(東北大學(xué) 機械工程與自動化學(xué)院, 遼寧 沈陽 110004)
風(fēng)力發(fā)電機傳動系統(tǒng)無極變速的研究
肖 潔
(東北大學(xué) 機械工程與自動化學(xué)院, 遼寧 沈陽 110004)
本文在研究傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機傳動系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,發(fā)現(xiàn)和總結(jié)其缺點,得到改進(jìn)需求,提出一種改進(jìn)的無級變速風(fēng)力發(fā)電機傳動系統(tǒng),并給出其原理圖和詳細(xì)功能解釋,在滿足傳統(tǒng)傳動系統(tǒng)功能的前提下增加了無級變速功能,減小了輸出軸的速度波動,對優(yōu)化風(fēng)力發(fā)電機的傳動性能有一定的參考意義。
風(fēng)力發(fā)電機;傳動系統(tǒng);無級變速;速度波動
一般的風(fēng)力發(fā)電機的齒輪傳動都是使用定傳動比的,由于風(fēng)速的變化無常,導(dǎo)致輸出軸的轉(zhuǎn)速波動很大,這種不斷變化的轉(zhuǎn)速對系統(tǒng)是不利的,若能通過無級變速,使其在風(fēng)速不斷變化的情況下,輸出軸轉(zhuǎn)速波動減小或維持在穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速,就能改善風(fēng)電傳動系統(tǒng)的特性。本文針對傳統(tǒng)的風(fēng)電傳動系統(tǒng)的弊端,提出了一種無極變速傳動系統(tǒng),一定程度上消除了原來的弊端,也為風(fēng)電傳動系統(tǒng)的研究提供了一些新的思路。
1.1 傳統(tǒng)的定傳動比傳動系統(tǒng)原理
原理圖如圖1所示,輸入軸連風(fēng)輪,通過一級行星傳動和二級圓柱齒輪傳動獲得加速,最后高轉(zhuǎn)速輸入發(fā)電機,這種傳統(tǒng)的傳動方式傳動比是恒定的,輸出軸的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速變化的波動很大,所以需要在風(fēng)輪的槳上安裝變槳距機構(gòu),來減小轉(zhuǎn)速波動給發(fā)電機帶來的影響。
1.2 改進(jìn)的無極變速傳動系統(tǒng)原理
圖1 傳統(tǒng)風(fēng)電傳動系統(tǒng)原理圖
原理圖如圖2所示,風(fēng)吹動風(fēng)輪1轉(zhuǎn)動,然后通過一級行星齒輪2和二級行星齒輪3的加速,輸出高轉(zhuǎn)速,傳給變速齒輪6,變速齒輪6再傳給錐形齒輪4,最后傳給發(fā)電機5,風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能,其中變速過程是通過變速齒輪6的左右移動來完成的,當(dāng)絲杠轉(zhuǎn)動時,帶著變速盤7沿著絲杠左右移動,同時變速盤7也帶著變速齒輪6左右移動,由于和變速齒輪6嚙合的齒輪4是錐形的,當(dāng)6左右移動時,4和6的嚙合區(qū)的直徑不斷變化,傳動比也不斷變化,起到了變速的目的,同時,由于直徑變化是連續(xù)的,所以這種變速是無級變速。
1.3 變速范圍
此無級變速的變速范圍主要取決與錐形齒輪4和變速齒輪6的傳動比變化的極限,當(dāng)變速齒輪6移動到錐形齒輪4的最右端時,輸出的轉(zhuǎn)速最高,當(dāng)其運動到最左端時,輸出的轉(zhuǎn)速最低。變速范圍與錐形齒輪4的錐度和變速齒輪6的左右運動行程有關(guān)。因此,設(shè)計時可以根據(jù)產(chǎn)品的傳動比需要,改變錐形齒輪4和變速齒輪6的參數(shù),就可以設(shè)計出不同變速范圍的錐形齒輪與變速齒輪對。
1.1 無極變速可以對目前使用恒定數(shù)比的風(fēng)力發(fā)電機設(shè)計提供改進(jìn)方法。與傳統(tǒng)設(shè)計相比,這類型的變速器可以讓風(fēng)力發(fā)電機在一個更高的氣動效率及更大的風(fēng)速范圍內(nèi)試車。
1.2 這個性能該進(jìn)可以增加風(fēng)力發(fā)電機發(fā)電量,而最終降低發(fā)電成本。此外,使用無級變速器的傳動系統(tǒng)能夠吸收來自突發(fā)陣風(fēng)產(chǎn)生的葉輪扭矩,從而減小疲勞載荷,提升整個風(fēng)力發(fā)電機的可靠性。
1.3 無極變速器的使用減小了對功率調(diào)節(jié)和變速控制系統(tǒng)的需求。減少電氣控制可以降低整個風(fēng)力發(fā)電機的成本,減少因其所導(dǎo)致的能量損失;并且系統(tǒng)中不需要使用經(jīng)常性維護(hù)的滑環(huán),從而提高了風(fēng)力發(fā)電機的可靠性。
圖2 改進(jìn)的無極變速風(fēng)電傳動系統(tǒng)圖
本文通過研究傳統(tǒng)的風(fēng)電傳動系統(tǒng),得出其不能實現(xiàn)變速、風(fēng)能利用率底、輸出速度波動大等不足,在保留原有系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上,提出了一種改進(jìn)的風(fēng)電傳動系統(tǒng),該系統(tǒng)能實現(xiàn)無級變速,并詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)的傳動原理和變速原理,指出其變速范圍和原理,使之能提供一種靈活的設(shè)計手段。該傳系統(tǒng)能通過無極變速來改善傳動性能,提高風(fēng)能的利用率??梢詫υ擃I(lǐng)域傳統(tǒng)的設(shè)計提供新的思路和手段,對設(shè)計人員有一定的借鑒和指導(dǎo)意義。
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