前端調(diào)速式風(fēng)力機(jī)組柔性傳動(dòng)鏈匹配與傳動(dòng)特性研究.pdf

1、為了吸收高度隨機(jī)變化的風(fēng)能，并轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定電流輸出，使風(fēng)力機(jī)適應(yīng)與電網(wǎng)的連接，本文介紹了一種前端調(diào)速式風(fēng)力機(jī)組柔性傳動(dòng)鏈。該傳動(dòng)鏈將以液力變矩器為核心的液力機(jī)械調(diào)速箱安裝于發(fā)電機(jī)之前，對(duì)主軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，使之輸出轉(zhuǎn)速趨于穩(wěn)定。由于液力變矩器的使用，剛性連接轉(zhuǎn)變?yōu)榱巳嵝赃B接。該傳動(dòng)系統(tǒng)可有效地減輕由風(fēng)速變化引起的能量波動(dòng)。
　　為保證風(fēng)力機(jī)傳動(dòng)鏈系統(tǒng)整體獲得高效率的運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)傳動(dòng)鏈各部件進(jìn)行了合理的匹配優(yōu)化。對(duì)該傳動(dòng)鏈的風(fēng)輪、增速齒輪箱

2、、液力機(jī)械傳動(dòng)裝置、液力變矩器及同步發(fā)電機(jī)等主要部件的傳動(dòng)工作原理進(jìn)行了分析。選擇了傳動(dòng)鏈上三個(gè)行星排的轉(zhuǎn)速比為研究對(duì)象，并以這三個(gè)轉(zhuǎn)速比為關(guān)鍵參數(shù)作為變量建立了液力變矩器轉(zhuǎn)速比的數(shù)學(xué)模型，分析了關(guān)鍵參數(shù)對(duì)液力機(jī)械傳動(dòng)效率的影響。以轉(zhuǎn)矩平衡和能量平衡為基礎(chǔ)，結(jié)合液力機(jī)械裝置的傳動(dòng)特性，得出傳動(dòng)鏈系統(tǒng)整體傳動(dòng)效率關(guān)于關(guān)鍵參數(shù)的表達(dá)式。限定液力變矩器的轉(zhuǎn)速比范圍以保證液力變矩器高效率工作，建立了約束條件，使液力變矩器的設(shè)計(jì)工況轉(zhuǎn)速比對(duì)應(yīng)于風(fēng)

3、輪低風(fēng)速下的常見(jiàn)轉(zhuǎn)速。選用DeWind8.2風(fēng)力機(jī)及NY5型液力變矩器為匹配對(duì)象，根據(jù)傳動(dòng)鏈系統(tǒng)整體效率及液力變矩器轉(zhuǎn)速比范圍約束條件分別建立適應(yīng)函數(shù)及約束函數(shù)，使用Matlab遺傳算法工具箱進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。優(yōu)化后的三個(gè)關(guān)鍵參數(shù)使傳動(dòng)鏈系統(tǒng)整體傳動(dòng)效率在風(fēng)輪額定轉(zhuǎn)速下達(dá)到最高。優(yōu)化方法及結(jié)果為精確匹配增速齒輪箱、行星排和液力變矩器提供了一種優(yōu)化方案，為液力變矩器及液力機(jī)械傳動(dòng)裝置的選取提供了參考，保證了前端調(diào)速式風(fēng)力機(jī)組傳動(dòng)鏈高效傳動(dòng)，為

4、大功率風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈匹配優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了必要的基礎(chǔ)。
　　對(duì)前端調(diào)速式風(fēng)力機(jī)傳動(dòng)鏈關(guān)鍵部件的工作原理進(jìn)行分析，建立數(shù)學(xué)模型。使用Matlab/Simulink軟件分別建立風(fēng)速模型、風(fēng)輪窄氣動(dòng)力學(xué)模型、傳動(dòng)鏈動(dòng)力學(xué)模型、液力變矩器動(dòng)態(tài)模型以及主軸轉(zhuǎn)速計(jì)算模型。整合各子系統(tǒng)，引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，建立傳動(dòng)鏈整體仿真模型，進(jìn)行模擬仿真。基于最大風(fēng)能捕獲，綜合考慮傳動(dòng)鏈結(jié)構(gòu)參數(shù)，通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制導(dǎo)葉開(kāi)度，調(diào)節(jié)液力變矩器的工作油循環(huán)流量，從而改變

5、液力變矩器的輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的變化，使主軸轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在設(shè)計(jì)值。
　　風(fēng)力機(jī)傳動(dòng)鏈為升速鏈，具有傳動(dòng)誤差放大的特點(diǎn)。液力機(jī)械調(diào)速裝置使傳動(dòng)鏈結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。為了研究前端調(diào)速式風(fēng)力機(jī)傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)誤差，對(duì)其工作原理及誤差具體來(lái)源進(jìn)行分析，對(duì)單個(gè)齒輪、一對(duì)齒輪副、傳動(dòng)軸的傳動(dòng)誤差進(jìn)行理論推導(dǎo)，并以此為基礎(chǔ)，分別進(jìn)行齒輪箱和液力機(jī)械傳動(dòng)誤差的理論研究。取合理的傳動(dòng)鏈結(jié)構(gòu)參數(shù)，保證液力變矩器工作在高效區(qū)，同時(shí)結(jié)合行星輪的傳動(dòng)特性，推