小型风力发电机总体结构的设计论文.docx

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1、摘要基于开发风能资源在改善能源结构中的重要意义，本论文对风力机的特性作了简要的介绍，且对风力机的各种参数和风力机类型作了必要的说明。在此基础上，对风力发电机的原理和结构作了细致的分析。首先，对风力发电机的总体机械结构进行了设计，并且设计了限速控制系统。本课题设计的是一种新型的立式垂直轴小型风力发电机，由风机叶轮、立柱、横梁、变速机构、离合装置和发电机组成。这种发电机有体积小、噪音小、使用寿命长、价格低的特点，适合在有风能资源地区的楼房顶部，供应家庭用电，例如照明：灯泡,节能灯；家用电器：电视机、收音机、电风扇、洗衣机、电冰箱。其次，在老师的帮助下对这种小型风力发电机的机构有了进一步的明确。通过

2、查阅资料，使得该小型风力发电机的设计更具有实用性。关键词：风力发电；小型风力发电机；小型垂直轴风力发电机。AbstractExp1oitingwindenergyresourcesisofgreatsignificanceinimprovingenergystructure.Inthediscourse,thecharactersofwindgeneratorareintroducedbrief1y,whi1eparametersandtypesofwindgeneratorsarea1sonarrated.Baseonthese,thetheoryandconstitutionofthewi

3、ndgeneratoraremeticu1ous1yana1yzed.First1y,Hascarriedonthedesigntowind-drivengeneratorsovera11mechanism,Andhasdesignedtheregu1atingcontro1system.WhatIdesignisonekindofnewvertica1axissma11wind-drivengenerator,bytheairb1owerimpe11er,theco1umn,thecrossbeam,thegearshiftmechanism,theengaginganddisengagin

4、ggearandthegeneratoriscomposed.Thiskindofgeneratorhasthevo1umetobesma11,thenoiseissma11,theservice1ifeis1ong,theprice1owcharacteristic,suitsinhasthewindenergyresourcesareabui1dingcrown,thesupp1yfami1yusese1ectricity,Forexamp1ei11umination:The1ightbu1b,conservesenergythe1amp;Domestice1ectricapp1iance

5、s:Te1evision,radio,e1ectricfan,washer,e1ectricrefrigerator.Second1y,1havemanufacturedtheregu1atingcontro1mode1.Throughmode1verificationsma11perpendicu1arwind-drivengeneratorregu1atingcontro1systemovera11concepteffectinrea1ity,andhasconfirmedtheproceduretobewhethercorrect,aswe11ase1ectriccircuitsdesi

6、gntobewhetherreasonab1e.Fina11y,Mode1verificationsresu1tindicatedIdesigntheregu1atingcontro1systemp1anisfeasib1e,theprocedureiscorrect,thecircuitdesignisreasonab1e.Itprovidesaccordingastheoryforqua1itativedesignandcommercia1manufactureofthistypeofwindgenerator.Keywords:Windpowergeneration；Regu1ating

7、contro1system；Sma11wind-drivengenerator；Sma11vertica1axiswind-drivengenerator.目录-J1Z-X-a.刖百1第一章概述21. 1风力发电机概况21.2 风力发电机的研究现状31.2. 1国外风力发电机的研制情况31.3. 2国内风力发电机的研制情况61.4. 2.1我国风力发电概况61.3 研究风力发电机的目的和意义101.4 我国的风能资源及其分布12第二章风力机理论162. 1基本公式162.1.1风能利用系数162.1.2风压强162.1. 3阻力式风力机的最大效率162.2 工作风速与输出功率181 .2.1风

8、力发电机的输出效率182 .2.2工作风速与输出功率183 .2.3启动风速和额定风速的选定194 .2.3.2起动风速205 .2.3.3额定风速216 .2.3.4风力机的工作风速、输出功率与风能的关系.222.3 风能利用与气象232 .3.1风的观测对风能利用的意义233 .3.2风能利用中需要的气象调查232. 4风的观测23第三章风力发电机方案和结构设计253. 1小型垂直式风力发电机方案设计254. 2风轮的结构设计271.1 2.1风轮设计271.2 .2风轮桨叶的结构设计29第四章行星齿轮加速器设计计算311.3 设计要求311.4 2选加速器类型311.5 3确定行星轮数和

9、齿数321.6 压力角（。）的选择321.7 齿宽系数的选择331.8 6模数选择331.9 预设啮合角331.10 阳轮与行星轮之间的传动计算331.11 星轮与内齿轮之间的传动计算341.12 10行星排各零件转速及扭矩的计算351.13 行星排上各零件受力分析及计算364. 12行星齿轮传动的强度校核计算371 .12.1弯曲疲劳强度校核374 .12.2接触疲劳强度校核40第五章电磁离合器设计计算435 .1选型436 .2牙嵌式电磁离合器的动作特性435. 3离合器的计算转矩435.4 离合器的外径445.5 离合器牙间的压紧力445.6 线圈槽高度445.7磁辄底部厚度445.8衔

10、铁厚度45第六章结束语46致谢47参考文献48前言自然界的风是可以利用的资源，然而，我们现在还没有很好的对它进行开发。这就向我们提出了一个课题：我们如何开发利用风能？自然风的速度和方向是随机变化的，能具有不确定特点，如何是风力发电机的输出功率稳定，是风力发电技术的一个重要课题。迄今为止,已提出了多种改善风力品质的方法，例如采用变转速控制技术，可以利用风轮的转动惯量平滑输出功率。由于变转速风力发电组采用的是电力电子装置，当它将电能输出输送给电网时，会产生变化的电力谐波，并使功率因素恶化。因此，为了满足在变速控制过程中良好的动态特性，并使发电机想电网提供高品质的电能，发电机和电网之间的电力电子接口

11、应实现以下功能：一，在发电机和电网上产生尽可能低的谐波电波；二，具有单位功率因素或可控的功率因素；三，使发电机输出电压适应电网电压的变化；四，向电网输出稳定的功率；五，发电机磁转矩可控。此外，当电网中并入的风力点亮达到一定程度，会引起电压不稳定。特别是电网发生短时故障是，电压突降，风力发电机组就无法向电网输送能量，最终由于保护动作而从电网解列。在风能占较大比例的电网中，风力发电机组的突然解列，会导致电网的不稳定。因此，用合理的方法使风力发电机组电功率平稳具有非常重要的意义。本文通过对风力发电机的总体设计，叶片、轮毂机构的设计，水平回转机构的设计，齿轮箱系统的设计，以达到利用风能发电的目的，有效

12、利用风能资源，减少对不可再生资源的消耗，降低对环境的污染。第一章概述1.1 风力发电机概况风能的利用有着悠久的历史。近年来，资源的短缺和环境的日趋恶化使世界各国开始重视开发和利用可再生、且无污染的风能资源。自80年代以来，风能利用的主要趋势是风力发电。风力发电最初出现在边远地区，应用的方式主要有：单独使用小型风力发电机供家庭住宅使用；（2）风力发电机与其它电源联用可为海上导航设备和远距离通信设备供电；（3）并入地方孤立小电网为乡村供电。随着现代技术的发展，风力发电迅猛发展。以机组大型化（50KW2MW）、集中安装和控制为特点的风电场（也称风力田、风田）成为主要的发展方向。20年来，世界上已有近

13、30个国家开发建设了风电场（是前期总数的3倍），风电场总装机容量约1400万KW（是前期总数的100倍）。目前，德国、美国、丹麦以及亚洲的印度位居风力发电总装机容量前列，且未来计划投资有增无减。美国能源部预测2010年风电至少达到国内电力消耗的10%。欧盟5国要在20002002年达到本国总发电量的10%左右，丹麦甚至计划2030年要达到40机中国是一个风力资源丰富的国家，风力发电潜力巨大。据1998年统计，风力风电累计装机22.36万KW,仅占全国电网发电总装机的0.081%,相对于可开发风能资源的开发率仅为0.088%o中国第一座风力发电场于1986年在山东荣成落成，总装机较小，为3X55

14、KW。到1993年我国风电场总装机容量达17.1MW,1999年底，我国共建了24个风力发电场，总装机268MW。我国风力发电场主要分布在风能资源比较丰富的东南沿海、西北、东北和华北地区，其中风电装机容量最多的是新疆已达72.35KW。在未来23年内，我国计划新增风电场装机容量将在800MW以上，并且将会出现300400MW的特大型风力发电场。1.2 风力发电机的研究现状1.2.1 国外风力发电机的斫制情况随着蒸汽机的出现，以及煤、石油、天然气的大规模开采和廉价电力的获得，各种曾经被广泛使用的风力机械，由于成本高、效率低、使用不方便等，无法与蒸汽机、内燃机和电动机等相竞争，渐渐被淘汰。欧洲到中

15、世纪才广泛利用风能，荷兰人发展了水平轴风车。18世纪荷兰曾用近万座风车排水，在低洼的海滩上造出良田，成为著名的风车之国。德国、丹麦、西班牙、英国、荷兰、瑞典、印度加拿大等国在风力发电技术的研究与应用上投入了相当大的人力及资金，充分综合利用空气动力学、新材料、新型电机、电力电子技术、计算机、自动控制及通信技术等方面的最新成果，开发建立了评估风力资源的测量及计算机模拟系统，发展了变浆距控制及失速控制的风力机设计理论，采用了新型风力机设计理论，采用了新型风力机叶片材料及叶片翼型，研制出了变极、变滑差、变速、恒频及低速永磁等新型发电机，开发了由微机控制的单台及多台风力发电机组成的机群的自动控制技术，从而大大提高了风力发电的效率及可靠性。到了19世纪末，开始利用风力发电，这在解决农村电气化方面显示了重要的作用，特别是20世纪70年代以后，利用风力发电更进入了一个蓬勃发展的阶段。美国从1974年起对风能进行系统的研究，能源部对风能项目的投资累计已达到25亿美元。许多著名大学和研究机构都参加了风能的研究开发，目前己安装了8个巨型风力发电机组。到1999年末，风力发电总装机容量己达到1700MW,所提供的电力占全美电力需求量的10乐居世界之首位，主要集中在加利福尼亚州。美国国会己通过了能源政策法，在能源部的规划下，将会改变风力发电集中