垂直轴风力机柱形叶片变速控制单元的研究

发布时间：2020-05-26 02:03

【摘要】：近年来,由于经济的迅速发展,能源和电力的紧缺,风力发电事业受到了高度的重视。垂直轴风力机具有结构简单、成本低、寿命长,且不需要水平轴风力机必备的偏航机构等一系列优点,因此,对垂直轴风力机的设计研究成为了当今的热点之一。而风力发电控制系统性能的好坏直接关系到风力发电机的工作状态、发电量的多少以及设备的安全,所以一个良好的控制系统对于风力发电系统来说是非常重要的。本文针对一种新型的柱形叶片垂直轴风力机的需要,开展其叶片变速控制单元的研究。论文针对Magnus效应设计的一种新型的柱形叶片垂直轴风力机,根据该种风力机的基本结构和单个叶片的运行规律,提出了一种基于ARM和ZigBee无线通讯的变转速控制方案。控制系统以ARM9为主控制器,在此基础上设计了用于检测信号和控制电机的硬件电路和软件流程;控制器之间的数据传输采用ZigBee无线通讯方式来实现;在上位机上采用VB进行模块化编程,实现系统信号的远程监测;为了提高系统运行的可靠性和抗干扰性,论文还设计出了一种用于抵抗电磁干扰的硬件措施。最终设计出了柱形叶片风力机单个叶片的控制单元。论文最后还设计了信号采集、无线通讯和电机控制三个实验,通过实验来验证控制方案的可行性,实验结果表明该控制方案可以用于柱形叶片风力机单个叶片的控制。
【图文】：

垂直轴风力机,风力机

其中达力厄风力机有曲线翼型（Φ 型）和直线翼型 2 种形状，，如图1-1 所示。然而当时各国都将研究精力放在了水平轴风力机上，且后来由于第二次世界大战爆发，使垂直轴风力机的发展没有受到高度的重视[10-12]。a) 萨渥纽斯型风力机 b)马达拉斯型风力机c）Φ 型达里厄风机 d) 直线翼达里厄风机图 1-1 几种垂直轴风力机[10-12]直到 20 世纪 60-70 年代间，加拿大、美国和英国的风电专家通过实验论证了升力型垂直轴风力机工作机构线速度与风速之比可达到 6:1 以上，且风能利用系数不比水平轴螺旋桨式风力发电机组低，此后垂直轴式风力发电机得到了大力开发，1973 年爆发的世界石油危机也给风能发展提供了机遇，此时迎来了垂直轴风力机发展的第二次高峰期[13,14]。而这个时期研究的风力机类型主要是达力厄型风力机。- 2 -

垂直轴风力机

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文初，垂直轴风力机的发展迎来了第三次高峰期，轴风力发电机的研究。2001 年，我国以部队牵限公司成功研制出了世界首台 MUCE 新型垂直功，如图 1-2 所示，而且在 5 年不到的时间里将~100KW，处于世界领先地位[15,16]。于此同时，也都开始关注直线翼垂直轴风力机和 H 型风力机多中小型的垂直轴风力机也被成功的推向市场。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TK83

【参考文献】