实验室条件下新型无级变速风力发电机设计研究结题报告

燕 山 大 学YANSHAN UNIVERSITY大学生创新性实验计划 实验室条件下新型无级变速风力实验室条件下新型无级变速风力发电机设计研究结题报告发电机设计研究结题报告项目负责人：杜维宽项目负责人：杜维宽指导教师：关雪梅指导教师：关雪梅车辆与能源学院热能与动力工程系车辆与能源学院热能与动力工程系2014.10.14 进度安排进度安排1目录目录 实物化分析实物化分析3 原理分析原理分析4 项目中的难点项目中的难点5 仪器介绍仪器介绍6 成果展望成果展望7 思路分析思路分析2 模型工作原理模型工作原理8 模型运行模型运行9团队感言团队感言10 进度安排发展完善模型发展完善模型起止起止日期主要研究内容预期结果2012013 3.09091010课题组成员搜集相关书籍课题组成员搜集相关书籍、论文及其他科技文献、论文及其他科技文献收集到项目所需原始数据收集到项目所需原始数据2012013 3.10101111确定实物化实验方案确定实物化实验方案得出实物化的具体流程得出实物化的具体流程2012013 3.1.11 11212 实验方案的图纸设计和理实验方案的图纸设计和理论验证论验证得到模型构建基本数据得到模型构建基本数据2012014 4.010.0104 4 试样购置及测试仪器准备试样购置及测试仪器准备模型构建设备齐全模型构建设备齐全2012014 4.0.05 5008 8 搭建实验系统并进行合理搭建实验系统并进行合理调试调试基本完成模型基本完成模型2012014 4.0 0910910填写结题表、撰写总结报填写结题表、撰写总结报告、参加结题答辩和成果告、参加结题答辩和成果深层论证等。深层论证等。顺利结题顺利结题 思路分析思路分析1976年80年代以来1939年年1)了解传统风力发电设备的工作特性2)建立稳定运行结构3)安装步进电机并编写合适的控制程序4)模拟扇叶转动状态，使其接近真实状况 实物化分析发展完善模型发展完善模型0l 课题研究的整体内容为无极变速式风力发电机模型的制整体内容为无极变速式风力发电机模型的制作作，但是目前研究尚处于试验阶段，在技术、经费、时间上技术、经费、时间上不允许不允许做出更加完美的成品，所以我们将重点放在了动力传重点放在了动力传递与变速方面递与变速方面，主要将传动与变速结合起来，将其实物化，制作一个小模型。该设计关键在于变速器环节的设计制作，由于多因素限制，还不能制作出无级变速器，且市面上无类多因素限制，还不能制作出无级变速器，且市面上无类似成品可参考似成品可参考。所以需要作出必要调整必要调整，将变速设备中的无极变速部分替换为有级变速有级变速。实物化分析发展完善模型发展完善模型0l调整内容调整内容：我们应用极限思想极限思想，即认为锥环式无级变速器的锥筒是由无穷多个大小不一的齿轮组成，而锥环则可看做传动带或链条，这样既不失无极变速器的原理性，又大大降低了制作难度。基于此我们将无级变速器简化为有级变速器无级变速器简化为有级变速器，其中锥锥筒简化为齿轮组，锥环转化为链条，速比调节单元转化为由筒简化为齿轮组，锥环转化为链条，速比调节单元转化为由步进电机驱动的丝杆机构步进电机驱动的丝杆机构。而步进电机由控制系统控制，控制系统主要包括霍尔传感器、单片机、步进电机驱动器、步进电机以及电源与必要接线等。原理分析原理分析1976年80年代以来1939年年 叶片受风力作用，带动输入轴转动，从而输入轮盘获得一输入轮盘获得一定转速定转速，输入轮盘与输出轮盘通过链条连接，输出轮盘获得转输出轮盘获得转速后通过传动杆将转动传输给发电机的转子速后通过传动杆将转动传输给发电机的转子，从而能够得到稳定的输出电压和频率。当风力改变风力改变时，转速传感器将信号传递给电子控制系统，然后步进电机移动，带动链条移动，从而改改变两个轮盘的转速比，保持输出轮盘的转速稳定变两个轮盘的转速比，保持输出轮盘的转速稳定。当然叶片的转速需保持在一定范围内，风力过小，叶片不转动，不能发电；风力过大，超出调速范围时，不能得到合适电压，同时，也容易破坏风力发电机，此时需要停机，停机装置由转速传感器控制。开展项目面临的难点开展项目面临的难点 12由于制作不能做到很精致，变速部分很难快由于制作不能做到很精致，变速部分很难快速精确定位到理想变速比。速精确定位到理想变速比。初次涉及电子控制系统，对于单片机、步初次涉及电子控制系统，对于单片机、步进电机等缺乏基本了解，很难短时间内做进电机等缺乏基本了解，很难短时间内做到很完美。到很完美。仪器介绍1976年80年代以来1939年年框架及传动机构框架及传动机构 将传动机构安装到框架上，一方面能够传递动力与转矩，另一方面为稳定输出提供条件。仪器介绍1976年80年代以来1939年年电子控制系统电子控制系统 电子控制系统包括霍尔传感器、单片机、步进电机及驱动器等。霍尔传感器测出输入轴的实时转速传入单片机，然后单片机处理后将信号传输给步进电机驱动器，驱动器驱动步进电机，进而调节链条，改变传动比，实现输出轴转速的稳定。仪器介绍1976年1939年年电源适配器电源适配器 24V 电源适配器将220V交流电压转变为24V直流电压，为步进电机驱动器供电，以驱动步进电机。单片机电源单片机电源 5V 5V 单片机的电源接口为5V在直流电压，这里采用USB接口供电。成果与展望 研究成果主要是风力发电设备有级变速部件模型风力发电设备有级变速部件模型，可以应用于小型风力发电设备以及需要变速的低转速设备等。1风力发电设备有级变速部件模型一个；2实验室条件下风力发电设备有级变速部件模型实验装置研究总结报告一份；3.风力发电设备有级变速部件模型使用说明书一份；4.实验室条件下本模型可以应用于中小型风力发电设备以及需要变速的低转速设备等。模型工作原理综述简介模型工作原理综述简介1976年80年代以来1939年年 由于省去扇叶，通过手摇输入轴连续改手摇输入轴连续改变转速模拟扇叶转动变转速模拟扇叶转动，传感器测出输入轴的实时转速传入单片机，然后单片机处理后将信号传输给步进电 机驱动器，驱动器驱动步进电机步进电机，进而调节链条调节链条，改变传动比改变传动比，实现输出轴转速的稳定。实现输出轴转速的稳定。模型运行1939年年视频 团队感悟团队感悟 在大学期间实际动手制作的机会并不多，我们非常珍惜这次宝贵的机会，在此期间我们不断地培养着自己的动手实践能力，锻炼着自己分析问题、解决问题的能力。同时也让我们认识到团队协作的重要性，培养了自己团结合作、勇于担当的能力。我相信此次经历无论是在未来的学习中还是在工作岗位上必定会成为我们人生中浓墨重彩的一笔财富。最后在团队配合及指导教师的辛勤帮助下，我们组较好地完成了计划任务，在此要特别感谢关老师和其他老师对我们的大力支持和鼓励。谢谢！请各位老师批评指正！请各位老师批评指正！