【正文】 本系統(tǒng)采用繼電控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)在完全的自動(dòng)化，無(wú)需人工控制，方便易行。本課題設(shè)計(jì)的是 一種新型 的 立式垂直軸 小型 風(fēng)力發(fā)電機(jī)，由風(fēng)機(jī)葉輪、立柱、橫梁、變速機(jī)構(gòu) 、離合裝置 和發(fā)電機(jī)組成 。 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 1 概述 開(kāi)發(fā)利用風(fēng)能的動(dòng)因 風(fēng)能作為一種新能源它的開(kāi)發(fā)利用是有一定動(dòng)因的，而且隨著時(shí)間的推移，開(kāi)發(fā)利用風(fēng)能的動(dòng)因也在變化。 化石能源資源枯竭與供應(yīng)安全 進(jìn)入工業(yè)社會(huì)后，人類在飛速發(fā)展自己的文明過(guò)程中經(jīng)過(guò)了多次能源危機(jī)。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研發(fā)、示范到商業(yè)化發(fā)展，最終進(jìn)入市場(chǎng)，將給整個(gè)能源產(chǎn)業(yè)帶來(lái)新的活力，成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的一種新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。除了在工廠的生產(chǎn)和裝機(jī)工程中創(chuàng)造就業(yè)之外，在設(shè)備維護(hù)方面也會(huì)提供就業(yè)機(jī)會(huì)。進(jìn)入 20世紀(jì) 80年代，單機(jī)容量在 100KW 以上的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī) 組的研究開(kāi)發(fā)及生產(chǎn)在歐洲的丹麥、德國(guó)、荷蘭、西班牙等國(guó)取得了快速發(fā)展。 20 世紀(jì) 80 年代中期，中國(guó)開(kāi)始規(guī)劃風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的建設(shè)。這就必然要采用一些新的復(fù)合材料和新的技術(shù)。目前，丹麥、美國(guó)、德國(guó)等風(fēng)電科技較發(fā)達(dá)的國(guó)家，有許多專業(yè)研究人員在利用較先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù)條件致力與新葉型的從理論到應(yīng)用的研究開(kāi)發(fā)。 風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)未來(lái)的發(fā)展趨向?qū)⒓性冢禾岣邫C(jī) 群安裝場(chǎng)地選擇的準(zhǔn)確性；進(jìn)機(jī)群布局的合理性：提高運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行的最佳控制；進(jìn)一步降低設(shè)備投資及發(fā)電成本；總裝機(jī)容量在 1MW 以上的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)將占據(jù)主導(dǎo)地位，風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)內(nèi)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量將主要是百千瓦以上至兆瓦級(jí)的。用 η 1表示。 最小風(fēng)速稱 Vfmin，和最大風(fēng)速 Vfmax之間的風(fēng)速叫做風(fēng)力機(jī)的工作風(fēng)速，相應(yīng)于工作風(fēng)速風(fēng)力機(jī)有功率輸出。參數(shù) K、 C影響曲線形狀， K大 C大曲線陡峻，峰右移，反之亦然。單位時(shí)間通過(guò)垂直于空氣流的單位面積的空氣流所具有的動(dòng)能叫風(fēng)能密度，設(shè) ρ為空氣密度， V為風(fēng)速，則風(fēng)能密度 p=， p隨 V的立方增大，變化非常快，故知 道風(fēng)速的變化情況是利用風(fēng)能的先決條件。這一最低力矩值叫做風(fēng)力機(jī)的啟動(dòng)力矩。如上一節(jié)推導(dǎo)的那樣，有一個(gè)最大風(fēng)能利用系數(shù) Cpmax。尤其值得注意的是 ， 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，近年來(lái)發(fā)展了一種變速風(fēng)力發(fā)電機(jī) ， 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的研究組，取消了沉重的增速齒輪箱，發(fā)電機(jī)軸直接連接到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軸上，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)阻而改變， 其交流電的頻率也隨之變化，經(jīng)過(guò)置于地面的大功率電力電子變換器，將頻率不定的交流電整流成直流電，在逆變成與電網(wǎng)同頻率的交流電輸出。槳葉也向柔性方向發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到 2020 年底，中國(guó)共建有 27 座風(fēng)電場(chǎng)，裝機(jī) 812 臺(tái)，總?cè)萘? 方 KW。歐洲風(fēng)能協(xié)會(huì)預(yù)計(jì)，全世界到 2020 年風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量將超過(guò) 1 億 KW，占?xì)W洲總發(fā)電量的 20%以上。 技術(shù)驅(qū)動(dòng)力 隨著科技的進(jìn)步，空氣動(dòng)力理論的不斷發(fā)展、新型高強(qiáng)度、輕質(zhì)材料的出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)的廣泛 應(yīng)用和自動(dòng)控制技術(shù)的不斷改進(jìn)，機(jī)械、電氣、電子元件制造技術(shù)的成熟，為風(fēng)電技術(shù)向大功率、高效率、高可靠性和高度自動(dòng)化方向發(fā)展提供了條件。為減緩地球變暖， 1997 年在日本京都召開(kāi)的聯(lián)合國(guó)氣候變化框架締約方第 3 次大會(huì)上， 84 國(guó)代表審議通過(guò)《京都議定書》，要求工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家大幅度削減二氧化碳等溫室氣體排放量。 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 風(fēng)能作為新能源中最具工業(yè)開(kāi)發(fā)潛力的可再生能源，就格外引起人們的矚目。與常規(guī)電網(wǎng)延伸和柴／汽油機(jī)發(fā)電相比，利用小型離網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)供電有成本優(yōu)勢(shì)。 Domestic electric appliances: Television, radio, electric fan, washer, electric refrigerator. Key words： Wind power generation, Regulating control system, Small winddriven generator 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) XXV 目錄 摘要 .............................................................................................. XXIII ABSTRACT ..................................................................................... XXIV 目錄 ............................................................................................... XXV 前言 ......................................................................................................1 1 概述 ..................................................................................................2 開(kāi)發(fā)利用風(fēng)能的動(dòng)因 ...............................................................2 經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)力 .........................................................................2 環(huán)境驅(qū)動(dòng)力 .........................................................................3 社會(huì)驅(qū)動(dòng)力 .........................................................................4 技術(shù)驅(qū)動(dòng)力 .........................................................................4 風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀 .......................................................................4 世界風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀 .............................................................4 中國(guó)風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀 .............................................................5 風(fēng)力發(fā)電展望 ...........................................................................5 2 風(fēng)力機(jī)理論 ......................................................................................7 基本公式 ...................................................................................7 風(fēng)能利用系數(shù) .....................................................................7 風(fēng)壓強(qiáng) .................................................................................7 阻力式風(fēng)力機(jī)的最大效率 .................................................7 工作風(fēng)速與輸出功率 ...............................................................8 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出效率 .....................................................8 工作風(fēng)速與輸出功率 .........................................................9 啟動(dòng)風(fēng)速和額定風(fēng)速的選定 .............................................9 風(fēng)能利用與氣象 .....................................................................12 風(fēng)的觀測(cè)對(duì)風(fēng)能利用的意義 ...........................................12 風(fēng)能利 用中需要的氣象調(diào)查 ...........................................13 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) XXVI 風(fēng)的觀測(cè) .................................................................................13 3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)方案和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .......................................................14 小型垂直式風(fēng)力發(fā)電機(jī)方案設(shè)計(jì) .........................................14 風(fēng)葉 .........................................................................................15 行星齒輪加速器設(shè)計(jì)計(jì)算 .....................................................16 設(shè)計(jì)要求 ...........................................................................16 選加速器類型 ...................................................................16 確定行星輪數(shù)和齒數(shù) .......................................................17 壓力角 (α)的選擇 ..............................................................17 齒寬系數(shù)的選擇 ...............................................................18 模數(shù)選擇 ...........................................................................18 預(yù)設(shè)嚙合角 .......................................................................18 太陽(yáng)輪與 行星輪之間的傳動(dòng)計(jì)算 ...................................18 行星輪與內(nèi)齒輪之間的傳動(dòng)計(jì)算 ...................................19 行星排各零件轉(zhuǎn)速及扭矩的計(jì)算 .................................20 行星排上各零件受力分析及計(jì)算 .................................20 行星齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度校核計(jì)算 .....................................21 電磁離合器設(shè)計(jì)計(jì)算 .............................................................25 選型 ...................................................................................25 牙嵌式電磁離合器的動(dòng)作特性 .......................................25 離合器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 ...........................................................25 離合器的外徑 ...................................................................26 離合器牙間的壓緊力 .......................................................26 線圈槽高度 .......................................................................26 磁軛底部厚度 ...................................................................26 總結(jié) .......................................................................