小论文 鲁超

内蒙古科技大学 本科生毕业设计小论文

学生姓名：鲁超 学 号：1076808310

专 业：机械设计制造及其自动化 班 级：机10—9班 指导教师：杨斌

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风力发电机刹车系统的研究

鲁超

（内蒙古科技大学 包头 014010）

摘要：简要介绍了风力发电机刹车系统,针对其需要改进的问题。提出了把

ABS应用于刹车系统，并介绍了刹车控制系统的软、硬件。

关键词：发电工程；风力发电机；刹车系统；智能控制；自动防抱死系统

Study on Intelligent Control of Wind-driven Generator Brake

and its Improvement

Lu Chao

(Inner Mongolia University of Science & Technology Baotou 014010)

Abstract: This paper introduces the brake system of wind-driven generator briefly.

Aiming at improving the brake system, the thought of applying ABS to the brake system is presented, and its hardware and software are introduced.

Key words: generating engineering; wind generator; brake system; intelligent

control; ABS

1.引言

能源、环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题，常规能源不仅有限,而且还造成了对环境的严重污染.风能是一种无污染的、可再生的清洁能源,它已受到了世界各国的重视,我国也提出了利用风能的“乘风计划”据报道,正在拟定中的《可再生能源法》对风力发电在我国的发展给予了极大的关注和长远的规划。无疑这一法律文件的出台将对充分利用我国风能,缓解能源短缺，实现可持续发展起到极大的推动作用,同时也从理论和技术两方面对科技工作者提出了尽快提高我国风力发电技术的重要任务。

风力发电机一般是分散分布的,要求在控制上达到无人值守及远程监控.刹车系统是风力发电机(以下简称风机)中的一个很重要的系统.逻辑上其重要性应该高于其它系统，这就要求刹车系统具有很高的安全性和可靠性。

2.风机刹车系统简介及其存在的问题

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2.1现代风机刹车系统

2.1.1风力刹车系统

定桨距风机采用叶尖扰流器;变桨距风机利用浆距的变化来实现风力刹车。 2.1.2机械刹车系统

机械刹车系统的刹车闸一般装在高速轴或低速轴上，它们各有优缺点高速轴的优点是刹车力矩小，齿轮箱可带集成风轮支撑，缺点是制动载荷大,对齿轮箱的冲击大，制动安全性较差。

低速轴的优点是有较大制动力矩作用在低速轴上，刹车可靠；刹车时的制动力矩不作用在齿轮箱上；缺点是需要的刹车力矩大，对闸体的支撑材料要求高：需要的液压力大，对密封的要求高。

2.2常规风机刹车过程

风机刹车过程有三种情况.

2.2.1正常停机

(1)通过电磁阀释放叶尖扰流器；

(2)风轮转速低于设定值时,第一步刹车投入；

(3)如果叶尖扰流器释放后转速继续升高,则第二步刹车投入； (4)下一次使用刹车系统时,第二个投入的刹车先投入； (5)停机后叶尖扰流器收回。 2.2.2安全停机

(1)叶尖扰流器释放的同时第一步刹车投入；

(2)当发电机的转速降到同步转速时,发电机主接触器跳开,第二步刹车投入；

(3)叶尖扰流器不收回。 2.2.3紧急停车

(1)所有继电器、接触器失电；

(2)叶尖扰流器及两步刹车同时投入，发电机与电网脱网。

2.3存在的问题

经过对刹车系统的结构和刹车过程的分析可知，由于正常停机首先是风力刹

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车投入，它可使风机速度平稳地降至发电机的同步转速,此时速度较低，再投入机械刹车就不会对齿轮箱造成很大的冲击。同时因是正常停机,在制动时间上就没有严格的要求，然而由于安全停机及突发事件造成的紧急停机要求风机在最短时间内停下来，此时风力刹车与机械刹车同时投入。在这种情况下，如果机械刹车只是装在低速轴上，则由于低速轴上转矩较大，要求刹车闸的尺寸和刹车力矩大。尺寸大，安装上就会问题；力矩大，对液压系统及密封的要求就高。装在高速轴上就会造成对齿轮箱的冲击，加速齿轮箱的损坏。

3.刹车系统改进

自动防抱死系统(ABS)在汽车工业中的应用已相当成熟，其基本原理是利用车轮加减角速度门限及参考滑移率,防抱死逻辑使滑移率在车轮峰值附近波动，从而使车轮获得较大的纵向和横向力，在较短的时间及距离内停下，同时也使制动稳定性较好。借鉴汽车采用的ABS技术，根据现行风力发电机刹车系统存在的问题，同时结合风车的刹车制动过程，在高速与低速轴上各装了一套刹车系统。通过两套刹车系统在不同情况下的开、闭状态,来减小对齿轮箱的冲击，延长齿轮箱寿命。汽车应用ABS是为了在最短的距离内停车及减小车辆的滑移率。借鉴它是为了在最短的时间内使风机停机及减小对齿轮箱的冲击。这一目标是在高速轴及低速轴上各装一套刹车闸，并结合采用一定的控制措施实现的。

4.系统硬件的实现

风力刹车系统原理如图1所示。在风力发电机原系统的基础上进行改进，分别在低速轴与高速轴上加一套刹车闸，同时各加一套转速传感器。霍尔感应式传感器灵敏度高,感应转速范围大，所以采用这种转速传感器。同时对刹车制动液压系统作改进，加装电磁阀及液压控制阀.低速轴上的刹车闸只起辅助刹车作用，尺寸和刹车力矩都不需要很大，这就避开了它的缺点。由于有低速轴上刹车闸的辅助刹车作用，高速轴的刹车闸刹车就不会对齿轮箱造成太大的惯性冲击，减少了齿轮箱的损坏，延长了齿轮箱的寿命，同时也缩短了刹车时间。

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1、 风叶（风力刹车） 2、低速轴刹车闸 3、低速轴转速传感器 4、变速箱 5高速轴转速传感器 6、

高速轴刹车闸 7、风力发电机 8、低速轴 9、高速轴

图1 风力刹车系统示意图

5.系统功能的实现

一般风机刹车控制为一开环系统,见图2。

刹车指令

刹车控制机构 刹车 图2 一般风机刹车功能实现示意图

改进后的刹车控制系统，以高低速轴的转速差为反馈值，形成一闭环控制系统，如图3所示

刹车指令 低速轴转速 比较器 高速轴转速 转速差值 图3 改进后刹车功能实现示意图

刹车控制机构 刹车 ABS在汽车上应用的反馈值为汽车的滑移率及车轮的加减角速度值，在风机刹车系统中利用高速轴与低速轴的速度差值，如果这一速度差值在一定范围内，那么它就不会对齿轮箱造成太大的冲击。刹车控制机构采用单片机来实现，采样信号送入单片机，经过单片机内部程序的判断，控制通往高低速轴上的液压电磁阀的通断，从而控制高低速轴上刹车闸的工作。

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6.系统软件的实现

软件编程用汇编语言与C语言相结合的方法实现。汇编语言可直接与硬件打交道，因此硬件控制采用汇编语言；高级语言在算法的实现上简单，因此在具体算法上采用C语言.软件流程见图4。

图4 软件流程框图

7.结束语

风力发电机由于其分布的不均匀性及其分布环境和使用环境的恶劣性，安全系统显得非常重要。本文分析了ABS系统原理在风机刹车系统中的应用，指出了其可行性，并对其改进后的控制作了一定的研究。

参考文献：

1.苏绍禹.风力发电机设计与运行维护[M].北京:中国电力出版社,2003. 2.叶杭冶.风力发电机组的控制技术[M].北京:机械工业出版社,2002.

3.陈志宏.SDEC-JACOBS 43/600KW风力发电机组介绍[Z].上海电机厂科技情报,2000(04).

4.汪立亮.现代汽车自动防抱死制动系统(ABS）原理与检修[M]北京:电子工业出版社,2000.

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