垂直轴风力发电机变桨距控制系统设计

发布时间：2017-10-20 00:12

  本文关键词：垂直轴风力发电机变桨距控制系统设计

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【摘要】：随着经济的快速发展以及煤炭、石油和天然气等非再生资源的过度消耗,环境问题和能源问题越来越受到人们的关注,促进了新能源的研究与发展。而风能这种绿色环保能源随着对新能源的日益需求逐渐进入人们的生活当中,其中主要表现在利用风力发电。现今的水平轴风力发电技术已趋于成熟,发电成本逐渐降低,但是也暴露出了一些缺点,例如:重心不稳、必须有偏航装置、噪声污染严重不利于应用在城市中、叶片不受交变的重力应力作用使得机器使用寿命短等缺点逐渐暴露出来,而垂直轴风机恰恰能克服这些缺点,因此垂直轴风力机慢慢地进入了国内国际新能源专家和研究人员的研究领域。但是对于垂直轴风力发电机而言,自启动能力差和风能利用率低两个缺点导致它的发展缓慢。本文以搭建的小型H型垂直轴风力发电机为研究目标,采用变桨距控制技术为主要目的,在理论分析上,首先对垂直轴风机进行数学建模,通过分析叶片在运动圆周上每个位置的受力情况得到在启动和运行两个状态下桨距角的最佳变化情况。在风机硬件设计上,本文采用蜗轮蜗杆减速机和步进电机的组合作为叶片的独立变桨系统,涡轮蜗杆减速机的自锁功能和步进电机的运行方式能更好地把握对桨距角的控制。最终在Matlab和构建的小型H型垂直轴风机中,通过仿真和实际的实验数据两方面共同验证变桨距理论的合理性。
【关键词】：H型垂直轴风力机 叶片受力分析 变桨距策略 垂直轴风机模型
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM315
【目录】：

• 中文摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-21
• 1.1 本课题的研究背景和意义9-13
• 1.1.1 新能源利用的背景和意义9-10
• 1.1.2 风能利用的背景和意义10-11
• 1.1.3 垂直轴风力发电机的应用11-13
• 1.2 国内外垂直轴风力发电机的研究和发展现状13-16
• 1.2.1 国外垂直轴风力发电机的发展现况和趋势13-14
• 1.2.2 国内垂直轴风力发电机的发展现状和趋势14-15
• 1.2.3 变桨距控制技术的研究现状15-16
• 1.3 垂直轴风力发电机的优缺点和分类介绍16-19
• 1.3.1 垂直轴风力发电机的优点17-18
• 1.3.2 垂直轴风力发电机的分类18-19
• 1.4 课题的研究内容19-21
• 第二章 垂直轴风力发电机的基本理论21-31
• 2.1 叶片的空气动力学理论21-22
• 2.2 贝茨理论22-24
• 2.3 叶素理论24-25
• 2.4 流管模型25-27
• 2.5 垂直轴风力机特性参数27-29
• 2.6 本章小结29-31
• 第三章 垂直轴风力发电机的受力理论分析31-45
• 3.1 定桨距风机叶片的受力分析31-33
• 3.2 垂直轴风力机的工作原理33-34
• 3.2.1 升力型风机运行原理33-34
• 3.2.2 阻力型风机的运行原理34
• 3.3 变桨距理论的受力分析34-38
• 3.3.1 启动状态下的变桨受力分析35-36
• 3.3.2 运行状态下的变桨受力分析36-38
• 3.4 垂直轴风力机的变桨方案的仿真结果38-43
• 3.5 本章小节43-45
• 第四章 垂直轴风力发电机的软硬件设计45-59
• 4.1 小型H型风机硬件设计45-49
• 4.1.1 小型H型风机结构45-46
• 4.1.2 风机独立变桨机构46-49
• 4.2 小型H型风机软件设计49-55
• 4.2.1 STC单片机的介绍49-50
• 4.2.2 单片机及其外围电路设计50-53
• 4.2.3 控制程度设计53-55
• 4.3 型H型风机实验数据分析55-57
• 4.4 本章小结57-59
• 第五章 结论与展望59-61
• 5.1 结论59-60
• 5.2 展望60-61
• 参考文献61-65
• 致谢65-67
• 攻读硕士学位期间发表的论文67-68

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