风电塔筒助爬器电机的优化设计与控制

论文摘要

环境保护和能源需求加速了风电产业的发展,国内外每年兆瓦级风电机组的安装数量达到约2万台。根据风机原理,叶片处在越高的位置越容易获得较高较稳定的风速,从而保证发电效率,因此大容量风机的塔筒高度往往达到80米甚至更高,这对经常攀爬到塔筒顶部的工作人员的作业强度和人身安全提出了更高要求。助爬器作为解决这一问题的配套设备,可以降低工作人员作业强度,增强人身和心理安全,提高工作效率,已成为塔筒作业必不可少的辅助设备。本文首先根据作业人员的攀爬习惯确定电机和齿轮箱的设计要求。按照标准化、模块化、通用化的设计要求,基于异步电机的磁路模型编写电机的Matlab电磁设计程序。然后以有效材料成本为优化目标,以主要性能指标作为约束条件,以电机主要参数为优化变量,利用优化数学模型获得电机的电磁设计参数。为比较两种模型设计结果的合理性,用电磁场分析软件Ansoft加以分析验证。在此基础上,结合安装和使用要求制作了一台样机并进行了测试。最后根据现场使用条件和工作特点,设计了助爬器的保护和控制电路。本文的研究结果对优化助爬器电机的结构与功能,使其更好的满足工作人员的要求,提高助爬器的工作与安全性能,具有一定的理论和实践指导意义,有助于进一步推动助爬器制造技术的发展。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 风能的开发利用
• 1.1.1 风能利用现状
• 1.1.2 风能利用发展趋势
• 1.1.3 风能利用的特点
• 1.2 风电塔筒助爬器
• 1.2.1 助爬器的使用
• 1.2.2 助爬器的功能特点
• 1.2.3 国内外研究现状及发展趋势
• 1.3 本课题主要研究内容
• 第二章 助爬器电机电磁设计
• 2.1 助爬器电机额定数据的确定
• 2.2 助爬器主要尺寸与绕组
• 2.2.1 助爬器主要尺寸
• 2.2.2 绕组与铁心设计
• 2.3 助爬器电磁计算
• 2.3.1 电磁计算框图
• 2.3.2 磁路计算
• 2.3.3 参数计算
• 2.3.4 工作性能计算
• 2.3.5 起动性能计算
• 2.3.6 曲线图表和迭代的处理
• 2.4 电磁设计结果
• 2.5 本章小结
• 第三章 助爬器电机优化设计
• 3.1 优化设计数学模型
• 3.2 优化设计方法
• 3.3 助爬器电机优化设计
• 3.3.1 电机优化设计程序
• 3.3.2 优化设计相关问题
• 3.4 优化结果的Ansoft 分析
• 3.4.1 Ansoft 程序数据输入
• 3.4.2 优化前后结果分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 助爬器电机结构与控制
• 4.1 助爬器电机结构设计
• 4.1.1 结构设计的基本内容与原则
• 4.1.2 助爬器电机结构设计
• 4.2 助爬器总体结构及工作特性
• 4.2.1 助爬器总体结构
• 4.2.2 助爬器工作特性
• 4.3 电机控制与保护
• 4.3.1 电机的控制
• 4.3.2 电机的保护
• 4.4 助爬器控制系统
• 4.4.1 控制系统电路
• 4.4.2 控制系统功能实现
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文