裝
0 引言
微型純電動(dòng)汽車具有無(wú)污染、低噪聲、小體積、低速度和易駕駛等優(yōu)點(diǎn)，是解決能源危機(jī)和環(huán)境污染的重要途徑，已成為當(dāng)今研究的熱點(diǎn)[1]。它能夠穿梭于城市的各種道路，最高時(shí)速一般為 50km/h，因此微型純電動(dòng)汽車作為代步或教學(xué)工具是相當(dāng)合適的，不僅適合上班族的快速交通需要，也能為普通人短距離慢速交通提供方便。它的總體開發(fā)主要有兩種方式，即改裝和全新設(shè)計(jì)，但由于技術(shù)上的制約，我國(guó)對(duì)微型電動(dòng)汽車的研究絕大多數(shù)建立在改裝車的基礎(chǔ)上，并且對(duì)電動(dòng)汽車改裝方面的研究還不夠深入，有些文獻(xiàn)只是從理論上分析，沒(méi)有路面試驗(yàn)，因此，本文在介紹電動(dòng)汽車改裝理論的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了將大眾桑塔納轎車改裝為純電動(dòng)轎車的工作，并對(duì)改裝車進(jìn)行了路面性能試驗(yàn)。
1 微型電動(dòng)汽車的發(fā)展現(xiàn)狀
微型純電動(dòng)汽車已成為國(guó)外市場(chǎng)、商業(yè)化的輕型純電動(dòng)汽車新品種。在日本，微型電動(dòng)汽車享有不用年檢、不用車位證，還有停車優(yōu)惠的政策，并且日本有一些企業(yè)和社區(qū)內(nèi)還設(shè)置了微型純電動(dòng)車的停放站，一般會(huì)停放著二三十輛微型純電動(dòng)汽車，使用者打卡就能夠開走車，用完汽車后放回停放站車子就可以充電，因此擁有不錯(cuò)的市場(chǎng)。在美國(guó)，微型純電動(dòng)汽車電機(jī)額定功率一般為3-7.5kw，最高速度為60km/h，續(xù)駛里程為50-80km，只能用作城市內(nèi)街道和社區(qū)交通、高爾夫球場(chǎng)和特殊場(chǎng)合，不能上高速公路[2]；在歐洲，純電動(dòng)汽車經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，已經(jīng)在歐洲各國(guó)尤其是在政府部門當(dāng)中擁有大量的用戶。但商業(yè)化進(jìn)程緩慢，原因是沒(méi)有成功地解決續(xù)駛里程問(wèn)題，而且各大汽車廠商發(fā)展電動(dòng)汽車的熱情明顯不如日本和美國(guó)，其注意力更多地轉(zhuǎn)向了其它新能源車的開發(fā)和發(fā)展。
我國(guó)電動(dòng)汽車的研發(fā)也有一定的歷史，基本與國(guó)外處于同一起跑線?！笆濉逼陂g，國(guó)家設(shè)立“電動(dòng)汽車重大科技專項(xiàng)”，目的就是通過(guò)組織企業(yè)、高等院校和科研院所等方面力量進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)從而維護(hù)我國(guó)能源安全、改善大氣環(huán)境、提高汽車工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。中國(guó)加人WTO后，國(guó)內(nèi)企業(yè)將面對(duì)開放市場(chǎng)和經(jīng)濟(jì)全球化的壓力和沖擊，中國(guó)汽車工業(yè)更是面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，要在電動(dòng)汽車產(chǎn)品上與國(guó)外開展競(jìng)爭(zhēng)，就必須通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新和組織管理創(chuàng)新，以高新技術(shù)帶動(dòng)傳統(tǒng)汽車工業(yè)，在新一代汽車技術(shù)上取得突破， 實(shí)現(xiàn)我國(guó)工業(yè)的跨越式發(fā)展[6，7，8]。目前，我國(guó)的部分高校、汽車研究所以及生產(chǎn)企業(yè)正在聯(lián)合開發(fā)充電電池和純電動(dòng)汽車，已取得了一些成果。根據(jù)國(guó)情，我國(guó)企業(yè)還開發(fā)了各種形式的微型純電動(dòng)汽車，如“Micro 哈里”，它是由清華大學(xué)與清能華通共同研發(fā)，采用了自主研發(fā)的新型四輪智能驅(qū)動(dòng)技術(shù)和高性能鋰離子動(dòng)力蓄電池，百公里能耗低，續(xù)駛里程大于120km，最高車速 65km/h。2010年7月，清華大學(xué)、常州市政府及潤(rùn)物控股有限公司簽訂協(xié)議，在常州共建微型純電動(dòng)汽車試運(yùn)行示范基地，以推動(dòng)微型純電動(dòng)汽車的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
2 改裝電動(dòng)車的總體方案
設(shè)計(jì)中將原有大眾桑塔納汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、電器及控制系統(tǒng)、儀表板及相關(guān)附屬件拆除，保留變速箱、行走、轉(zhuǎn)向和制動(dòng)系統(tǒng)。為減輕車重，將車殼去掉，改敞蓬。電動(dòng)汽車總體布置如圖1所示。
圖1 電動(dòng)汽車總體布置圖
圖1 為微型純電動(dòng)汽車的總體布置圖，從圖中可以看出，微型純電動(dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)主要由電氣系統(tǒng)和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)兩部分組成，其中電氣系統(tǒng)主要由蓄電池組、電動(dòng)機(jī)及其控制器組成；機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)主要是由變速傳動(dòng)裝置以及驅(qū)動(dòng)車輪構(gòu)成。動(dòng)力系統(tǒng)的控制器可以根據(jù)制動(dòng)踏板和加速踏板輸入的信號(hào)，發(fā)出相應(yīng)的控制指令來(lái)控制功率轉(zhuǎn)換器。功率轉(zhuǎn)換器的功能是調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)和電源之間的功率流，控制功率電路的功率輸出，實(shí)時(shí)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，然后電機(jī)輸出的動(dòng)力再通過(guò)變速器傳動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)車輪按駕駛員要求行駛[3]，因此選電動(dòng)機(jī)及控制系統(tǒng)是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。
3 微型電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3.1 電動(dòng)汽車電動(dòng)機(jī)的選擇
本次設(shè)計(jì)選用了三種類型的電動(dòng)機(jī)，即有刷直流電動(dòng)機(jī)、開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)和永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)。
（1）有刷直流電動(dòng)機(jī)。其優(yōu)點(diǎn)是控制簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟，但其過(guò)載能力與轉(zhuǎn)速提升能力不足。如長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，要經(jīng)常維護(hù)，更換電刷和換向器，而且轉(zhuǎn)子散熱條件差，限制了電機(jī)轉(zhuǎn)矩質(zhì)量比的進(jìn)一步提高。由于上述缺陷，在新研制的電動(dòng)汽車上已不采用。
（2）開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)。其結(jié)構(gòu)上省去了轉(zhuǎn)子上的滑環(huán)、繞組和永磁體等，是一種新型電動(dòng)機(jī)。具有維修容易，可靠性好，易冷卻，調(diào)速范圍寬，控制靈活等特點(diǎn)，而且效率比交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)高，但由于其具有較高的非線性特性，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)復(fù)雜，輸出轉(zhuǎn)矩波動(dòng)大，功率變換器的直流電流波動(dòng)也大，因此需要在直流母線上需裝一很大的濾波電容，不符合本文汽車改裝方案的設(shè)計(jì)要求。
（3）永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)。由于利用了電子換相器取代了傳統(tǒng)的機(jī)械電刷和機(jī)械換相器，因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)機(jī)械磨損、運(yùn)行可靠。同時(shí)還具有調(diào)速精度高、高效率、高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩等優(yōu)點(diǎn)[4]，是一種高性能的電動(dòng)機(jī)，而且永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)換向火花和無(wú)線電干擾，壽命長(zhǎng)，運(yùn)行可靠，維修簡(jiǎn)便，具有更高的能量密度和效率，在電動(dòng)汽車中有很好的應(yīng)用前景。
經(jīng)過(guò)上述三種電動(dòng)機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)的比較以及性能的分析，采用永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)作為本次電動(dòng)汽車改裝的動(dòng)力機(jī)較合適。
3.2 電動(dòng)汽車用電動(dòng)機(jī)的參數(shù)選擇
（1）電動(dòng)機(jī)的額定功率
由于改裝用于研究或代步工具使用，設(shè)計(jì)時(shí)速為最高40公里/小時(shí)，電機(jī)的額定功率，公式為：
根據(jù)上述設(shè)計(jì)計(jì)算的電動(dòng)機(jī)的額定功率和額定轉(zhuǎn)速，選擇額定電壓96伏，額定功率5kW，額定轉(zhuǎn)速為3000r/min的永磁直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)較為合適。
3.3 對(duì)電池的選擇
本次設(shè)計(jì)選用鉛酸電池，其可靠性高、原料易得、價(jià)格便宜，是電動(dòng)汽車儲(chǔ)能動(dòng)力源中較為成熟的一種，而且它的比功率基本上能滿足電動(dòng)汽車加速和爬坡要求。電池容量的選擇主要考慮最大輸出功率和輸出能量，其中電池單節(jié)容量為150A?h，電壓為12V，尺寸為300×170 ×210mm，電池?cái)?shù)目為8節(jié)，以保證電動(dòng)汽車的動(dòng)力性和續(xù)駛里程。
4 結(jié)論與展望
我們對(duì)改裝后的微型純電動(dòng)汽車進(jìn)行了路面行駛試驗(yàn)，其最大行駛里程45km，最大爬坡度15%，最大速度大于25km/h，可作日常代步或教學(xué)工具。本次改裝試驗(yàn)說(shuō)明利用普通汽油車改微型純電動(dòng)汽車方案可行，稍加改進(jìn)就可應(yīng)用于人們的日常需求，實(shí)現(xiàn)日常代步，同時(shí)也減少了廢氣污染，減輕了能源危機(jī)。
但本文的方案設(shè)計(jì)還有許多需要改進(jìn)的地方，如動(dòng)力系統(tǒng)系統(tǒng)，它是微型純電動(dòng)汽車的關(guān)鍵系統(tǒng)，關(guān)乎微型純電動(dòng)汽車整車的動(dòng)力性能，詳細(xì)敘述如下：
（1）本文只對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)的主要部件電動(dòng)機(jī)、蓄電池和改裝車整體結(jié)構(gòu)選型進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析，沒(méi)有涉及到動(dòng)力系統(tǒng)的具體部件及電路方面的設(shè)計(jì)分析，對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)的具體部件和電路加以設(shè)計(jì)分析是后續(xù)研究工作的重點(diǎn)。
（2）在微型電動(dòng)汽車改裝過(guò)程中，由于受原車結(jié)構(gòu)及蓄電池性能的影響，電動(dòng)汽車的整車動(dòng)力性能仍存在缺陷，以后的工作中應(yīng)繼續(xù)對(duì)整車結(jié)構(gòu)和蓄電池的布置進(jìn)行優(yōu)化，提高整車的動(dòng)力性能。
（3）本文對(duì)微型純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)只是進(jìn)行了初步布置設(shè)計(jì)，對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)在整車上進(jìn)行詳細(xì)的布置設(shè)計(jì)，并建模型分析動(dòng)力系統(tǒng)布置對(duì)車架受力的影響，以及對(duì)整車舒適性的影響將是下一步應(yīng)該進(jìn)行的工作。
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水力發(fā)電已經(jīng)成為可再生能源產(chǎn)業(yè)的一大關(guān)鍵詞。雖然這可能成為未來(lái)可持續(xù)發(fā)展電力的主要來(lái)源，但已經(jīng)對(duì)即將問(wèn)世的體積更小的水動(dòng)力小器具、水能電池甚至于汽車所能產(chǎn)生的積極影響也不可小覷。以下就是13種利用水作為動(dòng)力的新發(fā)明。
007式水動(dòng)力飛行背包
007式水動(dòng)力飛行背包名為JetLev-Flyer，是由德國(guó)企業(yè)家赫爾曼?拉姆克(Hermann Ramke)發(fā)明的。使用時(shí)，一個(gè)漂浮在水面的抽水泵由一臺(tái)150馬力的四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)提供能量，抽水泵可通過(guò)一條1 40英尺(約合42米)的軟管向飛行背包上的一對(duì)噴嘴供水。借助于水流噴射產(chǎn)生的動(dòng)力，佩戴者可向前平穩(wěn)飛行并按照自己的要求進(jìn)行控制。
Bedol水動(dòng)力鬧鐘
有了Bedol水動(dòng)力鬧鐘，你便可以將它帶到任何地方而不必?fù)?dān)心那里是否有電源可供使用。讓這款水動(dòng)力鬧鐘走上工作崗位的方式非常簡(jiǎn)單，只需在床頭柜上放上一杯水即可。
水能電池
日本水能電池NOPoPo堪稱一個(gè)絕好的創(chuàng)意，更是無(wú)污染供電的一大典范；任何液體都可充當(dāng)它們的動(dòng)力之源，甚至包括尿液在內(nèi)。NoPOPo并不能永遠(yuǎn)保持“上崗”狀態(tài)，其充電次數(shù)大約在3到5次。
愛爾蘭水能街燈
在愛爾蘭多尼戈?duì)柨?，?dāng)?shù)鼐用窈芸毂憧梢钥吹嚼盟皇请娀蛎簹馓峁┠芰康慕譄?。工作時(shí)，水流將帶動(dòng)一個(gè)100瓦特的渦輪，為每一個(gè)30瓦特的水能LED(發(fā)光二級(jí)管)燈充電。
水能計(jì)算器
下一次在泳池暢游時(shí)，如果你突然想做一些計(jì)算工作，你大可不必走出泳池，到處找計(jì)算器，原因就是有了水能計(jì)算器。使用時(shí)，用戶只需將它泡在水里即可，只要有水流接觸到計(jì)算器上的燃料電池，鋅正極和負(fù)極間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)便可產(chǎn)生電流，進(jìn)而為計(jì)算器供電。最為奇妙的是，只需提供一點(diǎn)水動(dòng)力，水能計(jì)算器便可工作一個(gè)月之久。
納米技術(shù)水滴智力玩具
和水玩上幾個(gè)小時(shí)也需要高科技嗎?答案是需要的。這款采用納米技術(shù)的水滴智力玩具擁有超強(qiáng)的防水性，玩家可以放心地移動(dòng)小水滴穿過(guò)迷宮。
水能汽車
對(duì)于水能汽車是否具有可行性，人們一直在激烈討論。日本一家公司決定用實(shí)際行動(dòng)，讓愛唱反調(diào)的人閉上嘴巴，這家公司就是水能汽車開發(fā)商Genepaxo目前，GeneDax研制出一款水能汽車原型，一公升水可讓其以80公里的時(shí)速行使一小時(shí)左右。
迷你型水力渦輪發(fā)電機(jī)
迷你型水力渦輪發(fā)電機(jī)的創(chuàng)意出自韓國(guó)設(shè)計(jì)師金宇漢(Jin Woo Han)的天才腦袋。使用時(shí)，用戶可將其加裝在自來(lái)水管上，利用“捕獲”水龍頭內(nèi)的免費(fèi)能量帶動(dòng)一個(gè)微型發(fā)電機(jī)。理論上說(shuō)，這臺(tái)迷你型發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電量足以滿足一個(gè)電動(dòng)牙刷或剃須刀的用電需求。
水能手機(jī)
乍聽起來(lái)，水能手機(jī)似乎是在遙遠(yuǎn)的未來(lái)才有的先進(jìn)設(shè)備，而實(shí)際上，我們最早可在2010年就擁有一部水能手機(jī)。目前，韓國(guó)三星公司已成功研制出一款微型燃料電池以及由只靠水提供動(dòng)力的氫發(fā)電機(jī)。工作時(shí)，水和手機(jī)內(nèi)的金屬發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，氫氣又與空間中的氧氣發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生電流。每塊微型燃料電池最高可產(chǎn)生3瓦特電量，這些電量最長(zhǎng)可讓一部小型手機(jī)續(xù)航10個(gè)小時(shí)。
【關(guān)鍵詞】伺服電動(dòng)機(jī)；單片機(jī) ；LCD；實(shí)時(shí)顯示
引言
伺服電動(dòng)機(jī)又稱為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件， 它將輸入的電壓信號(hào)變換成轉(zhuǎn)軸的角位移或角速度輸出。輸入的電壓信號(hào)又稱為控制信號(hào)或電壓信號(hào)。改變控制電壓可以變更伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向。
為了滿足生產(chǎn)過(guò)程中自動(dòng)控制系統(tǒng)的各種不同控制要求，對(duì)直流電機(jī)也提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)，改變電樞回路電阻調(diào)速和變電壓調(diào)速等技術(shù)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代控制技術(shù)的要求，PWM方式控制直流伺服電機(jī)調(diào)速的方法應(yīng)運(yùn)而生。
該設(shè)計(jì)準(zhǔn)備用單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)，使得伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速的可以直觀的顯示出來(lái)，使得調(diào)節(jié)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速以達(dá)到控制要求的工作變得更簡(jiǎn)潔。
1.直流伺服電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)
如圖，設(shè)計(jì)主要由三部分構(gòu)成：信號(hào)源部分、控制核心部分，LCD顯示部分等。
信號(hào)源部分：通過(guò)切換相應(yīng)的開關(guān)給電機(jī)控制器提供模擬電壓源或是PWM信號(hào)。
控制核心部分：該部分是負(fù)責(zé)發(fā)出控制信號(hào)，對(duì)各種信息做出快速、準(zhǔn)確的反應(yīng)，處理外部隨時(shí)變化的信號(hào)。
LCD顯示部分：該部分顯示由單片機(jī)通過(guò)對(duì)電壓信號(hào)處理過(guò)后產(chǎn)生的相應(yīng)的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)。
2.電機(jī)驅(qū)動(dòng)調(diào)速的實(shí)現(xiàn)
SERIE―2224―012SR型直流微型電機(jī)的控制是通過(guò)控制MCD2805控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。MCDC2805控制器與上述直流微型電機(jī)組合主要有步進(jìn)模式、速度模式、PWM模式等控制模式。本設(shè)計(jì)決定采用速度模式和PWM模式。
2.1 控制器內(nèi)部設(shè)置
正如上述驅(qū)動(dòng)器MCDC2805的介紹那樣，其內(nèi)部設(shè)置通過(guò)RS―232根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)置的，程序已設(shè)置，主要的技術(shù)參數(shù)具體如下：
3. CPU控制模塊的實(shí)現(xiàn)
前面已經(jīng)提到，核心控制器采用的是ATMEL公司的推出的Atmega 48單片機(jī)，其主要特點(diǎn)如下：
高速度和低功耗，具有SLEEP（休眠）功能。
具有（吸入電流）10-20mA或40mA（單一輸出）大電流?？芍苯域?qū)動(dòng)SSR，內(nèi)置Watch Dog 電路。
程序?qū)懭肫骷刹⑿袑懭?，也可串行在線下載（ISP）擦寫。
單片機(jī)內(nèi)置模擬比較器，具有較高精度的6路10 位A/D轉(zhuǎn)換器 （ PDIP 封裝）。
五種休眠模式：空閑模式、ADC 噪聲抑制模式、省電模式、掉電模式和Standby 模式
具有內(nèi)部RC振蕩器，無(wú)需外加晶振即可工作。
計(jì)數(shù)器/定時(shí)器：有2個(gè)8位和一個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，可做比較器、計(jì)數(shù)器外部中斷和PWM用于控制輸出（此功能應(yīng)用在本系統(tǒng)中）
4.PWM模式
本設(shè)計(jì)控制電機(jī)要求控制核心發(fā)出不同占空比的脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速，故采用相位可調(diào)PWM模式，具體為16種模式中的第10種。T/C1工作在相位可調(diào)PWM 模式（WGM13：0 = 1、2、3、10、11） 可以獲得高精度的、相位可調(diào)的PWM波形。
計(jì)數(shù)上限值（TOP值）決定著PWM波的周期；輸出比較匹配寄存器中的值（即OCR1A/OCR1B值）決定著PWM波的占空比。
Rpcpwm=log2（TOP+1）
相位可調(diào)PWM模式中，輸出的PWM波形的頻率輸出由下式確定，式中N的取值為1、8、64、256或1024。
通過(guò)設(shè)置比較寄存器OC1A/OC1B的值，可以獲得不同占空比的脈沖波形。OC1A/OC1B的一些特殊值，會(huì)產(chǎn)生極端的PWM波形。當(dāng)OC1A/OC1B的設(shè)置值與0x0000相近時(shí)，會(huì)產(chǎn)生窄脈沖序列。
5.模數(shù)轉(zhuǎn)換器
ATmega48有一個(gè)6 路10位精度的逐次逼近型ADC，0.5 LSB 的非線性度，± 2LSB 的絕對(duì)精度， 65 - 260 ?s 的轉(zhuǎn)換時(shí)間，最高分辨率時(shí)采樣率高達(dá)15 kSPS，具有連續(xù)轉(zhuǎn)換或單次轉(zhuǎn)換模式，可選的向左調(diào)整ADC 讀數(shù)。ADC與一個(gè)8通道的模擬多路復(fù)用器連接，能對(duì)來(lái)自端口C的8 路單端輸入電壓進(jìn)行采樣。單端電壓輸入以0V （GND） 為參考。ADC 包括一個(gè)采樣保持電路，以確保在轉(zhuǎn)換過(guò)程中輸入到ADC 的電壓保持恒定。
6.系統(tǒng)顯示模塊的實(shí)現(xiàn)
OCMJ 系列液晶顯示器致力于減輕編程負(fù)擔(dān)。用戶硬件接口采用 ASK/ANSWER 握手協(xié)議， ASK=1 表示 OCMJ 忙于內(nèi)部處理，不能接收用戶命令；ASK=0 表示 OCMJ 空閑，等待接收用戶命令。發(fā)送用戶命令到 OCMJ可在 ASK=0 后的任意時(shí)刻開始，先把用戶命令的當(dāng)前字節(jié)放到數(shù)據(jù)線上，接著發(fā)高電平ANSWER 脈沖把當(dāng)前用戶命令字節(jié)鎖存到 OCMJ 中。然后判斷OCMJ模塊是否在忙于內(nèi)部處理數(shù)據(jù)，（ASK=1？）如果ASK=1，那么把ANSWER拉低，等待下一次（ASK=0）再送下一個(gè)數(shù)據(jù)。采用 8 位并行數(shù)據(jù)格式。
經(jīng)過(guò)前面的論述，本設(shè)計(jì)的整體框架已經(jīng)搭建起來(lái)，首先是CPU控制核心接收外部模擬電壓控制信號(hào)，經(jīng)過(guò)處理之后，一方面產(chǎn)生PWM控制信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器為電機(jī)調(diào)速，另一方面CPU通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬電壓信號(hào)輸出給顯示模塊來(lái)展示速度等信息，以方便技術(shù)員更加及時(shí)準(zhǔn)確的把握電機(jī)運(yùn)行情況。
7.電機(jī)步進(jìn)工作模式的研究
SERIE―2224系列微型伺服電機(jī)通過(guò)RS―232可以設(shè)置為步進(jìn)電機(jī)工作模式，下邊主要對(duì)這種電機(jī)步進(jìn)模式的控制，進(jìn)行了初步的研究和試驗(yàn)：
正如上述驅(qū)動(dòng)器MCDC2805的介紹那樣，其內(nèi)部設(shè)置通過(guò)RS―232根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)置的。
其中，電機(jī)轉(zhuǎn)速=脈沖頻率可見，電機(jī)轉(zhuǎn)速是由STW、STN和輸入的脈沖頻率共同決定的。（STW：指每發(fā)一個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的步數(shù)；STN：每一轉(zhuǎn)的總步數(shù)）
8.結(jié)論
本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了通過(guò)單片機(jī)輸出PWM控制信號(hào)來(lái)給直流伺服電機(jī)調(diào)速的功能，是一種數(shù)字伺服控制系統(tǒng)；同時(shí)本系統(tǒng)還應(yīng)用了模數(shù)轉(zhuǎn)換器，把模擬電壓控制信號(hào)處理后，在顯示屏上顯示出速度等信息，體現(xiàn)了人機(jī)交互的理念。以CPU為核心的數(shù)字控制系統(tǒng)的各個(gè)組成部分，通過(guò)CPU模塊的分析處理后，向電動(dòng)機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，完成整個(gè)任務(wù)。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：微型逆變器；無(wú)線并聯(lián)；阻抗研究
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.06.197
0 引言
為了實(shí)現(xiàn)逆變器并聯(lián)“即插即用”，基于下垂控制技術(shù)的無(wú)互聯(lián)線并聯(lián)結(jié)構(gòu)成為逆變器并聯(lián)首選。目前學(xué)術(shù)界對(duì)微型逆變器采取功率均分的并聯(lián)技術(shù)研究相對(duì)較少，因此本文對(duì)微逆的無(wú)線并聯(lián)展開研究。首先給出微逆的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，然后通過(guò)狀態(tài)空間平均法進(jìn)行建模從而得到其輸出阻抗，進(jìn)而對(duì)其輸出阻抗進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而減小由于線路阻抗和輸出阻抗差異對(duì)功率均分造成的影響。
1 微逆的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其建模與分析
如圖1所示，為系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，
由于Flyback電路中存在非線性器件變壓器，所以整個(gè)系統(tǒng)實(shí)際是一個(gè)很強(qiáng)的的非線性系統(tǒng)。為此，在一個(gè)開關(guān)周期Ts內(nèi)，對(duì)微逆模型進(jìn)行等效處理。
2 電壓電流雙環(huán)調(diào)節(jié)及輸出阻抗設(shè)計(jì)
由圖3可知，經(jīng)虛擬阻抗校正后的等效輸出阻抗在工頻出不但依然呈現(xiàn)阻性，并且阻性有所加強(qiáng)，這樣更有利于減小由于線路阻抗和輸出阻抗差異而引起的對(duì)逆變器功率精確分配的影響。
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