小型风力发电机的转速与功率控制.pptx

7.小型风力发电机的转速与功率的控制7.1风轮偏侧式控制机构偏侧角度的理论计算值如下表：7.1.1风轮偏转，尾舵调向，弹簧复位的限速机构为使风力发电机在额定风速及低于额定风速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，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，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7.1.3风轮偏置、尾舵调向、活络舵板限速机构图227.1.4尾舵调向、电动舵轮偏航限速机构7.2机械离心变桨距机构7.2.1桨叶离心力螺旋槽变桨距机构7.2.2离心飞杆弹（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1，同步拉杆2，调速弹簧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——空气质量密度ρ=0.125kgS2/m4ω——风轮角速度rad/sV——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。