小型风力发电机的转速与功率控制.ppt

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： 1.定桨距失速； 2.定桨距阻尼板； 3.定桨距风轮偏侧； 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γ1角度时,吹向风轮的风 速降低为V1=V*cosγ1,风轮转 速降低比例为 cosγ1/1，而功 率减小的比例是cos3γ1/1。因 此当风速高于额定风速时，要使 风力机的转速与功率维持不变， 必须使风轮偏侧一定的角度。 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 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： ∑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 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、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，α为后倾角，β为左倾角， 角 是复位机构设置的初始安装角。当α，β确定之后， 即确 定， 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 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α角和β角之后，竖轴AB与oz形成夹角γ和方位 角 ，当 ，复位力矩为零，当 时，复位力矩最 大，复位力矩来自尾舵的重力钜，可以写出如下计算式： 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。 7.1.3风轮偏置、尾舵调向、活络舵板限速机构 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 动的铰链连接，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。 7.1.4尾舵调向、电动舵轮偏航限速机构 如图23所示，正常 运行状态由尾舵调向使 风轮正对