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含14张CAD图纸、文档全套 GC系列 500 垂直 风力发电机 设计 14 CAD 图纸 文档 全套 GC 系列

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毕业设计（论文） 附录A附录A 英文翻译一种新型俯仰角控制的风力发电系统的设计，建模与实现尹秀星，林永刚浙江大学流体动力传动与控制国家重点实验室，浙江杭州浙大路38号；3100272014年4月14日收到，2015年3月16日接受，2015年4月10日上传摘要：文章提出了一种新颖的俯仰角控制系统，将平滑输出功率和传动系转矩波动用于风力发电机。该系统的特征在于外部开放控制回路，为增强直接俯仰运动和内在的水力机械位置控制回路提供了益处和无传感器俯仰控制。提供了务实的设计程序，而且几个关键的设计参数被确定或优化。这种音调的建模，稳定性分析和动态特性还提出了控制系统。通过比较实验结果，验证了该系统在功率和扭矩条件下的效率有效性。2015年爱思唯尔有限公司保留所有权利。关键词：风力发电机；俯仰角控制系统；水力机械位置控制回路；系统建模；稳定性分析；动态特性1、背景介绍浆距角控制系统通常用于大型风力发电机，以保持捕获的风力接近额定值高于额定风速，带来的好处是更好的控制灵活性和电源质量。这样的系统也可以减轻结构及风荷载，保护风力发电机在强阵风期间的疲劳损伤。因此，这些系统对风力发电的调节有直接的影响，对变桨距风力发电机具有重要意义。此外，高性能和可靠性先进的音高控制系统可以满足日益严格的性能要求，由现代涡轮机规定的要求，必不可少的提升风能技术的竞争力。这些系统基本上有两种类型：机电和液压。对于机电式，可以通过使用电动机来实现俯仰动作。这个系统已经在文献中得到广泛的研究系统设计，动态特性分析，双重闭环控制，直接转矩调节控制，自适应俯仰控制和模糊逻辑俯仰控制。 虽然，系统结构相对紧凑和准确，稳定性和功率质量可能相对较低。对于液压俯仰系统，通常使用值控制液压缸来通过滑块-曲柄机构产生最终俯仰作用。该系统的最新研究主要包括俯仰控制策略，可靠性评估，系统建模和独立俯仰控制。Chiang等人开发了一种变速泵控制液压变桨控制系统和自适应模糊变桨控制器。然而，尽管在文献中有这样的各种控制方法，但是没有提供对该系统的充分详细的动态分析。 虽然液压变桨控制系统在高功率/质量比和相对高的可靠性方面可能是有利的，但是由于使用滑块-曲柄机构，该系统的控制精度相对较差。本文的主要贡献是一种新颖的俯仰角度控制系统和详细的分析方法，如设计程序，系统建模，稳定性和动态分析。通过整合上述两种基本不同的工作机制，这种新颖的系统在克服其众所周知的实际性能限制的同时，具有两种类型的优点。通过在所提出的系统中使用液压马达可以提高传统机电桨距系统的功率/质量比，其中电动机用于控制，而不是在机电系统。通过结合旋转液压伺服而不是滑块 - 曲柄机构，新型系统中可以显着提高常规液压式的俯仰控制精度。这是因为产生的桨距角与液压伺服系统的角位移成正比，可以通过伺服中的内部水力机械位置闭环来精确控制。因此，这种新颖的系统不仅具有紧凑性，高功率/质量比，更高的可靠性和良好的控制精度等优点，而且还可以与传统的间距相比具有更好精度的中型或大型风力发电机系统。因此，这种显着的性能改进使得所提出的俯仰控制系统成为工业应用的一个有希望的选择。2、文章说明如图1所示，由数字电动机，液压伺服机构和安装在机舱中的变速齿轮组组成的新型变桨控制系统是具有内部反馈闭环的集成电液位置伺服系统。 数字电动机作为将数字俯仰控制命令发送到液压伺服系统的转换器。 齿轮组用于将液压伺服的高轴转速调整到相对较低的桨距率。液压伺服机构包括阀芯式旋转阀，螺杆和螺母组合以及旋转执行机构。来自数字电动机的旋转运动打开阀门并将来自恒定液压动力源的油流输送到该致动器，该致动器的运动通过螺杆和螺母组合被反馈并从输入运动中减去，以便中止阀门并关闭这个循环。因此，这种运动在液压伺服系统中自动创建一个内在的水力机械位置控制回路。旋转执行器的尺寸可以处理预期的俯仰载荷，并具有足够大的液压固有频率以满足整体响应要求。通常，液压轴向柱塞马达可用作旋转致动器。图1.俯仰控制系统的示意图。该俯仰控制系统的重要特征如下。（a） 俯仰角控制可以最终通过具有高有效载荷能力和高功率重量比的旋转液压致动器而不是其它桨距系统中的电动机或液压缸实现。因此，相对较高的桨距控制精度和功率/质量比使得该系统适合于大型风力发电机组。（b） 内在的水力机械闭合控制回路使得该系统能够避免测量或反馈俯仰角信号的必要性，因此无需传感器的俯仰控制，而在其他俯仰系统中始终使用各种传感器或换能器。（c） 紧凑的结构和集成设计使得这种俯仰系统适合于单独的俯仰控制。（d） 该系统可以由主机直接控制，而无需使用附加的控制器或传感器，这显示了成本效益的潜力。（e） 与其他常规桨距系统相比，新型变桨控制系统在外部开环中具有内部水力机械位置控制回路，因此具有更宽的俯仰速率范围和更低的维护成本。3、系统设计3.1 间距负载首先介绍俯仰载荷的计算，因为它是系统设计的重要前提。 这种载荷主要来自空气动力学，重力和动态相互作用。 特别地，由叶片离心力产生的惯性矩是与俯仰动作相关联的负载的主要来源，并且将详细讨论如下。如图2所示，旋转平面与轴o-x对齐并垂直于纸张表面。 俯仰轴线穿过每个叶片横截面的重心并位于旋转平面内。叶片横截面的第一主轴位于该对称气翼的弦线上。 在相同原点O处建立两个坐标系。参考框架（x，y）以它们之间的间距角b围绕框架（x1，y1）旋转。考虑从旋转轴线到半径r的叶片的增量部分，以及增量质量dm的点B。 作用在这一点上的增量离心力是 （1）并且半径rB可以表示为 （2）将等式（2）代入（1）得到 （3）风力转子的角速度；线段OB的长度；线ob与旋转平面之间的角度；俯仰轴与离心力d之间的角度；力dFc可以分解为一个分量dFn，垂直于叶片横截面和部件dFt平行于这个横截面 力dFt可以描述为： （4）由于离心力而产生的关于俯仰轴的惯性力矩是 （5）参考帧（x，y）中点B的坐标为 （6）将等式（6）代入（5）得到 (7)其中 0A;线段的长度 叶片材料的密度; 点B处的横截面积; 半径r的增量半径在叶片半径上积分方程得到 dsdr (8) 作用在叶片上的总惯性力矩; 转子的总半径; 该翼型部分的局部半径r的面积; 区域的惯性的乘积关于o-x和o-y的轴。 （9）转换参考点B（x1B，y1B）的坐标帧（x1，y1）到帧（x，y）产生 （10）将等式（10）代入（9）得到 （11）关于x1和o-y1主轴的面积ds的惯量乘积为零 区域关于轴0-的惯性矩; 区域 关于the 的惯性矩; （14）其中c - 翼型弦长;h - 机翼厚度;D - 风机转子直径。将等式（13）代入（8）得到 （15）图2.离心力。将叶片划分成一组跨度方向的叶片部分给出了方程的另一种表达式： （16）叶片的增量半径。设计的实际俯仰载荷可以通过考虑俯仰承载效率来近似估计 （17）3.2齿轮比液压伺服机构的轴通过传动比为i的齿轮组联接到叶片根部。 可以根据3.1节中给出的实际俯仰载荷Tp来合理计算俯仰传动比。因此，伺服侧的扭矩平衡方程为：由液压伺服产生的扭矩;液压伺服的质量惯性矩;叶片围绕其纵向轴线的质量力矩;液压伺服轴的转速;俯仰率角速度 跟俯仰率 的关系是： (19)将等式（19）代入（18）得到 (20)我们希望该伺服器以输出转矩最小化的最佳齿轮比工作。 该最佳比率可以通过对等式（20）进行微分来确定，并将结果设置为零。 (21)求解方程（21）得到： (22)俯仰速率上升的时间导数可以表示为 (23)将等式（23）代入（22）得到 (24)最佳比例必须满足限制最大俯仰速率的实际约束。 (25)最佳齿轮传动比; 液压伺服轴速度的最大值和最小值; 俯仰速率的最大值和最小值; 俯仰速率达到其最大值所需的时间。因此，可以从等式（24）和（25）获得最佳桨距变速比。3.3 液压伺服体积位移和最大流量作为该液压伺服系统设计的两个重要参数。 这两个参数也可以根据3.2节中的计算参数来确定，例如液压伺服的扭矩和轴速度。旋转阀的流量为： (26)该阀的最大流量为： (27)从伺服器提取的功率是： (28)其中 旋转阀的流量; 旋转阀的最大流量; 从液压伺服器提取的功率; 与旋转阀相关的恒定系数; 旋转阀的线性滑阀位移; 恒定的供应压力; 液压油的质量密度; 负载压力。将方程（28）相对于进行微分，并将结果设为零。 Ps (29)综合方程（26），（27）和（29）得到： (30)从伺服中提取的最大功率发生在负载压力和流量获得等式（29）和（30）中的特定值的点。 液压伺服系统应能在最大功率点处理最大桨距负载。 从而， (31) (32)其中 体积位移;液压伺服在最大功率点的流量; 液压伺服在最大功率点的负载压力;将等式（29）代入（31）得到 (33)将等式（30）和（33）代入（32）得到 (34)因此，可以通过使用等式（33）和（34）来计算液压伺服的体积位移和最大流量。 实际上，两个参数的值应稍微增加，以补偿伺服中摩擦和泄漏引起的功率损耗。4. 系统建模与分析该系统的动态性能主要由水力机械位置控制回路控制。 因此，包括螺杆和螺母组合以及液压部分的该控制回路的详细地建模和分析如下。4.1 系统建模旋转阀的线性滑阀位移为： (35)该回路的液压部分可以看作是一个阀门控制的液压马达，可以通过以下转换功能来描述。 (36)其中 螺杆和螺母组合的螺距; 液压马达的旋转位移; 旋转阀的阀芯位移; 旋转阀的流量增益; 液压固有频率; 液压阻尼比。方程（35）和（36）是该位置控制回路的基本表示，并且可以通过使用图5中的框图来说明。 因此，开环传递函数是： (37)闭环传递函数为 (38) 该控制回路的速度增益; 拉普拉斯算子。 (39)公式（37）的分母中的空闲s表示一阶积分部分，使得该控制回路是类型1，具有零位置误差。 如图所示。 3，该内在位置控制回路是以单位反馈自动生成的。 因此，由于这种直接反馈闭环，可以实现该俯仰系统的无传感器位置控制。4.2 稳定性分析稳定性可能是这种俯仰系统最重要的特征。 这种环路动力学的分析通常集中在稳定性要求上。 Routh-Hurwitz稳定性标准用于确定该系统的稳定性。闭环传递函数的特征方程为： (40)图3.位置控制回路的框图。图4.位置控制回路的闭环频率响应。对方程（40）应用Routh-Hurwitz稳定性准则 (41)方程（41）表明该系统的稳定性与速度增益，液压固有频率和阻尼比直接相关。由于0.1和0.2的阻尼比是该系统的特征，所以速度增益总是被限制在液压固有频率的20-40。 这个基本结果为设计目的提供了经验法则。4.3 动态特性公式（38）中闭环传递函数的分母可以用线性和二次因子表示。 从而， (42)其中 断线频率的线性因子; 二次因子的固有频率或谐振频率; 二次因子或闭环阻尼比的液压阻尼比。可以通过将方程（38）与（42）进行比较来进行以下近似。 (43)如图4所示，闭环频率响应函数是该系统响应能力的量度。系统的闭环带宽大致等于频率响应从其低频值下降了3 dB的中断频率。该-3 dB带宽和谐振频率与本系统的瞬态响应速度直接相关。因此，当考虑方程时，该系统的动态响应可以由速度增益和液压固有频率主导。这两个参数的高值对于实现快速响应是期望的。然而，由方程表示的约束需要在选择这些参数时在稳定裕度和该系统的瞬态响应之间进行权衡。因此，提高该系统的动态和稳态性能的最佳方法是提高液压阻尼比的值。5.结果与讨论如图5所示，新型变桨控制系统已经在主要包括风力涡轮机模拟器，主机和所提出的桨距控制系统的实验装置中实现和测试。风力涡轮机模拟器用于精确再现1.5兆瓦变速可变桨距风力发电机的给定风速曲线的动态和静态特性。该模拟器主要由速度控制的风力转子和目标计算机组成。包括机舱，小型涡轮机叶片和俯仰机构在内的风力发电机被构建以复制各种俯仰运动的实际效果。配备商业软件包GH Bladed的目标计算机被用于控制风力转子并模拟其他涡轮机子系统，如空气动力学，发电机和结构动力学。系统参数如俯仰角，风速，输出功率和扭矩反馈给主机。配备数字电机驱动器的主机和National Instruments Corporation的LabView软件被用于接收这些数据并将其显示在电脑屏幕上。图5，实验设置。通过使用LabView软件，在主机中设计了比例积分（PI）桨距角控制器，根据额定输出功率与实际值之间的误差生成俯仰控制命令。该PI俯仰角控制器可以表示为： (44) 俯仰控制指令; 输出功率及其额定值; 比例和积分增益。通过ZieglereNichols调谐方法调整和的增益，以确保令人满意的音调控制性能。所产生的桨距控制命令然后可以通过数字马达驱动器发送到桨距控制系统和风力涡轮机模拟器，并因此发生俯仰运动。在实践中，可以考虑以下方法来进一步促进俯仰角控制器和新型桨距控制系统的低成本工业实现。（a） 设计的俯仰角控制器可以通过使用低成本的可编程逻辑控制器（PLC）直接实现，该控制器由于相对较高而在工业上获得了广泛的应用。例如，控制器可以通过使用西门子S7-200系列PLC和Step7-Micro/WIN梯形图逻辑编程（LLP）封装进行合理编程。（b） 设计的PI俯仰角控制器可以很容易地在PLC中进行编程，因为PLC中总是存在预定义和自动调节的PI控制器模块。因此，可以显着降低编程时间和成本。（c） 俯仰角控制器和俯仰控制系统可以在工业风力发电机中进行设计和实现，而无需使用附加的PLC扩展模块，俯仰角度传感器和模数转换器，因为俯仰系统可以由数字电动机床控制并由内部水力控制机械闭合控制回路。 因此，新型桨距控制系统与其他常规桨距系统相比具有成本优势。（d） 俯仰角控制器可以集成到新的俯仰控制系统中，以避免使用长电缆，从而减轻外部干扰。 因此，总体俯仰控制系统可以被配置成单一紧凑的封装，以减小整个系统的尺寸，复杂性和成本。与传统的主要由液压缸和定向电液比例阀组成的液压变桨系统相比，这种新型变桨控制系统的实验结果。液压缸安装在曲柄摆动块上，由比例阀控制，以实现俯仰控制运动。在与所提出的俯仰控制系统的实验相同的操作条件下，通过使用上述PI俯仰角控制器来进行该常规俯仰系统的比较实验。主要实验参数总结在表1中。5.1俯仰角跟踪性能如图6所示。 对于所提出的新型变桨控制系统，平方响应的建立时间约为0.26s，而对于传统的桨距系统，建立时间约为0.43s。所提出的俯仰控制系统可以跟踪零稳定的平方俯仰控制指令 而常规系统在稳态下表现出显着的振荡。因此，与传统的音调系统相比，所提出的新颖的音调控制系统具有更高的动态响应和更好的稳态音调放电性能。图6，二次响应。如图7所示，所提出的新型变桨控制系统能够以更高的精度跟踪正弦参考俯仰角，而在使用常规桨距系统时，具有相当大的俯仰角跟踪误差和相位滞后。 因此，与常规系统相比，新型俯仰系统可以更好地跟踪双向俯仰角轨迹。图7，正弦反应。5.2输出功率平滑如图8（a）所示，用于比较实验的涡轮叶片跨度的10分钟有效风速数据组。 该速度曲线在轮毂高度处的平均值为18m/s。如图8（b）和（c）所示，当使用新的俯仰控制系统时，俯仰角在10度和20度之间变化，俯仰速率在0.4/s和0.7/s之间显着变化，而俯仰角变化 在常规情况下，在12和18度之间，俯仰速率在0.4/s和0.2/ s之间变化。 因此，新颖的俯仰控制系统具有更宽的俯仰速率范围，并且施加比常规俯仰系统更多的俯仰作用。为了更好地平滑输出功率波动，新型变桨控制系统的这种附加俯仰控制工作是必需的。在图8（d）和（e）中，输出功率在1.34 MW和1.7 MW之间变化很大，输出功率的变化率在传统的桨距系统施加时，在0.15 MW / s和0.15 MW / s之间显着波动，而输出功率功率可以保持在额定值1.5MW左右，并且可以通过使用新颖的俯仰控制系统来显着降低输出功率的变化率。这些比较结果清楚地表明，与传统的桨距系统相比，新的桨距控制系统能够以更高的效率完全平滑输出功率。如图8（f）所示，通过使用新颖的俯仰控制系统，输出功率的功率谱密度的幅度可以从大约15dB降低到30dB。因此，通过使用新的变桨控制系统，可以更好地抑制绕风轮额定转速（0.68Hz）的输出功率波动。与传统的俯仰系统相比，通过使用新的俯仰控制系统可以更好地保持额定输出功率。图8，输出功率平滑比较结果。5.3减速传动系转矩波动将图9（a）所示的风速曲线应用于风力涡轮机模拟器，以评估两个俯仰控制系统在平滑传动系转矩波动中。 该风速分布的平均值为20m/s，湍流强度为18。如图9（b）和（c）所示，从常规俯仰系统产生的俯仰角在12度和18度之间变化，俯仰速率在0.8/s和0.8/ s之间变化，而俯仰角 由所提出的新型音调控制系统产生的音调控制在10和20度之间显着变化，俯仰速率在1.8/s和1.8/s之间。 因此，所提出的新型变桨控制系统所产生的俯仰角对风速变化响应速度比传统桨距控制系统要快。通过使用所提出的新颖的俯仰控制系统可以产生额外的俯仰作用和增加的俯仰速率的活动。与传统的俯仰系统相比，可以采用由新型俯仰控制系统产生的这种额外的俯仰控制，以实现俯仰控制精度的提高和传动系转矩波动的更严格的规定。如图9（d）和（e）所示，当使用常规桨距系统，驱动系转矩在每单位1.34与单位0.8之间变动很大，扭矩变化率也在0.4 MNm/s和0.3 MNm/s之间变化，而驱动系转矩可以很好地维持在额定值附近，并且通过使用所提出的新型变桨控制系统可以显着降低其变化率。因此，新颖的桨距控制系统在减轻传动系转矩波动方面表现出比传统的桨距系统更有效和更好的动态稳定性。所提出的新型变桨控制系统可以进一步用于大型风力发电机，用于快速功率和转矩控制，以提高总体动力系统的稳定性并增加风力发电机的使用寿命。如图9（f）所示，通过使用新颖的俯仰控制系统，驱动系转矩的功率谱密度的幅度可以从大约-20dB到大约降低到40dB。该结果与图1中的结果一致。如图9（d）和（e）所示，并且意味着通过使用新颖的俯仰控制系统可以显着地减轻传动系转矩波动。因此，与传统的桨距系统相比，所提出的新型变桨控制系统可以更有效地和更精确地减小绕风轮额定转速（0.68Hz）的传动系转矩波动。图9.减轻传动系转矩波动的比较结果。6.结论现在，已经提出了一种新颖的俯仰角控制系统来平滑风力涡轮机的输出功率和传动系转矩波动。所提出的桨距控制系统在外部开放控制回路中工作，并且具有内部的液压-机械位置控制回路，可以提高俯仰角跟踪控制精度。已经提出了所提出的新型变桨控制系统的详细设计步骤，系统建模，动态特性和稳定性分析。这种新的变桨控制系统已经在一个实验装置中进行了测试。实验结果表明，与传统的桨距系统相比，所提出的桨距控制系统具有更快的响应和更好的俯仰角轨迹跟踪性能。与传统的俯仰系统相比，所提出的俯仰控制系统在平滑输出功率和传动系转矩波动方面也具有显着的改进。此外，所提出的新颖的桨距控制系统可能对于大型风力发电机具有相当高的效率和大的有效载荷能力。我们未来的研究将包括现场测试和理论和实用俯仰角控制策略的发展，以进一步提高所提出的系统对大型涡轮机输出功率和扭矩规定的控制性能。致谢这项工作得到了中国国家自然科学基金委创新研究组科学基金51221004，中国国家自然科学基金拨款号51275448及重点大学基础研究基金的部分支持。参考文献1 Boukhezzar B,Lupu L,Siguerdidjane.Multivariable control strategy for variable speed, variable pitch wind turbines. 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Controlling electrohydraulic systems/Wayne Anderson.New York: M.Dekker;1988.20 Bishop Robert H, Dorf Richard C.Modern control systems.Prentice Hall College Division;2004.21 Bossanyi EA.Bladed for windows,user manual.2002.22 Siemens S7-200 programmable controller system manual. 08/2005- 36 -毕业设计（论文） 附录B 本科毕业设计开题报告课题名称垂直轴风力发电机的设计学 号 XXXXXXXX 姓 名 XXX 专 业 机械工程 指导教师 XXX 开题时间 2017年 3月 20日XX大学机械工程与自动化学院一、立论依据1 本课题的目的和意义1.1目的：风能是一种取之不尽,无任何污染的可再生能源。地球上的风能资源极其丰富，据专家估计，仅1%的地面风力就能满足全世界对能源的需求。人类利用风能已有数千年历史，在蒸汽机发明以前风能曾作为重要的动力，应用于人类生活的众多方面。风力发电的探索，则起源于19世纪末的丹麦，但是直到20世纪70年代以前，还只有小型充电用风力发电机达到实用阶段。1973年爆发石油危机以后，美国、西欧等发达国家为寻求替代石油燃料的能源，投入了大量经费，动员高科技产业，利用计算机、空气动力学、结构力学和材料科学等领域的新技术研制风力发电机组，开创了风能利用的新时代。由于风力发电技术的不断发展，风力发电越来越受到世界各国的重视。综上我们知道：清洁能源利国利民，但由于目前资源型能源价格低，可再生能源投资大有资源型能源，投资回收期长，因而造成清洁能源发展缓慢。但随着资源型能源的价值提高，给可再生能源带来了一定的生机，特别是沿海等风带的风力发电更是发展迅猛。但城郊等低高度低风速的应用尚不普及，特别是可应用于公共设施的垂直轴低风速发电机开发少之又少。因此，充分利用低速风能的垂直轴风力发电机的设计在提倡可持续发展的今天显得尤为重要。本课题来自于社会的需求，风力是一种清洁能源，是一种环保能源。相对于传统的水平轴风力发电机，垂直轴风力发电机具有设计方法先进、风能利用率高、起动风速低、无噪音等众多优点，具有更加广阔的市场应用前景，相信在不久的将来，垂直轴风力发电机将大有作为。因此充分利用低速风能的垂直轴风力发电机的设计在提倡可持续发展的今天显得尤为重要1.2意义目前，中国的大气污染已经对社会环境构成严重威胁，从中央到地方，无不对工业污染造成的经济发展制约和国际对华投资的负面影响而担忧。垂直轴风力机由于具有噪声低、美观、可以与建筑一体化等方面的优势，用它来发电可作为生产清洁能源的补充。水平轴风力发电和光伏做不到的领域，垂直轴风力机发电可以做到。综上所述，本课题所设计的垂直式风力发电机具有十分重要的使用价值。二、文献综述1 国内外研究现状、发展动态垂直轴风力发电机使风电建筑一体化成为可能风力发电和太阳能发电一样，最初是为了解决应急电源和边远地区供电而开发出来的产品，因而在最初发展并不是很快。到了上个世纪二、三十年代，全球经济危机带来的能源紧张，让世界各国的专家想到了以风力发电作为补充能源的可行性。第二次世界大战后，各国纷纷进行研究，由于当时的技术水平较差，启动风速要求较高，发电噪音也很大，所以只能将风力发电机放在人迹罕至的地方或风力较大的地方。设备也是往大型风力发电机发展，专门建设大型风力发电场，由于水平轴风力发电机的特性，小型风力发电在相当长的时间里未得到较好的发展。2002年，中国率先开始了新型垂直轴风力发电机的研究，由部队通讯部牵头，上海某公司为研发主体，西安军电、西安交大、同济大学、复旦大学等高校的多位专家配合，在短短的一年时间里就生产出了首台新型垂直轴风力发电机。并在不到5年的时间里将功率扩展至200W100KW，处于世界领先地位。 世界上其他国家也都进行了新型垂直轴风力发电机的研制，日本在2002年初开始研究，2003年初产品投放市场，功率在0.530KW之间。美国、英国、德国、奥地利、韩国等国家也都在2006年已生产出样机，准备投入规模化生产，功率都在10KW以内。2 所阅文献的查阅范围及手段网络资源，图书馆借阅。参考文献1 宋海辉，风力发电技术及工程 中国水利水电出版社 2009.22 叶杭冶，风力发电系统的设计、运行与维护 2010.63 吴双群，风力发电原理 2011.104 马丽娜，风力发电实用技术问答 2009.95 孙志礼，机械设计M，北京：科学出版社，2015.36 李树军，机械原理M，北京：科学出版社，2009.87 王季秩等电机实用技术上海：科学技术出版社，19978 Yin X X, Lin Y G, Li W, et al. Design, modeling and implementation of a novel pitch angle control system for wind turbineJ. Renewable Energy, 2015, 81:599-608. 9 Kristian Regenstein, Design of an open hardware architecture for the humanoid robot ARMAR三、研究内容1课题的构想与思路 根据实际应用和课题的目标，选择发电机的种类，设计计算它的各种数据，选择发电机各个部件的材料，对启动阻力矩和负载转矩进行计算，并校核发电机轴和轴系零件，对轴承进行强度校合和寿命计算。2主要设计内容风力发电机的设计方案：包括发电机整体方案的设计，叶片叶型的设计与选择，制动装置的设计等。在已有的垂直轴风力发电机中，较为典型的有：达里厄(Darrieus)式垂直风力发电机、旋翼式风力发电机等。大型达里厄垂直风力发电机主要由风轮、垂直轴、增速器、联轴器、制动器、发电机、塔架和拉线等组成。3拟解决的关键技术增速器及增速箱的设计及选择：包括箱体的具体设计及各个齿轮传动比等的设计。4 总体设计方案1）、安全性：由于垂直轴风力发电机采用了垂直叶片和三角形双支点设计，并且主要受力点集中于轮毂，因此叶片脱落、断裂和叶片飞出等问题得到了较好的解决。2）、噪音：垂直轴风力发电机采用了水平面旋转以及叶片应用飞机机翼原理设计，使得噪音降低到在自然环境下测量不到的程度。3）、抗风能力垂直轴风力发电机的水平旋转和三角形双支点设计原理，使得它受风压力小，可以抵抗每秒45米的超强台风。4）、回转半径垂直轴风力发电机由于其设计结构和运转原理的不同，比其他形式风力发电具有更小的回转半径，节省了空间，同时提高了效率。5）、发电曲线特性由于垂直轴风力发电机的运转特性，它的启动风速低于其他形式的风力发电机，发电功率的上升幅度较平缓，因此在5-8米风速范围内，它的发电量较其他类型的风力发电机高10%30%6）、利用风速范围垂直轴风力发电机采用了特殊的控制原理，使它的适合运行风速范围扩大到2.525m/s，在最大限度利用风力资源的同时获得了更大的发电总量，提高了风电设备使用的经济性。7）、刹车装置垂直轴风力发电机可配置机械手动和电子自动刹车两种，在无台风和超强阵风的地区，仅需设置手动刹车即可。8）、运行维护由于垂直轴风力发电机采用直驱式永磁发电机，无需齿轮箱和转向机构，定期（一般每半年）对运转部件的连接进行检查即可。5、预期效果设计了一台额定风速320m/s，输出功率为500W的垂直式风力发电机，增加了增速器，并为其设计了对应的支架，使得当风力小的时候，还能保证发电机依旧可以工作。四、工作计划序号阶段及内容工作量估计（时数）起止日期阶段成果形式1查阅资料，了解本设计的目的、意义，国内外研究现状，发展动态；明确风力发电机的基本组成部分，各部分主要功能和主要的设计参数，进行方案设计；翻译英语文献。1601-4周完成开题报告、英语文献翻译。2根据设计方案，进行基本参数设计计算、重要部件的强度计算；对主要零部件进行三维结构设计2005-9周完成主要结构的三维设计、中期报告。3根据计算所得设计参数进行二维设计；修改、完善二维装配图设计；进行部分零件图设计。16010-13周完成三维设计，二维装配图设计、部分零件图设计。4撰写毕业论文；8013-14周按要求完成毕业论文5论文修改、提交材料准备答辩。8014-15周准备好各项材料合计工作量：160+200+160+80+80=680五、评审意见指导教师对本课题的评价指导教师签名 年 月 日4 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目：垂直式风力发电机的设计设计(论文)的基本内容：1：风力发电机的设计方案：包括发电机整体方案的设计，叶片叶型的设计与选择，制动装置的设计等。2：增速器及增速箱的设计及选择：包括箱体的具体设计及各个齿轮传动比等的设计。3：绘制装配图及各部分零件图。4：翻译与本设计相关英文文献一篇。毕业设计（论文）专题部分：题目： 设计或论文专题的基本内容：学生接受毕业设计（论文）题目日期第1周指导教师签字：2017年3月1日工作计划毕业实习（调研）3月2日3月18日（第1周第3周）校外实习单位：XX大学图书馆及电子期刊网络任务：查阅与风力发电机相关的国内外发展的情况，对风力发电机的工作原理和构成有一个基本了解，对总体工作进行规划。工作计划所需参考资料目录1 宋海辉，风力发电技术及工程 中国水利水电出版社 2009.22 叶杭冶，风力发电系统的设计、运行与维护 2010.63 吴双群，风力发电原理 2011.104 马丽娜，风力发电实用技术问答 2009.95 孙志礼，机械设计M，北京：科学出版社，2015.36 李树军，机械原理M，北京：科学出版社，2009.87 蒋超奇，严强水平轴与垂直轴风力发电机的比较研究上海电力，2007，2，163-1658 施鹏飞风力机的理论与设计北京:机械工业出版社，19879 王季秩等电机实用技术上海：科学技术出版社，199710 Yin X X, Lin Y G, Li W, et al. Design, modeling and implementati