小型风力发电机的转速与功率控制.pptx

小型(xiǎoxíng)风力发电机的转速与功率控制7.1风轮(fēnɡlún)偏侧式控制机构偏侧角度的理论计算(jìsuàn)值如下表：7.1.1风轮偏转，尾舵调向，弹簧(tánhuáng)复位的限速机构为使风力发电机在额定风速(fēnɡsù)及低于额定风速(fēnɡsù)时风轮保持正对风向，则应把弹簧的拉力调节到能够与风轮的气动力矩相平衡。
平衡方程：∑M=M气动－M弹簧±M摩擦=0
式中M气动——风压作用于风轮对回转中心的力矩；
M弹簧——弹簧回复力矩，M弹簧=P·L；
P——弹簧拉力；
L——弹力作用于回转中心的力臂；
M摩擦——机头回转摩擦力矩；7.1.2风轮(fēnɡlún)偏置、尾舵调向并重力蓄能复位的限速机构式中：G—尾舵重力
L—尾舵重心点到竖销距离
γ—竖销轴线与垂直线的夹角
—复位机构在摆动平面内的方位角（以尾舵复位力矩为
零时尾杆所在位置为零度）
在额定风速时，在方位角时，尾舵产生的复位力矩和额风
速时下风轮的气动偏转力矩以及回转重心的摩擦力矩要达到
平衡(pínghéng)，此时α角和β角要协调好。在超过额定风速时，风轮
的气动偏转力矩较大，尾舵的复位力矩要与其平衡(pínghéng)，此时尾
舵的复位力矩主要取决于α角的大小、尾舵的重力和尾舵重
心到竖销的距离。尾舵由尾杆和舵板组成。尾杆和舵板固定在一起，尾杆
前端与回转体之间用竖销铰链，如图21所示。相对于风
力发电机，风轮为前，尾舵为后，以俯视分左右，偏置的
回转中心在左侧，竖销设置成后倾角α，左倾角β。如图
所示尾舵的重力矩施加到竖销上将产生绕竖销的转矩，转
矩的大小取决尾舵的重力矩和α、β角的大小。在正常运
行状态（尾舵顺风，风轮正对风向），于竖销左侧设限位
挡块，为重力复位限速机构设置了初始(chūshǐ)方位角调整尾舵重
力矩，α，β角使其产生的复位力矩与额定风速下风轮的
气动偏转力矩，回转重心的摩擦力矩相平衡。当超过额定
风速，风轮在增大的风力作用下，克服了尾舵在方位角时
的复位力矩，向一侧转动，偏离了风向，释放风能，限制
了风轮转速的增长。当风速降低时，尾舵的复位力矩大于
风轮的气动力矩，将风轮反弹回正对风位置。尾销倾斜(qīngxié)7.1.3风轮偏置(piānzhì)、尾舵调向、活络舵板限速机构图227.1.4尾舵调向、电动(diàndònɡ)舵轮偏航限速机构7.2机械离心(líxīn)变桨距机构7.2.1桨叶离心(líxīn)力螺旋槽变桨距机构7.2.2离心(líxīn)飞杆弹（柔）性变桨距机构桨叶偏转的力矩：
式中I为桨叶对桨轴的转动惯量（kgms2）；
α1为桨叶质心所在平面与风轮旋转平面之间的夹角；
m为飞杆质量（m=G/g，G为重量kg，g为9.8m/s2）；
r为飞杆质心到桨轴的垂直距离（m）
α2为飞杆质心所在平面与风轮旋转面之间的夹角；
ω为风轮旋转角速度（rad/s）
改变飞杆的质量、质心与桨杆距离和夹角α2可以调节机
构对桨叶的偏转力矩。调整(tiáozhěng)弹性桨杆的扭转应力及应变转角
可以满足变桨距控制风轮的要求。实际运行结果表明采用这
种机构机组运行非常平稳，特别适合于负向主动失速控制。
7.2.3离心飞杆机械(jīxiè)变桨距机构图27是一种典型的飞杆变桨距机构。它包括启动弹簧(tánhuáng)1，同
步拉杆2，调速弹簧(tánhuáng)3，导向体4，风轮毂5，叶片法兰6，飞
杆7，叶片轴8，同步盘9。叶片安装在叶片法兰上，受飞杆
离心惯性力的作用，叶片法兰，叶片将绕叶片轴转动，通过
改变桨距角调节风力机转速和功率。7.2.4风压变桨距机构(jīgòu)如28图所示，桨叶气动压力和风压
中心距机械转轴的距离决定了桨叶
的偏转力矩。自如转动的桨叶通过
同步曲柄连杆机构与调速弹簧安装
在一起就构成了气压变桨距控制机
构。在额定风速下，计算出桨叶偏
转力矩，设计(shèjì)调速弹簧的工作压力
使其通过曲柄连杆机构与桨叶偏转
力矩相平衡。作用在每只桨叶上的空气动力合力可以粗略的按下式计算：

式中CL——升力系数；
S——桨叶面积（m2）；
ρ——空气质量(kōnɡqìzhìliànɡ)密度ρ=0.125kgS2/m4
ω——风轮角速度rad/s
V——风速（m/s）
rL——风压中心与风轮旋转轴的距离，近似算法
R——风轮半径
r0——风轮空环半径（r0通常取0.2R）

风压中心到桨叶前缘的距离，据翼型参数确定，可近似的取
0.33C；如果设定了桨轴到前缘的距离，两距离之差乘以F桨叶
即可计算出额定风速、额定转速时的偏转力矩，进而计算出
大于额定风速时的偏转力矩及桨距角的变化值。