【正文】 23年的努力，風(fēng)電場裝機規(guī)模不斷擴大。近海風(fēng)電場市場廣闊，成為歐洲發(fā)展風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的新動力 。 根據(jù)丹麥 RISy 國家研究實驗室對安裝在丹麥的風(fēng)電機組所進行的評估，從 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 3 19812021 年間，風(fēng)電成本由 歐分／ kWh 下降到 歐分／ kWh，預(yù)計2021 年度電成本下降至 3 歐分／ kWh, 2020 年降低至 歐分／ kWh。截至 2021 年底，全世界風(fēng)電累積裝機總?cè)萘考s為 億 kW，同比上年增長 31%.目前，風(fēng)電的年發(fā)電量約 3400億 kWh，風(fēng)力發(fā)電量已經(jīng)占到世界總發(fā)電量的 2% 以上。 (3) (4)風(fēng)力發(fā)電場比燃煤電廠可節(jié)省大量淡水資源，減少水環(huán)境污染。風(fēng)電的使用，相當于節(jié)省相同數(shù)量電能所需的礦物燃料。其對環(huán)境的明顯正面影響為： (1)減少向大氣排放粉塵， CO NOx、 SOx。特別是 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 2 對缺少淡水資 源的沿海及干旱地區(qū)更重要。在累計裝機容量上，歐洲仍然是風(fēng)力發(fā)電市場的領(lǐng)導(dǎo)者，截至 2021 年底，其累積裝機總?cè)萘繛? 萬 kW，占全世界風(fēng)電總裝機的 %，提前超額完成了到 2021 年風(fēng)電裝機容量達 到 4000 萬 kW 的目標。海上風(fēng)力資源條件優(yōu)于陸地，陸地適于安裝風(fēng)電機組的場址有限，以及在陸地安裝風(fēng)電機組對景觀造成影響，產(chǎn)生的噪音可能影響周圍的居民。預(yù)計在 2021 年以后，英國、丹麥、瑞典和德國將把風(fēng)力發(fā)電發(fā)展重點移師海上。在中國風(fēng)能協(xié)會發(fā)布的《 2021 年中國風(fēng)電裝機容量統(tǒng)計》 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 4 報告中顯示， 2021 年中國新增 安裝風(fēng)電機組 12904 臺，裝機容量 18927 .99 兆瓦，年同比增長 37 .1%，已超過美國排名全球第一。因此 ,深入研究風(fēng)力發(fā)電 機組系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)對于持久開發(fā)風(fēng)能和實現(xiàn)風(fēng)電機組國產(chǎn)化具有重要理論意義和工程應(yīng)用價值。根據(jù)不同的工作要求，剎車裝置分別處于開與關(guān)的狀態(tài)。剎車時齒輪箱經(jīng)常受到較大的沖擊而引起破壞，縮短了風(fēng)力發(fā)電機的使用周期。設(shè)計了剎車系統(tǒng)的控制系統(tǒng)圖，并對控制過程進行了復(fù)分析。風(fēng)吹到葉片上所作的功是將風(fēng)的動能轉(zhuǎn)化為葉片轉(zhuǎn)動的機械能，則必須 2 1 1 2,V V S S??如 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 7 圖 貝茨理論計算簡圖 于是 1 1 2 2S V S V SV??，風(fēng)作用在葉片上的力由歐拉定理求得 ? ?21F s v v???? 式中 ? 為空氣密度 風(fēng)輪接受的功率為 ? ?2 21N Fv s v v??? ? ? 風(fēng)經(jīng)過葉片的動能變化 ? ?221212T s V V??? ? ? NT?? 122VVv ?? 因此，風(fēng)作用在風(fēng)輪葉片上的力 F 和風(fēng)輪輸出功率 N 分別為 ? ?221212F s V V??? ? ?? ?221 2 1 214N s V V V V?? ? ? 風(fēng)速 1V 是給定的， N 的大小取決于 2V ， N 是 2V 的函數(shù)，對 N 微分求最大值，得 ? ?221 1 2 22 1 234dN s V V V VdV ?? ? ? 令其等于 0，解方程得 322 1 m a x 1 11 8 1 1 6,3 2 7 2 2 7V V N sV sV??? ? ? ? 令 16 ? 為 PC ，有 3m a x 112 PPN C sV C T??? PC = 說明風(fēng)吹在葉片上，葉片上所獲得的最大功率為風(fēng)吹過 掃掠面積的風(fēng)能的 59． 3％。增速箱的低速軸接槳葉，高速軸聯(lián)接發(fā)電機。由于葉尖部分處于距離軸的最遠點，整個葉片作為一個長的杠桿，擾流器產(chǎn)生的氣動阻力相當高，足以使風(fēng)力機在幾乎沒有任何磨損的情況下迅速減速，這一過程即是槳葉空氣動力剎車。這就對風(fēng)力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)提出了較高的要求。如果風(fēng)力發(fā)電機在運行過程中，風(fēng)速高于設(shè)計范圍，機組應(yīng)立即發(fā)出剎車指令，防止風(fēng)輪失速引起風(fēng)力發(fā)電機組的破壞。變槳距風(fēng)力發(fā)電機的空氣動力 剎車是通過槳葉迎角的變化來實現(xiàn)的。溢流閥 6 用來限制系統(tǒng)最高壓力。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 13 圖 3． 1 剎車裝置液壓系統(tǒng) 電磁閥 l 2～ 2 為停機閥， 用來釋放氣動剎車液壓缸的液壓油，使葉尖擾流器在離心力的作用下滑出：突開閥 14，用于超速保護。 設(shè)置在低速軸上的優(yōu)點是：制動力矩大，剎車可靠，剎車時產(chǎn)生的制動載荷 不會作用在齒輪箱上。 (3)如果葉尖擾流器釋放后轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高，則第二步剎車投入。 3．緊急停車 (1)所有繼電器、接觸器失電。 (2) 時間上的 Os，定義為電機從電網(wǎng)解列的瞬間，因此在這以前用來產(chǎn)生 電能的凈轉(zhuǎn)子力矩此后使轉(zhuǎn)子加速。通常是由風(fēng)洞實驗得到轉(zhuǎn)矩曲線的某些具肯代表性的點，用 MATLAB 最小二乘曲線擬合程序?qū)ζ溥M行擬合，得到式(3． 4)。 (4)風(fēng)速越大，剎車時間相應(yīng)也就越長；若到額定值以后，風(fēng)速的大小與剎車時間的關(guān)系主要取決于機組的氣動設(shè)計。 ABS 的結(jié)構(gòu)與工作原理 ABS 的基本工作原理是充分利用輪胎和地面的附著系數(shù)，主要采用控制制動力的方法，給各車輪施加最合適的制動力。 壓力調(diào)節(jié)囂 壓力調(diào)節(jié)器的形式很多，有真空式、液壓式、機械式、空氣式、空氣液壓加 力式等。它的作用是把減壓過程中輪缸流出的制動液送回 高壓端，這樣可以防止 ABS 工作時制動踏板行程發(fā)生變化。 二傳感器二通道式 摩托車采用這種方式，因為摩托車前后輪具有獨立的液壓系統(tǒng)。在冬季，風(fēng) 速一般較高，經(jīng)常超出風(fēng)機所能承受的風(fēng)速范圍。當然，這種方式不是簡單的在低速軸上添加一套剎車閘，而是在借鑒汽車工業(yè)上所用的 ABS 的原理基礎(chǔ)上添加一套剎車閘，并借鑒 ABS 的控制原理進行控制。 (1)安裝在低速軸 ? ? ? ? mT 9 0 2 3 . 5 + 5 2 . 1 8 1 . 2 = 9 1 9 . 2 8A B L A GT J N J K N? ?? ? ? ? ? ? ? ? (2)安裝在高速軸 ? ? ? ? mT = + 3 . 5 + 5 2 . 1 8 2 . 2 + 3 6 5 1 9 7 . 2 8A A G B HJ N J T N K N? ?? ? ? ? ? ? ? ? (3)分別安裝在低速與高速軸 ? ? ? ? mT 9 0 2 3 . 5 + 5 2 . 1 8 2 . 2 + 3 6 5 1 0 9 9 . 2 8A B L A G B HT J N J T N K N? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?式中： T:A 氣動力矩 （ mKN? ） N：齒輪箱傳動比為 5 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 24 BLT ：低速軸剎車力矩 m902KN? :BHT 高速軸剎車力矩 m36KN? AJ ：槳葉轉(zhuǎn)動慣量 2kg m? GEJ ：齒輪箱轉(zhuǎn)動慣量 2kg m? :GJ 發(fā)電機轉(zhuǎn)動慣量 2kg m? :? 角加速度 通過對剎車過程的受力分析，可以得出以下結(jié)論 (1)剎車閘安裝在低速軸上時，需要較大剎車力矩。 常用的制動器類型有塊式制動器、帶式制動器、盤式制動器、標準塊式制動器，現(xiàn)代風(fēng)機一般選用盤式制動器。=2f／ FoR 式中， f為摩擦因數(shù)； Fo為單側(cè)制動塊對制動盤的壓緊力； R為作用半徑。通常制動盤采用摩擦性能良好的珠光體灰鑄鐵制造 。改進前風(fēng)力發(fā)電機剎車系統(tǒng)是被動開環(huán)系統(tǒng)。實際上就是由于剎車的過程不是勻減速運動，從而產(chǎn)生動態(tài)載荷加載在齒 輪箱上，同時 齒輪箱受到的載荷較大，時間～長就會引起齒輪箱的疲勞損壞?？刂破骷须姶砰y與剎車閘。響應(yīng)曲線與永久磁場的方向有關(guān)。接收器有光電二極管或光電三極管組成。靶的運動結(jié)果引起磁通量隨時間變化，這在線圈中感應(yīng)出成比例的電壓，以后的電路將輸入信號變成數(shù)字波形，它能更容易的計數(shù)及實施時間控制?；魻栃?yīng)傳感器感測的是磁通量的大小，而 VR 檢測的是磁通量的變化率。因為霍爾速度傳感器集成了信號處理電路，能測接近零速的能力及有數(shù)字信號輸出，且風(fēng)力發(fā)電 機組的工作環(huán)境完全達到此傳感器的工作要求，所以霍 爾 速度傳感器是我們的最佳選擇。 圖 4． 4霍爾效應(yīng) 這種現(xiàn)象的產(chǎn)生，是因為通電半導(dǎo)體片中的載流子在磁場產(chǎn)生的洛侖茲 力的作用下，分別向片子橫向兩側(cè)偏轉(zhuǎn)和積聚，因而形成一個電場，稱作霍爾電場。采用比例放大器控制比例電磁鐵就能實現(xiàn)對比例閥進行遠距離連續(xù)控制，從而實現(xiàn)對液壓系統(tǒng)壓力、流量、方向的無級調(diào)節(jié)。如圖4． 10 所示，一個輸入信號供給放大 器，使放大器本身又產(chǎn)生相應(yīng)的輸入信號去驅(qū)動電磁鐵。于是產(chǎn)生一個凈輸出電壓，其大小與運動量成比例而相位則指示運動方向。當比例 控制系統(tǒng)設(shè)有反饋信號時可實現(xiàn)控制精度較好的閉環(huán)控制，其系統(tǒng)框圖如圖 所示 剎車系統(tǒng)屬于風(fēng)力發(fā)電裝置的安全系統(tǒng)，它是為確保風(fēng)力發(fā)電設(shè)備在出現(xiàn) 故障時仍處于安全狀態(tài)的系統(tǒng)。 無級變速型調(diào)速又分為節(jié)流調(diào)速回路、容積調(diào)速回路和容積節(jié)流調(diào)速 。 此風(fēng)力發(fā)電機剎車系統(tǒng)，采用節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)，系統(tǒng)由定量泵供油，用溢流閥調(diào)節(jié)所需要的壓力，并保持恒定。突開閥不受控制系統(tǒng)的指令控制，是獨立的安全保護措施 .ABS 壓力調(diào)節(jié)器 14 是 ABS 壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的簡圖具體的作用就是實現(xiàn) ABS 處的壓力調(diào)節(jié) .ECU 是 ABS 的電控部分實現(xiàn)系統(tǒng)的精確剎車 ． 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 40 液壓元器件選型 液壓泵的選擇 p 查參考公式，液壓泵的最大工作壓力按下式計算： 1pp p P? ? ?? 式中 1p 為液壓缸或液壓馬達最大工作壓力： p 為從液壓泵出口到液壓執(zhí)行元件入口處的總管路損失， P?? 的準確計算要待元件選定并繪出管路圖時才能進行，初算時可按經(jīng)驗數(shù)據(jù)選?。汗苈泛唵?、流速不大的，取 P?? = (～ ) Mpa。是泵到執(zhí)行元件之間總的管路損失，由系統(tǒng)圖可見，從泵到液壓缸之間串接有一個單向閥和一個電液比例換向閥，取 P?? =. 故液壓泵的最大工作壓力： ? ?1 5 1 .0 1 6pp Mp a Mp a? ? ? ： 查參考文獻公式得： 單個液壓泵和多個液壓執(zhí)行元件的系統(tǒng)，液壓泵的流量確定： ? ?m axp L iq K q? ? 式中 pq 為液壓泵的流量； LK 為考慮系統(tǒng)泄漏和溢流閥保持最小流量的系數(shù)， 通常取 ~ ? ，取? 。 。 此種調(diào)速方式結(jié)構(gòu)簡單，并能獲得較大的調(diào)速范圍，但系統(tǒng)中節(jié)流損失大，效率低，容易引起油液發(fā)熱，因此節(jié)流調(diào)速回路只適用于小 功率及中低壓場合，或系統(tǒng)功能較大但節(jié)流工作時間短的情況，節(jié)流調(diào)速又分別有進油口節(jié)流、回油口節(jié)流和旁路節(jié)流三種形式，進油口節(jié)流啟動沖擊較小，回油口節(jié)流常用于有負載荷的場合，旁路節(jié)流多用于高速的場合，容積節(jié)流調(diào)速回路是通過改變回路中變量泵或變量馬達的排量來調(diào)節(jié)執(zhí)行元件的運動速度，這種回路中，液壓泵輸出的油液直接進入執(zhí)行元件無節(jié)流和溢流能量損失，而且工作壓力隨負載變化而變化，因此系統(tǒng)不易發(fā)熱，效率較高，在功率較大的液壓傳動中得到廣泛應(yīng)用 。安全系統(tǒng)在邏輯上優(yōu)于其它系統(tǒng)，其作用是與機組安全相關(guān)的限定值超出或控制系統(tǒng)不能控制設(shè)備在限定之內(nèi)動作時，保護設(shè)備，使之處于安全狀態(tài)。 圖 位置反饋示意圖 圖 閥芯位置傳感器工作原理 (2)控制放大器 控制放大器原 理如圖 所示。因此此技術(shù)能使閥芯在閥體中準確地定位，而摩擦力、液壓力所引起的任何干擾都將被自動地糾正。這個電流信號作為輸入量被送入比例電磁鐵，從而產(chǎn)生和輸入信號成比例的輸出量一力或位移。片子兩側(cè)建立起一個穩(wěn)定的電壓，這就是霍爾電壓。用它們可以檢測磁場及其變化，可在各種與磁 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 31 場有關(guān)的場合中使用。霍爾效應(yīng)速度傳感器另一個重要特點是信號處理電路通常也集成在同一封裝中，它提供了。 第一是價格，線圈及磁鐵相對說是便宜的，可是需要附加的信號處理電路，價格較貴了。 在其后面是檢測電路，它能濾出有效信號和應(yīng)用該信號。激勵振蕩器振蕩，并使振蕩電流增加。常見的有： 由三大部分組成：振蕩器、開關(guān)電路及放大輸出電路。齒輪箱也就不易產(chǎn)生損壞。其功能示意圖如圖