风力发电机组传动系统设计分析(本科毕业论文设计).doc

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风力发电机组传动系统设计分析(本科毕业论文设计),摘要在新能源的开发和利用过程中,风能日益得到世界各国的重视,风力发电的相关技术也在日新月异地发展。风力发电机组设备技术的研究更是其中的重要内容。系统建模分析是风力发电机组设计的关键。本文以风力发电机组的传动系统为研究对象,以空气动力学基本理论为基础,应用刚性轴和柔性轴模型...
编号:68-91690大小:1.45M
分类: 论文>机械工业论文

内容介绍

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风力发电机组传动系统设计分析(本科毕业论文设计)
摘 要

在新能源的开发和利用过程中,风能日益得到世界各国的重视,风力发电的相关技术也在日新月异地发展。风力发电机组设备技术的研究更是其中的重要内容。系统建模分析是风力发电机组设计的关键。本文以风力发电机组的传动系统为研究对象,以空气动力学基本理论为基础,应用刚性轴和柔性轴模型和定速感应发电机模型,采用系统仿真软件MATLAB/SIMULINK建立起传动系统的模型。并以求解风轮处的轴向诱导速度因子 、环向诱导速度因子 和风轮扭矩为重点内容,对风力发电机组的工作性能进行仿真。文章从结构上分为五部分:第一部分简要介绍了国内外风力发电的研究现状和风力发电机组的动态模型研究现状;第二部分讨论了风力机常用的空气动力学基本理论,并详细介绍了经典的叶素动量理论;第三部分简单介绍了本次设计所涉及的机械动力学的相关知识,提出了风力机传动系统的建模机理,并对MATLAB软件进行了简单说明。第四部分以第二部分讨论的空气动力学基本理论为基础,以2MW风力发电机组为研究对象,在MATLAB/SIMULINK中建模,并设计程序研究12m/s风速下风力发电机组的空气动力学性能;第五部分根据风力发电机传动系统各部分的受力关系依次建立刚性轴、柔性轴及发电机的动态过程的微分方程,建立微分方程的框图,根据这些框图建立SIMULINK模型,并进行仿真,得出风力发电机传动系统的动态特性。


关键词:风力发电机,空气动力学,传动系统,建模,仿真

ABSTRACT

Along with the exploitation of new energy resources, the wind power is drawing more and more attentions, and the corresponding technologies are developing rapidly. Research on the equipments of wind electric power generation is one of the important studies. Modeling and Analysis of the system play a great part in the wind electric power generation. This dissertation which worked on the transmission system of the equipment of wind electric power generation, based on elementary theory aerodynamics of wind turbine, constructed a virtual prototype of it ,using the stiff shaft model ,flexible shaft model and the induction generator by simulation of MATLAB/SIMULINK. The central work is calculation of the axial flow induction factor , the tangential flow induction factor and the aerodynamics torque, and to simulate the performance of the wind electric power generation. The article has given a presentation of the following five parts: Firstly, to introduce the research and development of the wind turbine and models in existence in the foreign countries of the world and in our country. Secondly, to discuss elementary theory aerodynamics of wind turbine and to introduce the classical blade element-momentum (BEM) theory in detail. Thirdly, simply to introduce some knowledge of mechanical kinetics used in this design, to think out the basis of mechanical kinetics of modeling the transmission system of the wind turbine, and tell something about the soft MATLAB/SIMULINK; Fourthly, 2MW wind turbine is researched on elementary theory aerodynamics of wind turbine described in part two. Modeling and programming in MATLAB/SIMULINK in order to get the aerodynamics performance of wind turbine. Lastly,in terms of the force relation among all the parts of transmission system of the wind turbine, build up differential equation of the stiff shaft model , flexible shaft model and the induction generator in dynamic procedure and set up the block diagram. In accordance with the block diagram mentioned above, build up the model and simulate with MATLAB/SIMULINK to get the dynamic character of the transmission system of the wind turbine.


Key words:Wind turbine, Aerodynamics, Transmission System, Modeling, Simulation

目录

摘 要 I
ABSTRACT II
1 绪 论 1
1.1 国内外风力发电的研究与发展现状 1
1.2 风力发电机组传动系统的研究现状 1
1.3 本次设计课题的意义 3
1.4 本次设计的主要内容 3
2 风力发电机空气动力学基本理论 5
2.1 引言 5
2.2 叶素动量理论 5
2.2.1 叶素理论 5
2.2.2 动量理论 7
2.2.3 叶素-动量理论诱导速度计算控制方程 8
2.3 本章小结 9
3 机械动力学基本理论及MATLAB软件介绍 10
3.1 机械动力学基本理论 10
3.1.1 引言 10
3.1.2 机械振动基础 11
3.2 风力机传动系统动力学建模机理 14
3.3 系统建模仿真软件MATLAB/SIMULINK 14
3.4 本章小结 16
4 风轮空气动力学建模 17
4.1 引言 17
4.1.1 建模求诱导速度因子 17
4.1.2 诱导速度因子计算结果 25
4.1.3 求气动转矩、风轮功率及功率系数 27
4.2 仿真结果 29
4.3 本章小结 30
5 风力发电机组传动系统建模与仿真 32
5.1 传动机构模型 32
5.1.1 刚性轴模型 32
5.1.2 柔性轴模型 33
5.1.3 发电机模型 35
5.2 基于MATLAB/SIMULINK的仿真框图 36
5.3 仿真结果 38
5.4 本章小结 41
小结 35
致 谢 36
参 考 文 献 37