低风速磁悬浮垂直轴风力机研究
发布时间：2021-04-13 12:50
低风速地区的风能资源在我国分布十分广泛,约占全国可利用风能面积的68%。但低风速地区的风能资源几乎都没有得到开发利用,这无疑是对风能资源大大地浪费。因此,合理有效地开发利用低风速地区风能资源对风能资源的就地转化和利用、补充化石能源的短缺以及合理地调整我国能源结构具有重要意义。垂直轴风力机因无需偏航装置,启动风速低、安装简便等优势,已经在中小功率等级风力机中得以应用。而磁悬浮垂直轴风力机因为无机械摩擦,可大大地降低启动阻力矩,因而可以进一步降低启动风速,尤其适合低风速地区风能资源的开发利用。因此,研发出一种低风速磁悬浮垂直轴风力机用以解决低风速地区风能资源长期得不到有效利用的问题具有重要的现实意义。本文设计了一台低风速磁悬浮垂直轴风力机结构中的风轮和永磁直驱型风力发电机。首先,通过垂直轴风力机风轮参数的设计,初步设计了一台1 kW垂直轴风力机的风轮。同时,使用由双多流管模型的计算步骤编写的Matlab程序代码预测了初步设计的1 kW垂直轴风力机风轮的气动性能。结果表明,初步设计的1 kW垂直轴风力机风轮可达到1 kW的输出功率和相应的风能利用率要求。其次,通过对初步设计的1 kW垂直轴风...
【文章来源】：曲阜师范大学山东省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
低风速磁悬浮垂直轴风力机结构
第1章绪论21.2垂直轴风力机及永磁直驱型风力发电机的研究现状1.2.1垂直轴风力机的研究现状垂直轴风力机（如图1-2所示）最早出现的时候并没有受到人们的关注[7]，主要有两个方面的原因：一方面是由于垂直轴风力机的启动性能没有水平轴风力机（如图1-3所示）的启动性能好，常常表现出水平轴风力机在风速较低的工况下能够启动而垂直轴风力机在风速较低的工况下不能启动；另一方面是垂直轴风力机的风能利用率低。因此，人们当时普遍认为水平轴风力机启动性能好、风能利用率高而垂直轴风力机的启动性能差、风能利用率。此外，垂直轴风力机的理论研究远远落后于水平轴风力机的理论研究，因此在很长的一段时间内垂直轴风机都没有得到实质性的发展[8]。但是随着时间的推移和人们对垂直轴风力机的深入研究，人们发现，相比于传统的水平轴风力机，垂直轴风力机不仅不需要偏航装置就可以捕获任何风向的风能，而且垂直轴风力机的发电机和变速箱均安装在地面，便于对风力机进行相应的维护，这些都是垂直轴风力机所独有的优点[9]。再者，已有相关研究表明，升力型垂直轴风机经过优化过后的风能利用率己经能超过水平轴风机[10]。于是，近年来垂直轴风力机的研究又重新回到了人们的视野并越来越受研究人员的青睐。图1-2垂直轴风力机图1-3水平轴风力机垂直轴风力机根据工作原理的分类可分为阻力型垂直轴风力机[11]和升力型垂直轴风力机[12]以及混合型垂直轴风力机[13]。阻力型垂直轴风力机的典型代表是savonius型垂直轴风力机（如图1-4所示），最早期主要用于提水等。savonius型垂直轴风力机的优点是启动转矩大，非常容易实现低风速条件下的启动，但是其风能利用率十分低（最大风能利用率不超过25％），在商业化的风力发电发展中逐渐被淘汰；升力型垂直轴风力机的典
第1章绪论21.2垂直轴风力机及永磁直驱型风力发电机的研究现状1.2.1垂直轴风力机的研究现状垂直轴风力机（如图1-2所示）最早出现的时候并没有受到人们的关注[7]，主要有两个方面的原因：一方面是由于垂直轴风力机的启动性能没有水平轴风力机（如图1-3所示）的启动性能好，常常表现出水平轴风力机在风速较低的工况下能够启动而垂直轴风力机在风速较低的工况下不能启动；另一方面是垂直轴风力机的风能利用率低。因此，人们当时普遍认为水平轴风力机启动性能好、风能利用率高而垂直轴风力机的启动性能差、风能利用率。此外，垂直轴风力机的理论研究远远落后于水平轴风力机的理论研究，因此在很长的一段时间内垂直轴风机都没有得到实质性的发展[8]。但是随着时间的推移和人们对垂直轴风力机的深入研究，人们发现，相比于传统的水平轴风力机，垂直轴风力机不仅不需要偏航装置就可以捕获任何风向的风能，而且垂直轴风力机的发电机和变速箱均安装在地面，便于对风力机进行相应的维护，这些都是垂直轴风力机所独有的优点[9]。再者，已有相关研究表明，升力型垂直轴风机经过优化过后的风能利用率己经能超过水平轴风机[10]。于是，近年来垂直轴风力机的研究又重新回到了人们的视野并越来越受研究人员的青睐。图1-2垂直轴风力机图1-3水平轴风力机垂直轴风力机根据工作原理的分类可分为阻力型垂直轴风力机[11]和升力型垂直轴风力机[12]以及混合型垂直轴风力机[13]。阻力型垂直轴风力机的典型代表是savonius型垂直轴风力机（如图1-4所示），最早期主要用于提水等。savonius型垂直轴风力机的优点是启动转矩大，非常容易实现低风速条件下的启动，但是其风能利用率十分低（最大风能利用率不超过25％），在商业化的风力发电发展中逐渐被淘汰；升力型垂直轴风力机的典
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国风能发电发展前景研究[J]. 李剑. 中国设备工程. 2019(14)
[2]永磁直驱风力发电系统最大功率追踪[J]. 吴振奎,马新宇,许磊,孙明月. 自动化应用. 2019(06)
[3]磁悬浮风力发电机技术现状及未来展望[J]. 徐萌,龚选泰,许小梅,李芬芬,郭盈,查国君. 江西科学. 2019(03)
[4]复合材料及碳纤维在风力机叶片中的应用现状[J]. 王冰佳,黄强,呼慧. 电站系统工程. 2019(03)
[5]伯努利方程原理及其应用[J]. 吴明眼. 信息记录材料. 2018(09)
[6]升力型垂直轴风力机相互作用研究[J]. 张周周,陈建,徐洪涛,刘鹏玮. 中国机械工程. 2017(21)
[7]磁悬浮风力发电机研究及发展现状[J]. 王寻,朱熀秋,钱一,许颖,曹晨晨. 微电机. 2016(10)
[8]水平轴风力机叶片研究现状及展望[J]. 王帆,王敏婷,李学通,杜凤山. 机械设计. 2015(11)
[9]垂直轴风力机在风力发电中的应用现状及展望[J]. 金浩,胡以怀,冯是全. 环境工程. 2015(S1)
[10]垂直轴风力机概述[J]. 蔚蕾,陈永艳,田瑞,李洋. 绿色科技. 2014(08)
博士论文
[1]小型永磁风力发电机的优化设计和齿槽转矩分析[D]. 何庆领.合肥工业大学 2015
[2]直驱永磁风力发电机设计关键技术及应用研究[D]. 高剑.湖南大学 2013
硕士论文
[1]离网型永磁同步风力发电机设计与分析[D]. 庄石榴.上海电机学院 2019
[2]100W H型垂直轴风力机设计与车载试验[D]. 刘金涛.内蒙古农业大学 2018
[3]升阻组合式垂直轴风轮的气动性能与结构研究[D]. 王景元.哈尔滨工业大学 2018
[4]多叶片阻力型垂直轴风力机的特性及优化设计[D]. 张蓝.西北大学 2017
[5]H型垂直轴风力发电机气动性能优化研究[D]. 甘洋.重庆大学 2017
[6]海岛小型垂直轴风力机气动性能的研究[D]. 缪仁豪.天津大学 2017
[7]H型垂直轴风力发电机气动规律研究[D]. 巨文斌.重庆大学 2016
[8]H型垂直轴风力机翼型参数设计及实验研究[D]. 赵国栋.哈尔滨工业大学 2016
[9]300WH型垂直轴风力发电机气动特性分析[D]. 纪李文.东华理工大学 2015
[10]垂直轴风力机的结构分析及设计优化[D]. 李雷.华北电力大学 2015
本文编号：3135330
【文章来源】：曲阜师范大学山东省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
低风速磁悬浮垂直轴风力机结构
第1章绪论21.2垂直轴风力机及永磁直驱型风力发电机的研究现状1.2.1垂直轴风力机的研究现状垂直轴风力机（如图1-2所示）最早出现的时候并没有受到人们的关注[7]，主要有两个方面的原因：一方面是由于垂直轴风力机的启动性能没有水平轴风力机（如图1-3所示）的启动性能好，常常表现出水平轴风力机在风速较低的工况下能够启动而垂直轴风力机在风速较低的工况下不能启动；另一方面是垂直轴风力机的风能利用率低。因此，人们当时普遍认为水平轴风力机启动性能好、风能利用率高而垂直轴风力机的启动性能差、风能利用率。此外，垂直轴风力机的理论研究远远落后于水平轴风力机的理论研究，因此在很长的一段时间内垂直轴风机都没有得到实质性的发展[8]。但是随着时间的推移和人们对垂直轴风力机的深入研究，人们发现，相比于传统的水平轴风力机，垂直轴风力机不仅不需要偏航装置就可以捕获任何风向的风能，而且垂直轴风力机的发电机和变速箱均安装在地面，便于对风力机进行相应的维护，这些都是垂直轴风力机所独有的优点[9]。再者，已有相关研究表明，升力型垂直轴风机经过优化过后的风能利用率己经能超过水平轴风机[10]。于是，近年来垂直轴风力机的研究又重新回到了人们的视野并越来越受研究人员的青睐。图1-2垂直轴风力机图1-3水平轴风力机垂直轴风力机根据工作原理的分类可分为阻力型垂直轴风力机[11]和升力型垂直轴风力机[12]以及混合型垂直轴风力机[13]。阻力型垂直轴风力机的典型代表是savonius型垂直轴风力机（如图1-4所示），最早期主要用于提水等。savonius型垂直轴风力机的优点是启动转矩大，非常容易实现低风速条件下的启动，但是其风能利用率十分低（最大风能利用率不超过25％），在商业化的风力发电发展中逐渐被淘汰；升力型垂直轴风力机的典
第1章绪论21.2垂直轴风力机及永磁直驱型风力发电机的研究现状1.2.1垂直轴风力机的研究现状垂直轴风力机（如图1-2所示）最早出现的时候并没有受到人们的关注[7]，主要有两个方面的原因：一方面是由于垂直轴风力机的启动性能没有水平轴风力机（如图1-3所示）的启动性能好，常常表现出水平轴风力机在风速较低的工况下能够启动而垂直轴风力机在风速较低的工况下不能启动；另一方面是垂直轴风力机的风能利用率低。因此，人们当时普遍认为水平轴风力机启动性能好、风能利用率高而垂直轴风力机的启动性能差、风能利用率。此外，垂直轴风力机的理论研究远远落后于水平轴风力机的理论研究，因此在很长的一段时间内垂直轴风机都没有得到实质性的发展[8]。但是随着时间的推移和人们对垂直轴风力机的深入研究，人们发现，相比于传统的水平轴风力机，垂直轴风力机不仅不需要偏航装置就可以捕获任何风向的风能，而且垂直轴风力机的发电机和变速箱均安装在地面，便于对风力机进行相应的维护，这些都是垂直轴风力机所独有的优点[9]。再者，已有相关研究表明，升力型垂直轴风机经过优化过后的风能利用率己经能超过水平轴风机[10]。于是，近年来垂直轴风力机的研究又重新回到了人们的视野并越来越受研究人员的青睐。图1-2垂直轴风力机图1-3水平轴风力机垂直轴风力机根据工作原理的分类可分为阻力型垂直轴风力机[11]和升力型垂直轴风力机[12]以及混合型垂直轴风力机[13]。阻力型垂直轴风力机的典型代表是savonius型垂直轴风力机（如图1-4所示），最早期主要用于提水等。savonius型垂直轴风力机的优点是启动转矩大，非常容易实现低风速条件下的启动，但是其风能利用率十分低（最大风能利用率不超过25％），在商业化的风力发电发展中逐渐被淘汰；升力型垂直轴风力机的典
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国风能发电发展前景研究[J]. 李剑. 中国设备工程. 2019(14)
[2]永磁直驱风力发电系统最大功率追踪[J]. 吴振奎,马新宇,许磊,孙明月. 自动化应用. 2019(06)
[3]磁悬浮风力发电机技术现状及未来展望[J]. 徐萌,龚选泰,许小梅,李芬芬,郭盈,查国君. 江西科学. 2019(03)
[4]复合材料及碳纤维在风力机叶片中的应用现状[J]. 王冰佳,黄强,呼慧. 电站系统工程. 2019(03)
[5]伯努利方程原理及其应用[J]. 吴明眼. 信息记录材料. 2018(09)
[6]升力型垂直轴风力机相互作用研究[J]. 张周周,陈建,徐洪涛,刘鹏玮. 中国机械工程. 2017(21)
[7]磁悬浮风力发电机研究及发展现状[J]. 王寻,朱熀秋,钱一,许颖,曹晨晨. 微电机. 2016(10)
[8]水平轴风力机叶片研究现状及展望[J]. 王帆,王敏婷,李学通,杜凤山. 机械设计. 2015(11)
[9]垂直轴风力机在风力发电中的应用现状及展望[J]. 金浩,胡以怀,冯是全. 环境工程. 2015(S1)
[10]垂直轴风力机概述[J]. 蔚蕾,陈永艳,田瑞,李洋. 绿色科技. 2014(08)
博士论文
[1]小型永磁风力发电机的优化设计和齿槽转矩分析[D]. 何庆领.合肥工业大学 2015
[2]直驱永磁风力发电机设计关键技术及应用研究[D]. 高剑.湖南大学 2013
硕士论文
[1]离网型永磁同步风力发电机设计与分析[D]. 庄石榴.上海电机学院 2019
[2]100W H型垂直轴风力机设计与车载试验[D]. 刘金涛.内蒙古农业大学 2018
[3]升阻组合式垂直轴风轮的气动性能与结构研究[D]. 王景元.哈尔滨工业大学 2018
[4]多叶片阻力型垂直轴风力机的特性及优化设计[D]. 张蓝.西北大学 2017
[5]H型垂直轴风力发电机气动性能优化研究[D]. 甘洋.重庆大学 2017
[6]海岛小型垂直轴风力机气动性能的研究[D]. 缪仁豪.天津大学 2017
[7]H型垂直轴风力发电机气动规律研究[D]. 巨文斌.重庆大学 2016
[8]H型垂直轴风力机翼型参数设计及实验研究[D]. 赵国栋.哈尔滨工业大学 2016
[9]300WH型垂直轴风力发电机气动特性分析[D]. 纪李文.东华理工大学 2015
[10]垂直轴风力机的结构分析及设计优化[D]. 李雷.华北电力大学 2015
本文编号：3135330
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