1.一种应用于大中型风电机组的磁悬浮可变尾翼型风力偏航系统,其特征是,包括风力桨叶、机舱悬浮、尾翼力臂伸缩、尾翼迎风角度调整、发电机以及塔架,所述机舱悬浮由悬浮绕组、悬浮永磁体和水平永磁体组成,两变流器独立控制悬浮绕组,与悬浮永磁体和水平永磁体协同实现机舱稳定悬浮;所述尾翼力臂伸缩由电磁联动结构、调向耦合器、组合换向齿轮、力臂传动轴和力臂传动齿轮组成,协同完成尾翼力臂伸缩;所述尾翼迎风角度调整由机械联动结构、步进电机和尾翼构成,步进电机经机械联动装置驱动尾翼角度调整;
所述悬浮绕组包括翼侧悬浮绕组和叶侧悬浮绕组,并设置在机舱底部,分别由8个绕组串联而成,由翼侧H桥变流器和叶侧H桥变流器单独进行电流调控;所述悬浮永磁体共8对,包括翼侧悬浮永磁体和叶侧悬浮永磁体,内置于U形塔架底部;所述水平永磁体对称安装在U形塔架周围,与悬浮绕组极性相同,抑制机舱水平推力;所述塔架为U型结构,用于机舱悬浮时侧翻保护以及正面迎风时的机舱支撑;所述电磁联动结构是力臂方向调整的控制机构,带动换向杆驱动调向耦合器与组合换向齿轮耦合,通过力臂传动轴和力臂传动齿轮,驱动尾翼联轴力臂伸缩,包括拉伸和收缩两继电器、调向磁铁、弹簧和换向杆;所述调向磁铁固定于弹簧顶部,带动换向杆和调向耦合器左右滑动;所述调向耦合器由耦合内齿、耦合外齿、耦合外环、滚珠和耦合内环组成,耦合内齿成凸型结构与力臂传动轴机械联接,耦合外齿与组合换向齿轮机械耦合,耦合外环经滚珠、内外环卡槽与内环相连;所述组合换向齿轮包括同向齿轮和换向齿轮,与发电机输出轴刚性连接,完成力臂传动轴转向调整;
所述机械联动结构包括角度传动轴、角度传动齿轮、角调齿轮以及角调制动器,所述角度传动轴在步进电机驱动下,带动角度传动齿轮以及角调齿轮旋转;所述角调制动器为角度传动轴制动装置,用于尾翼联轴调整时角调齿轮固定,辅助驱动尾翼联轴的力臂伸缩;
所述磁悬浮可变尾翼型风力偏航系统有机舱悬浮、尾翼力臂伸缩和尾翼迎风角度调整三个工作模式:
1)机舱悬浮:传感器检测偏航角α0≠0时,叶侧变流器和翼侧变流器通电启动,确定相同气隙参考,根据风速风向变化,调整两变流器输入电流,与悬浮永磁体协调作用,改变两侧悬浮斥力,抑制倾覆力以及下压力变化,实现纵向稳定悬浮,并通过水平永磁体有效抵消水平推力,为大中型风力机被动偏航提供安全保障;
2)尾翼力臂伸缩:机舱悬浮稳定后,改变力臂长度,实现偏航转矩粗调,保证系统运行安全性以及对风精确性,根据风速风向变化,确定调整方向,查找风速对应力臂长度,确定力臂大致范围L,结合阶跃风变化,进一步确定力臂精确调整范围ΔL,根据两次力臂计算,确定最终力臂长度L′,偏航过程为保证运行安全性,对偏航转速进行限制,若偏航速度大于ωopt,L′减小,减小偏航转速,若偏航速度小于ωopt,增大L′增加偏航转速,悬浮气隙稳定且力臂伸缩和L′确定后,执行尾翼伸缩操作,采用PI控制,根据长度和方向变化,控制拉伸继电器或收缩继电器通断,带动换向杆驱动调向耦合器与组合换向齿轮耦合,通过力臂传动轴和力臂传动齿轮,驱动尾翼联轴伸缩,完成力臂调整;
3)尾翼迎风角度调整:为实现精确对风,进行尾翼偏转角度调整;首先根据力臂调整L′、最佳偏航转速ωopt以及最短调整时间tmin,在安全性前提下,综合确定尾翼偏转角度θref,正对风时,发电机超过最大功率将造成设备损坏,根据发电机运行状态,确定保护侧偏角,进行尾翼迎风角度调整,实现设备保护,机舱悬浮稳定,完成伸缩操作后,根据所计算的θref为参考目标,控制步进电机转动,通过角度传动轴以及角度传动齿轮带动角调齿轮动作,完成角度调整,改变尾翼迎风面积,精确改变偏航转矩,偏航对风结束,两悬浮绕组断电,机舱悬浮下落,完成风电系统偏航实现精确对风。