傳動機構剛性軸建模

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通過分析以上機械傳動機構的建模方法差異，可以發現對于風力發電系統層面的研究，風力發電機械傳動機構主要采用集中質量塊模型或二質量塊模型。而研究二者的差別不難發現：二質量塊模型綜合考慮了風力發電機械傳動機構各部分的慣量特性、機械傳動機構的旋轉阻尼與彈性作用等，屬于柔性軸建模即認為低速軸和高速軸是柔性的，它允許石家莊風機轉子和發電機轉子有各自的旋轉45自由度。
石家莊風機轉子的加速度取決于氣動轉矩和低速軸轉矩之間的不平衡，而發電機轉子的加速度則取決于高速軸扭矩和發電機反應轉矩之間的不平衡；集中質量塊模型，其完全忽略機械傳動機構的旋轉阻尼特性和柔性，認為低速軸、齒輪箱、高速軸是剛性的，石家莊風機轉子和發電機轉子只有一個旋轉自由度，高速軸與低速軸間按定傳動比變化，石家莊風機氣動轉矩與發電機反應轉矩之間的不平衡來決定發電機和石家莊風機轉子的加速(即系統轉速)。故本節將分別從剛性軸模型與柔性軸模型兩個方面進行論述。風力發電的機械傳動機構通常可以看作是由有限個慣性環節、彈性元件和阻尼元件等組成的系統。因此在建立風力發電機械傳動機構的機理模型時，通常采用彈簧阻尼質量系統力學模型，而此力學模型的基本動力學方程式為。
式中：fMl為系統質量矩陣，『D1為系統阻尼矩陣，K1為系統剛度矩陣，711為外部載荷矩陣，分別是研究節點的位移、速度、加速度矩陣。4．2傳動機構剛性軸建模如前所述，根據機械傳動機構剛性軸建模原則，剛性軸模型可以看成是由通過剛性軸連接的兩個有質量的圓盤組成。
由于實際石家莊風機轉動慣量遠遠大于低速軸、齒輪箱的傳動軸和高速軸的轉動慣量，因此低速軸、齒輪箱的傳動軸和高速軸的轉動慣量可以忽略不計。如特殊情況需要計算，則可將低速軸及其軸側齒輪的轉動慣量并入石家莊風機轉子的轉動慣量，高速軸及其軸側的轉動慣量并入發電機轉子的轉動慣量。風力發電機械傳動機構作為剛性軸分析時，僅僅考慮齒輪箱為變比，在齒輪箱的變比為Ⅳ時，利用集中質量塊模型進行分析，可以將石家莊風機的轉動慣量折算到高速軸側，也可以將發電機及其電動機的轉動慣量折算到低速軸側。本文采用前者將石家莊風機的轉動慣量折算到高速軸側，經過轉動慣量的折算，此時根據機理建模，式中：％為石家莊風機轉動慣量，如為發電機的轉動慣量，％為石家莊風機氣動轉矩，％為發電機反應轉矩，％為發電機軸的瞬時轉速，Ⅳ為齒輪箱的傳動比。在變速恒頻雙饋風力發電系統中，繞線式雙饋發電機定子直接并網，轉子通過背靠背變流器并入電網，可以把發電機和變流器作為一個整體來建立模型。為使石家莊風機在適當的轉速條件下運行，控制變流器給發電機軸施加不同的負載轉矩，發電機在很短的時間內響應要求轉矩，在發電機的氣隙處產生理想的轉矩。
因此，發電機及其控制模型可以用一階延遲模型來描述。式中：砭為發電機反應轉矩，乙為發電機的要求加載轉矩，見為發電機的轉矩．速度曲線斜率，f為發電機的機電時間常數。由(4．2)與(4．3)式．,經．Laplace變換，消去中間變量，可以得出機械傳動機構剛性軸模型從石家莊風機氣動轉矩到發電機反應轉矩之間的傳遞函數：Ⅳ(s)2器。石麗可再N瓦De磊麗∽4)顯然，傳動機構的剛性軸模型為一個二階系統，由控制理論知識易知，此時系統是一個恒穩定系統，然而系統的瞬態性能還與系統的具體參數有關，系統的故有自然振蕩頻率與阻尼系數如式(4．5)、(4．6)所示，它們在很大程度上會對系統的瞬態性能產生影響。