（東北大學(xué) 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院, 遼寧 沈陽(yáng) 110004）

風(fēng)力發(fā)電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)無(wú)極變速的研究

肖 潔

（東北大學(xué) 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院, 遼寧 沈陽(yáng) 110004）

本文在研究傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)和總結(jié)其缺點(diǎn)，得到改進(jìn)需求，提出一種改進(jìn)的無(wú)級(jí)變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)，并給出其原理圖和詳細(xì)功能解釋?zhuān)跐M(mǎn)足傳統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)功能的前提下增加了無(wú)級(jí)變速功能，減小了輸出軸的速度波動(dòng)，對(duì)優(yōu)化風(fēng)力發(fā)電機(jī)的傳動(dòng)性能有一定的參考意義。

風(fēng)力發(fā)電機(jī);傳動(dòng)系統(tǒng);無(wú)級(jí)變速;速度波動(dòng)

一般的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的齒輪傳動(dòng)都是使用定傳動(dòng)比的，由于風(fēng)速的變化無(wú)常，導(dǎo)致輸出軸的轉(zhuǎn)速波動(dòng)很大，這種不斷變化的轉(zhuǎn)速對(duì)系統(tǒng)是不利的，若能通過(guò)無(wú)級(jí)變速，使其在風(fēng)速不斷變化的情況下，輸出軸轉(zhuǎn)速波動(dòng)減小或維持在穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速，就能改善風(fēng)電傳動(dòng)系統(tǒng)的特性。本文針對(duì)傳統(tǒng)的風(fēng)電傳動(dòng)系統(tǒng)的弊端，提出了一種無(wú)極變速傳動(dòng)系統(tǒng)，一定程度上消除了原來(lái)的弊端，也為風(fēng)電傳動(dòng)系統(tǒng)的研究提供了一些新的思路。

1 傳統(tǒng)的和改進(jìn)的傳動(dòng)系統(tǒng)原理和對(duì)比

1.1 傳統(tǒng)的定傳動(dòng)比傳動(dòng)系統(tǒng)原理

原理圖如圖1所示，輸入軸連風(fēng)輪，通過(guò)一級(jí)行星傳動(dòng)和二級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)獲得加速，最后高轉(zhuǎn)速輸入發(fā)電機(jī)，這種傳統(tǒng)的傳動(dòng)方式傳動(dòng)比是恒定的，輸出軸的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速變化的波動(dòng)很大，所以需要在風(fēng)輪的槳上安裝變槳距機(jī)構(gòu)，來(lái)減小轉(zhuǎn)速波動(dòng)給發(fā)電機(jī)帶來(lái)的影響。

1.2 改進(jìn)的無(wú)極變速傳動(dòng)系統(tǒng)原理

圖1 傳統(tǒng)風(fēng)電傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖

原理圖如圖2所示，風(fēng)吹動(dòng)風(fēng)輪1轉(zhuǎn)動(dòng)，然后通過(guò)一級(jí)行星齒輪2和二級(jí)行星齒輪3的加速，輸出高轉(zhuǎn)速，傳給變速齒輪6，變速齒輪6再傳給錐形齒輪4，最后傳給發(fā)電機(jī)5，風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，其中變速過(guò)程是通過(guò)變速齒輪6的左右移動(dòng)來(lái)完成的，當(dāng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶著變速盤(pán)7沿著絲杠左右移動(dòng)，同時(shí)變速盤(pán)7也帶著變速齒輪6左右移動(dòng)，由于和變速齒輪6嚙合的齒輪4是錐形的，當(dāng)6左右移動(dòng)時(shí)，4和6的嚙合區(qū)的直徑不斷變化，傳動(dòng)比也不斷變化，起到了變速的目的，同時(shí)，由于直徑變化是連續(xù)的，所以這種變速是無(wú)級(jí)變速。

1.3 變速范圍

此無(wú)級(jí)變速的變速范圍主要取決與錐形齒輪4和變速齒輪6的傳動(dòng)比變化的極限，當(dāng)變速齒輪6移動(dòng)到錐形齒輪4的最右端時(shí)，輸出的轉(zhuǎn)速最高，當(dāng)其運(yùn)動(dòng)到最左端時(shí)，輸出的轉(zhuǎn)速最低。變速范圍與錐形齒輪4的錐度和變速齒輪6的左右運(yùn)動(dòng)行程有關(guān)。因此，設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)產(chǎn)品的傳動(dòng)比需要，改變錐形齒輪4和變速齒輪6的參數(shù)，就可以設(shè)計(jì)出不同變速范圍的錐形齒輪與變速齒輪對(duì)。

2 改進(jìn)無(wú)極變速傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

1.1 無(wú)極變速可以對(duì)目前使用恒定數(shù)比的風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)提供改進(jìn)方法。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比，這類(lèi)型的變速器可以讓風(fēng)力發(fā)電機(jī)在一個(gè)更高的氣動(dòng)效率及更大的風(fēng)速范圍內(nèi)試車(chē)。

1.2 這個(gè)性能該進(jìn)可以增加風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電量，而最終降低發(fā)電成本。此外，使用無(wú)級(jí)變速器的傳動(dòng)系統(tǒng)能夠吸收來(lái)自突發(fā)陣風(fēng)產(chǎn)生的葉輪扭矩，從而減小疲勞載荷，提升整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的可靠性。

1.3 無(wú)極變速器的使用減小了對(duì)功率調(diào)節(jié)和變速控制系統(tǒng)的需求。減少電氣控制可以降低整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的成本，減少因其所導(dǎo)致的能量損失；并且系統(tǒng)中不需要使用經(jīng)常性維護(hù)的滑環(huán)，從而提高了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的可靠性。

圖2 改進(jìn)的無(wú)極變速風(fēng)電傳動(dòng)系統(tǒng)圖

結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)研究傳統(tǒng)的風(fēng)電傳動(dòng)系統(tǒng)，得出其不能實(shí)現(xiàn)變速、風(fēng)能利用率底、輸出速度波動(dòng)大等不足，在保留原有系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上，提出了一種改進(jìn)的風(fēng)電傳動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速，并詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)的傳動(dòng)原理和變速原理，指出其變速范圍和原理，使之能提供一種靈活的設(shè)計(jì)手段。該傳系統(tǒng)能通過(guò)無(wú)極變速來(lái)改善傳動(dòng)性能，提高風(fēng)能的利用率?？梢詫?duì)該領(lǐng)域傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供新的思路和手段，對(duì)設(shè)計(jì)人員有一定的借鑒和指導(dǎo)意義。

[1] 姚興佳．風(fēng)力發(fā)電機(jī)組理論與設(shè)計(jì)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012．

[2] 諾邁士．風(fēng)電傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析[M]．上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2013．

[3] 劉忠明，等．風(fēng)力發(fā)電齒輪箱設(shè)計(jì)制造技術(shù)的發(fā)展與展望[J]． 機(jī)械傳動(dòng)，2006．

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