论文总字数：15709字

摘 要

随着时代的进步，世界开始大量使用不可再生资源，严重污染了地球的环境，导致自然灾害频发，大气温度升高，臭氧空洞等。于是，各国就开始研究环保可再生资源，尤其是风能，太阳能，水能等。本文讨论了并设计了风力发电机变桨距系统。介绍了国内外的风机发展历程以及风电机组变桨距的类别和发展，提出了对于变桨距技术的要求。由风能利用效率、桨距角和叶尖速比的关系，阐述了风能转换的基本原理和变桨距技术的原理与控制策略。最后依次对变桨距系统进行了规划和设计，确立了3MW的风机变桨距系统的载荷并进行了校核，对比了电动变桨以及液压变桨的优缺点，并选择了PMSM电机，选定了减速齿轮箱的齿轮数以及模数，并对于风电机这一行业进行了经济与技术性分析。最终得出设计的变桨距系统，可以实现改变风机叶片的桨距角，来控制风力发电机的功率。

关键词：风力发电机 变桨距 电动变桨系统 独立控制

ABSTRACT

With the progress of the times, the world began to use a large number of non renewable resources, which seriously polluted the earth's environment, leading to frequent natural disasters, rising air temperature, ozone hole and so on. As a result, countries began to study environmental protection and renewable resources, especially wind energy, solar energy, water energy and so on. This paper discusses and designs the variable pitch system of wind turbine. This paper introduces the development history of wind turbines at home and abroad, the types and development of variable pitch of wind turbines, and puts forward the requirements for variable pitch technology. Based on the relationship among wind energy efficiency, pitch angle and tip speed ratio, the basic principle of wind energy conversion and the principle and control strategy of variable pitch technology are described. Finally, the paper plans and designs the pitch system in turn, establishes and checks the load of the pitch system of 3MW fan, compares the advantages and disadvantages of electric pitch and hydraulic pitch, selects PMSM motor, selects the number of gears and module of reduction gearbox, and analyzes the economy and technology of the industry of wind motor. Finally, the variable pitch system can change the pitch angle of the fan blade to control the power of the wind turbine.

Key Words：Wind turbine;Pitch;Electric pitch system;Independent control

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 引言 1

1.1课题背景及研究意义 1

1.2国内外风力发电发展及现状 1

1.2.1国外风力发电发展 2

1.2.2国内风力发电发展 2

1.3风力发电系统变桨距系统技术的发展 3

1.3.1风力发电机的定桨距和变桨距 3

1.3.2风电机组的统一变桨与独立变桨 3

1.3.3风电机组的液压驱动与电动驱动 4

1.4风电机组对变桨距驱动系统的要求 4

1.5本文的主要设计内容 5

第二章 风力发电机组系统理论 6

2.1风能转换基本原理 6

2.1.1叶片上的气动力 6

2.1.2风能转换基础理论 6

2.2风力机运行原理 7

2.3变桨距系统原理 10

2.3.1运动原理 10

2.3.2气动原理 10

2.4变桨距系统控制策略 11

2.5本章小结 12

第三章 风力发电机组变桨距系统设计 13

3.1变桨距系统基本结构 13

3.1.1变桨机构组成 13

3.1.2变桨轴承 13

3.1.3变桨驱动部件 13

3.2变桨距过程的规划 15

3.3变桨过程中的载荷 15

3.4电力驱动机构设计 17

3.5技术与经济分析 18

3.6本章小结 19

第四章 总结与展望 20

参考文献 21

致 谢 23

附 录 24

第一章 引言

1.1课题背景及研究意义

当前，温室效应恶化，全球温度持续上升，气候一直在变暖，大气污染严重，许多国家都走上了工业化和城市化的道路。但是快速发展的代价是使用了许多不可再生资源，例如煤炭、石油等。并且排放出大量的污染物，对于地球的环境造成严重的污染。当今社会快速发展，对于电的需求更是与日俱增，大力开发新能源，取代传统的不可再生的能源已经形成不可阻挡的势力，因此受到世界各国的广泛关注。

人类从很早以前就开始利用风能了，最早的利用方式就是“风帆行舟”，再后来就是3000年前的风车，那时候风车主要用来提水、推磨等。至今在欧洲等国家还保留着风车，在蒸汽机出现之间，风力机械是人类的主要动力来源之一。1887年底，美国人Charles F.Brush制造出世界上第一台12MW的直流风机。丹麦物理学家Poul La Cour提出了“快速风轮”的概念，即夜间转速高于风速。

1926年德国人Albert Betz又提出了风能最大利用率为59.3%的贝兹理论。1931年法国人Georges Darrieus发明了升力型的垂直轴风机，称为“达里厄机组”。美国工程师Palmer Cosslett Putnam首先提出并网风电设想。德国人Ulrich Huetter于1942年提出“叶素动量理论”，并制造了具有三个固定叶片，采用异步发电机，风轮定速旋转的“丹麦概念风电机组”。

人类需要寻找绿色的、可再生的能源来维持当前的社会发展进度，形成可持续发展的绿色环保发电的方法。而常见的可再生能源有风能，水能，潮汐能，太阳能，地热能等，这些能源对环境污染小，可持续发展，运用他们发电可以实现人类与自然的和谐相处。其中的风能是当前社会中运用较为广泛且实用的可再生能源，并且风力发电的发电量较其他能源是较为可观的，产业化和经济利用效益大的优势。相对于其他能源，风力发电具有建设快、运营维护成本低、发电量大、资源丰富、占地少的优势。于是，我们要把焦点聚集在风能这样一种可再生绿色可以说是取之不尽用之不竭的资源，并且随着风电技术的成熟，单个风机的发电量将越来越大，成为风电市场的主导产品。我国地域辽阔，风能资源丰富，风力发电在我国潜力巨大。

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