小型风力发电机的转速与功率控制.docx

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1、小型风力发电机的转速与功率的控制7.小型风力发电机的转速与功率的控制■可归纳为四种方式：口1.定桨距失速；一口2.定桨距阻尼板；一口3.定桨距风轮偏侧；口4.变桨距：a.利用离心惯性力；□b.利用风压变桨距。■在现有产品中采用风轮偏侧和机械离心变桨两种方式比较普遍。7.1风轮偏侧式控制机构■风轮偏侧有侧向偏转和上仰两种运动方式。图18画出了风向偏折后风速矢量的变化。当风轮偏离风向Y1角度吐吹向风轮的风速降低为Vi=V*COSY1，风轮转速降低比例为COSY1/1,而功率减小的比例是COS3Y1/1。因此当风速高于额定风速时，要使风

2、力机的转速与功率维持不变，必须使风轮偏侧一定的角度。图18■偏侧角度的理论计算值如下表:■风速IIL'S1风速m/'s.，风速m后Y〜10.0。17.54.24、65j1b25.56P25~66』⑵34.1%58，26q67.13.40.20-60，27q68q14.44.2U62.28-，6%15.4&22.63.29.70a16.，5L23，64.30，7L7.1.1风轮偏转，尾舵调向，弹簧复位的限速机构图19风力发电机正常运行俯视图■风轮偏侧常采用偏置风轮的结构。如图19所示，塔顶回转中心与风轮轴轴线偏置一个距离e,当风压施

3、加到风轮上会产生绕回转中心转动的力矩，此力矩称为气动力矩。它的大小与风压大小和偏置距离有关。■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：EM二M气动一M弹簧士M摩擦二0□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弹簧二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■图20画出了重力蓄能复位限速机构的工作原理图。在o-x、o-y、

4、oz坐标系中，ox与风轮轴重合，oy与风轮盘面平行，z为垂直坐标轴。图中AB为竖销，g为后倾角，B为左倾角，河角是复位机构设置的初始安装角。当a,B确定之后，即确定，文。角是尾舵的自由稳定位置，及尾舵重力矩在垂直于竖轴的平面上的分力距为零的状态。如图20所示，当把尾舵摆动一个角度，尾舵在抬高的同时产生了重力矩的切向分力矩，并且随摆角的增大而加大，当尾杆从初始以转至90。时复位力矩最大，在工程实践中对尾舵的复位力矩有一个简便的算法，如图示，设置a角和8角之后，竖轴AB与0Z形成夹角丫和方位角夕，当夕=0。，复位力矩为零，当夕=901

5、1寸，复位力矩最大，复位力矩来自尾舵的重力短，可以写出如下计算式：M复位=G•L・sin)・sin夕式中：G—尾舵重力L—尾舵重心点到竖销距离Y—竖销轴线与垂直线的夹角夕一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@o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a角和8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a角的大小、尾舵的重力和尾舵重心到竖销的距离。图20■尾舵由尾

6、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校链，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，竖销设置成后倾角左倾角8。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a、B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40调整尾舵重力矩，Q,B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和平衡。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

7、角“0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。尾销倾斜回转中心偏置图217.1.3风轮偏置、尾舵调向、活络舵板限速机■与7.1.2所述的结构不同之处在于尾杆与回转体固定，在尾杆末端安装可以调节倾角的舵轴，舵板与舵轴之间为可以转动的钱链连接，舵板以本身的重力保持下垂状态。如图22所示。从俯视图可以看到风轮与尾杆轴线不平行，尾杆向左后方有约10°夹角。设置这个角度是为了在额定风速下尾舵产生的调向力矩与风轮的气动偏转力矩相平衡，使风力发

8、电机能输出额定功率。当风速再增大时风轮的气动偏转力矩大于尾舵的调向力矩，风轮开始偏侧。通过调节舵板的重量和舵轴的倾角可以改变风轮偏侧的起始风速和不同风速下风轮偏侧的角度。图227.1.4尾舵调向、电动舵轮偏航限速机构图231风轮，2发电机，3尾杆，