风力发电机设计与制造课程设计

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一．总体参数设计

总体参数是设计风力发电机组总体结构和功能的基本参数，主要包括额定功率、发电机额定转速、风轮转速、设计寿命等。

1.额定功率、设计寿命

根据《设计任务书》选定额定功率Pr =3.5MW；一般风力机组设计寿命至少为20年，这里选20年设计寿命。

2.切出风速、切入风速、额定风速

切入风速取 Vin = 3m/s

切出风速取 Vout = 25m/s

额定风速 Vr = 12m/s（对于一般变桨距风力发电机组（选3.5MW）的额定风速与平均风速之比为1.70左右,Vr=1.70Vave=1.70×7.0≈12m/s）

3.重要几何尺寸

(1) 风轮直径和扫掠面积

由风力发电机组输出功率得叶片直径：

其中：

Pr——风力发电机组额定输出功率，取3.5MW；

——空气密度（一般取标准大气状态），取1.225kg/m3；

Vr——额定风速，取12m/s；

D——风轮直径；

汽车夜视仪——传动系统效率，取0.95；

——发电机效率，取0.96；

——变流器效率，取0.95；

Cp——额定功率下风能利用系数,取0.45。

由直径计算可得扫掠面积：

综上可得风轮直径D=104m，扫掠面积A=8482

4.功率曲线

自然界风速的变化是随机的, 符合马尔可夫过程的特征, 下一时刻的风速和上一时刻的结果没什么可预测的规律。由于风速的这种特性, 可以把风力发电机组的功率随风速的变化用如下的模型来表示：

——在真实湍流风作用下每一时刻产生的功率, 它由t时刻的V(t)决定;

——在给定时间段内V(t)的平均值所对应的功率；

——表示t 时刻由于风湍流引起的功率波动。

对功率曲线的绘制, 主要在于对风速模型的处理。若假定上式表示的风模型中Pstat(t)的始终为零, 即视风速为不随时间变化的稳定值, 在切入风速到切出风速的范围内按照设定的风速步长, 得到对应风速下的最佳叶尖速比和功率系数,带入式：

——传动系统效率，取0.95；一次性台布

——发电机效率，取0.96；

——变流器效率，取0.95；

——空气密度（一般取标准大气状态），取1.225kg/m3；

Vr——额定风速，取12m/s；

D——风轮直径；

Cp——额定功率下风能利用系数,取0.45。

由以上公式，使用excel计算出不同风速对应的功率值,见表1

表1 风速功率关系

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