风电塔筒助爬器电机的优化设计与控制

【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。 【关键词】：助爬器 电磁计算 电机优化 控制和保护
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 风能的开发利用9-13
• 1.1.1 风能利用现状9-10
• 1.1.2 风能利用发展趋势10-12
• 1.1.3 风能利用的特点12-13
• 1.2 风电塔筒助爬器13-17
• 1.2.1 助爬器的使用13-14
• 1.2.2 助爬器的功能特点14-15
• 1.2.3 国内外研究现状及发展趋势15-17
• 1.3 本课题主要研究内容17-19
• 第二章 助爬器电机电磁设计19-44
• 2.1 助爬器电机额定数据的确定19-21
• 2.2 助爬器主要尺寸与绕组21-26
• 2.2.1 助爬器主要尺寸22-23
• 2.2.2 绕组与铁心设计23-26
• 2.3 助爬器电磁计算26-39
• 2.3.1 电磁计算框图26-27
• 2.3.2 磁路计算27-30
• 2.3.3 参数计算30-32
• 2.3.4 工作性能计算32-34
• 2.3.5 起动性能计算34-37
• 2.3.6 曲线图表和迭代的处理37-39
• 2.4 电磁设计结果39-43
• 2.5 本章小结43-44
• 第三章 助爬器电机优化设计44-69
• 3.1 优化设计数学模型44-46
• 3.2 优化设计方法46-51
• 3.3 助爬器电机优化设计51-57
• 3.3.1 电机优化设计程序51-54
• 3.3.2 优化设计相关问题54-57
• 3.4 优化结果的Ansoft 分析57-68
• 3.4.1 Ansoft 程序数据输入57-60
• 3.4.2 优化前后结果分析60-68
• 3.5 本章小结68-69
• 第四章 助爬器电机结构与控制69-89
• 4.1 助爬器电机结构设计69-77
• 4.1.1 结构设计的基本内容与原则69-70
• 4.1.2 助爬器电机结构设计70-77
• 4.2 助爬器总体结构及工作特性77-80
• 4.2.1 助爬器总体结构77-78
• 4.2.2 助爬器工作特性78-80
• 4.3 电机控制与保护80-82
• 4.3.1 电机的控制80-81
• 4.3.2 电机的保护81-82
• 4.4 助爬器控制系统82-88
• 4.4.1 控制系统电路82-84
• 4.4.2 控制系统功能实现84-88
• 4.5 本章小结88-89
• 第五章 总结与展望89-91
• 参考文献91-93
• 致谢93-94
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文94-96

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