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专利号: 2017102475494
申请人: 曲阜师范大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 液力机械或液力发动机;风力、弹力或重力发动机;其他类目中不包括的产生机械动力或反推力的发动机
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种应用于大中型风电机组的混合悬浮气隙调整型风机偏航系统,其特征是包括机舱旋转体、复合塔架和偏航驱动三部分,动态调整悬浮气隙和偏航转矩,实现机舱偏航对风和侧偏保护;所述机舱旋转体为机舱、机舱底座、永磁体环带以及内齿调速圈刚性一体化结构,配合复合塔架和偏航驱动共同完成机舱悬浮和偏航对风;所述复合塔架由悬浮支撑体和塔架共同组成,用于支撑或悬浮机舱,所述悬浮支撑体包括外圆环带、定子环带、内圆环带,用于非悬浮状态下的机舱支撑以及零悬浮气隙下偏航引导,外圆环带上端面埋置对称排列的8个压力传感器,检测机舱对复合塔架压力,控制无悬浮气隙悬浮定子电流;定子环带上端内嵌定子绕组,分别由与永磁体环带相对应的电磁绕组串联而成,定子绕组由悬浮变流器供电,与永磁体环带一起协同变气隙悬浮机舱;内圆环带有三个轴中心线夹角120度对称排列的传动中轴,固定传动轴轮旋转位置,实现传动力矩固定变比传动;所述偏航驱动内嵌于悬浮支撑体中,由偏航转盘、偏航中轴、主动轮与传动轴轮共同组成,所述偏航转盘内嵌三相对称绕组,在定子绕组配合下产生偏航电磁转矩,并实现变比调整驱动机舱偏航;

所述机舱底座为设置在机舱底部且与机舱刚性连接的环形体,下端面为球柱式引导环带,与复合塔架外圆环带上引导柱槽,协同引导机舱偏航,支撑机舱;所述永磁体环带是由八对N极和S极交错排列的永磁体圆环带构成,安装在机舱底座内侧下端,与定子环带对应排列,并内侧刚性联接内齿调速圈,所述内齿调速圈和3个对称分布的传动轴轮机械耦合,永磁体环带和定子绕组环带间产生悬浮斥力,驱动内齿调速圈与传动轴轮轴向偏移,机舱完全悬浮,内齿调速齿圈和传动轴轮之间固定变比传递偏航转矩,驱动机舱旋转;

所述复合塔架为上端中空圆盘体的塔架支撑,和机舱底座对应协同支撑机舱;所述中空圆盘体为悬浮支撑体,上端面依次布置外圆环带、定子环带以及内圆环带,所述外圆环带内设有引导柱槽,柱槽内侧设置滚柱,减小零悬浮气隙下机舱偏航纵向摩擦;所述悬浮支撑体内部放置偏航驱动的偏航转盘,屏蔽外部磁场对偏航转矩磁通耦合;所述悬浮变流器是两相H桥变流器,定子悬浮电流由H桥变流器改变电流方向和大小,与永磁体环带产生大小和方向可调的电磁力,稳定悬浮机舱;所述偏航转盘内嵌的三相对称绕组由三相双向PWM变流器供电,偏航转盘中心与偏航中轴刚性连接,确保偏航转矩气隙恒定;偏航中轴上端与主动轮刚性连接,通过主动轮与传动轴轮啮合以及经由内齿调速圈啮合,逐级传输偏航力矩;

所述混合悬浮气隙调整型风机偏航系统的工作模式及控制方法包括数据采集、偏航判断、悬浮准备、机舱悬浮、机舱偏航、机舱降落,实现机舱变气隙悬浮偏航对风和侧偏保护:

1)数据采集,实时采集风速、偏航角度 、偏航转速 、悬浮气隙 、机舱旋转体压力F,接收来自机舱风电机组控制传输的发电机输出功率Pw;

2)偏航判断,风机偏航主要实现风机正面迎风,或者对发电机进行侧偏保护,偏航条件包括偏航角度 和发电机输出功率Pw,当风速风向仪检测θ>θmin最小偏航角度,或者发电机输出功率Pw>PN风电机组额定功率,风机满足偏航条件;

3)悬浮准备,根据采集的偏航角度以及压力传感器分别计算风机偏航负载转矩和机舱旋转体的悬浮力,给出定子绕组悬浮电流,结合偏航负载转矩以及定子绕组悬浮电流,计算机舱偏航三相电流,藉此判断风机偏航状态,无悬浮气隙下偏航还是机舱悬浮下偏航;

4)机舱悬浮,机舱悬浮包括无悬浮气隙和固定悬浮气隙 两种悬浮状态,无悬浮气隙状态主要用于降低机舱旋转体压力所致摩擦损耗,调整悬浮电流用于调控偏航负载转矩,H桥变流器向定子绕组通电,电流调控是基于机舱旋转体压力闭环控制而实现的,定子绕组中的悬浮电流与永磁体环带协同产生悬浮斥力,改变机舱旋转体偏航负载转矩;固定悬浮气隙机舱悬浮是基于固定悬浮气隙的闭环控制而实现的,H桥变流器通入定子绕组的悬浮电流,定子绕组和机舱旋转体中永磁体环带产生悬浮斥力,起浮机舱旋转体,内齿调速圈与传动轴轮发生轴向位移,机舱旋转体逐步脱离复合塔架支撑,悬浮气隙 逐步逼近固定悬浮气隙 ,直至满足条件 ,其中 为最小气隙偏差;

 5)机舱偏航,机舱偏航存在无悬浮气隙下机舱偏航和固定悬浮气隙下偏航,根据偏航目的分为偏航对风和侧偏保护两种,无悬浮气隙下偏航是基于压力传感器获取复合塔架压力,动态调控偏航负载转矩,偏航转盘三相对称绕组电流是基于偏航转盘转速闭环控制实现的,机舱旋转体在球柱式引导环带和引导柱槽引导下旋转偏航;固定悬浮气隙下机舱偏航,是H桥变流器和双向PWM变流器协同控制电流完成,机舱悬浮稳定后,起动双向PWM变流器向三相对称绕组通入三相对称交流电,三相对称绕组在定子环带励磁作用下,偏航转盘产生电磁转矩,电磁转矩由偏航中轴传递至主动轮,主动轮则与传动轴轮啮合,进而驱动内齿调速圈,最终驱动机舱旋转体偏航对风或侧偏保护,由此完成偏航转盘的高转速小力矩到机舱旋转体上的低转速大转矩的高效转化,最终实现机舱偏航对风或侧风保护;

 6)机舱降落,当风速风向仪检测到偏航角度 或Pw=PN,机舱偏航结束,双向PWM变流器首先停止向三相对称绕组供电,接着调控H桥变流器电流,使机舱悬浮气隙或复合塔架压力逐步减小至0,最终由悬浮支撑体支撑机舱,机舱偏航结束。