风电混合驱动负载模拟装置开发

摘要

本文是在分析差动齿轮箱的结构原理及电动机模拟风力机原理基础上，扩展单自由度动态载荷模拟加载装置为双自由度混合动力驱动负载模拟装置，用超高转差率电动机与变频器控制模拟风力机的异步电动机，通过差动齿轮箱进行动力合成，驱动模拟动态载荷的磁粉制动器。完成了风电混合驱动负载模拟装置的开发。主要研究工作有：
　　 分析差动齿轮箱的结构原理，推导出差动齿轮箱的输入输出转速、转矩和功率之间的关系，并对差动齿轮箱中NWG型差动轮系的结构与相关参数进行研究。
　　 完成了混合动力驱动负载模拟装置机械系统开发，构建了基于PC机、RS232/RS485传输网络、转矩转速功率测量仪和传感器所组成的分布式测控硬件系统。设计了基于变频器控制的异步电动机自动控制电路以及防止“飞车”的机械制动装置。
　　 利用该混合动力驱动负载模拟实验系统，结合理论和实验研究提出的相关加载及测控策略，通过加载测量各机械传动处的输出参数，分析模拟实验装置的转速、转矩和功率相互关系。在将测控结果与理论计算对比分析基础上，分析误差产生的原因。
　　 在分析风力机运行特性基础上，研究了风能利用系数恒定区域风力机最大功率追踪原理，并分析矢量控制异步电动机的输出特性。结合实验台性能提出风能利用系数恒定区域电动机模拟风力机的原理。

目录

声明

摘要

1 绪论

1.1 选题的背景和意义

1.2 风电混合驱动负载模拟装置研究现状

1.3 选题研究内容和论文构成

2 模拟装置运动合成机构

2.1 差动齿轮箱的总体构成

2.2 差动齿轮箱的参数计算

2.2.1 传动比计算

2.2.2 差动轮系总功率流经路线确定及封闭功率流判定

2.2.3 差动齿轮箱输入输出构件转矩关系

2.2.4 行星轮的受力图及差动轮系输入输出功率关系

2.3 差动齿轮箱齿轮数计算

2.3.1 啮合齿轮5和6的参数计算

2.3.2 齿轮3和4的参数计算

2.3.3 齿轮1、齿轮2和齿轮3'计算

2.3.4 齿轮变位计算

2.4 本章小结

3 混合驱动负载模拟装置系统

3.1 模拟装置机械系统的开发

3.1.1 模拟装置工作原理与要求

3.1.2 风力机模拟器异步电动机及变频器的选取

3.1.3 防止“飞车”装置的设计

3.1.4 传感器及参数测量仪选取

3.1.5 传动装置的设计与选取

3.1.6 模拟装置系统设计

3.2 模拟装置新增自由度系统自动控制开发

3.3 模拟装置硬件测控系统

3.4 模拟装置系统的完成

4.风电混和驱动负载模拟装置实验研究

4.1 磁粉制动器输出转速与异步电动机输出转矩分析

4.2 机械系统传动效率分析

5 风力机输出特性及异步电动机模拟风力机可行性分析

5.1 风力机运行特性

5.2 风力机运行区域及最大功率追踪

5.3 异步电动机变压变频控制方式

5.3.1 变频调速基本原理

5.3.2 异步电动机变压变频时的机械特性

5.4 Cp恒定区域变频控制异步电动机模拟风力机的原理探讨

6 总结与展望

致谢

参考文献

附录