风力发电机耦合振动分析
风力发电机耦合振动分析
( 2) ( 3)
式中 , B 为桨叶数量 , c为截面弦长 , F 为叶尖和轮 毂损失 , H 为诱导修正因子 , r为叶素半径 , < 为叶素来
动比 ; Tm :高速轴上的扭矩 ; λ:尖速比 ;ρ :空气密度 ; R: 风轮半径 ; U ∞ :上风向风速 ; 高速端传动模型为 : ωg d ( 12 ) Jg = Tm - Te dt 2 其中 : J g : 电机转动惯量 , kgm ,ωg : 电机转动角速 度 , rad / s; Tm 高速轴上的扭矩 , Te 发电机上的反扭矩 。 失速控制风力发电机组采用的电机主要是定速感 应电机 , 其特性由斜率 h 和短路瞬态时间常数 τ 。电机
流角 , ve - op ve - ip为叶素上面内和面外的变形速度 , Ω 为 风轮转速 、 U ∞为来流风速 , C l 、CD 为升阻力系数 , 为 L 和 D 的无因次化量 。进行计算时 , 对给定 a 和 a ′ 初始 值进行迭代计算 , r, c, B , U ∞ , Ω 为已知 , ve - op ve - ip的结 果从结构动力学分析计算而来 , 计算出对应的 Cx , Cy , H, F, < , W , 生成新的 a, a ′ , 当迭代误差达到要求 , 即计 算出 a, a ′ 。 a, a ′ 确定后 , Cx , Cy , H, F, < , W 也相应确 定 , 根据叶素理论 , 叶素上法向力和切向力分别为 : 2 ρ ( 4) dL = 1 / 2 W cCL (α) d r 2 ρ ( 5) dD = 1 / 2 W cCD (α) d r 式中 ,ρ 为空气密度 , W 为相对速度 。 叶素上的推力和转矩分别为 : 1 2 ( 6) dF = ρ W c ( CL cos< + CD sin < ) d r 2 1 2 ( 7) dT = ρ W c ( CL sin < - CD cos< ) d r 2 因此 , 对于第 i个半径为 R 的风轮叶片 , 推力 F、 转 矩 T 和产生的功率 P 分别为 :
风力发电机械系统的振动与控制分析
风力发电机械系统的振动与控制分析引言随着能源危机和环境问题的日益凸显，可再生能源逐渐成为世界能源领域的热点。
在可再生能源中，风能因其广泛分布、无污染、可再生等特点而备受关注。
风力发电机械系统作为转化风能为电能的核心设备，其安全性、可靠性和稳定性问题一直是研究的热点之一。
其中，振动问题是影响风力发电机械系统性能和寿命的关键因素之一。
本文旨在通过对风力发电机械系统的振动与控制分析，进一步探讨其振动特性以及减振控制的方法和效果。
风力发电机械系统的振动特性风力发电机械系统的振动问题主要包括机身振动、风机轴线振动、风轮轮毂振动等。
其中，机身振动是由于风力引起的机身整体或局部的振动现象。
风机轴线振动是风力作用引起的风机转子与轴之间发生相对位移现象。
风轮轮毂振动则是由风力引起的风轮轮毂产生的振动现象。
风力发电机械系统的振动特性与结构设计、制造工艺、受力状态等因素密切相关。
一方面，合理的结构设计和制造工艺可以降低振动的产生，提高系统稳定性；另一方面，受力状态的变化也会导致机械系统的振动特性发生变化。
因此，科学合理的振动控制策略对于风力发电机械系统的性能优化至关重要。
风力发电机械系统的振动控制方法目前，常用的风力发电机械系统振动控制方法主要包括主动控制和被动控制两种。
主动控制方法是通过使用传感器、控制器和执行机构等设备实时监测和控制风力发电机械系统的振动。
其中，通过使用传感器对机械系统的振动进行实时监测，可以获取相关的振动数据；同时，控制器可以根据振动数据对风力发电机械系统进行控制，如调整转速、角度等，从而减小振动。
被动控制方法是通过选择合适的材料、结构和设计等手段来降低机械系统的振动。
例如，通过选择具有良好的抗震效果的材料，可以有效减小风力发电机械系统的振动；通过合理设计机械结构，如增加支撑点、加强连接等，也可以降低振动的产生。
风力发电机械系统振动控制方法的选择应根据具体情况综合考虑。
主动控制方法对于控制精度要求较高、振动频率较高的风力发电机械系统更为适用；而被动控制方法则更适用于振动频率较低的风力发电机械系统。
风力发电机组振动特性研究与分析
风力发电机组振动特性研究与分析随着能源常态化需求的提高，风力发电作为一种清洁能源逐渐得到了人们的重视。
而风力发电机组的振动问题，一直是工程技术领域关注的焦点。
本文将会对风力发电机组的振动特性进行深入研究和分析，探究其中涉及的学科知识和工程技术，进而为风力发电行业的未来发展提供参考。
一、风力发电机组的振动特性简介风力发电机组的振动特性是指在风机运行时，受到的外部环境因素或内部元件之间的相互作用而引起的机械振动现象。
风力发电机组的振动特性主要表现在以下几个方面：1、机组本身的不平衡造成的振动。
在运行时，由于吊挂的位置不够平衡或者气动装置设计、制造不合理，导致叶片、风轮、机组轴承等部件的不平衡；2、风力荷载引起的振动。
风力荷载是指由于风速大小和方向影响，从而产生的叶片变形、空气动力和惯性力等不同的振动荷载。
此时垂直方向和水平方向的振动幅值均较大；3、地面震动引起的振动。
这种情况通常是由于地震、外力冲击或其他外力引起的。
以上的振动特性会带来诸多问题，比如：机组的工作效率、发电量、使用寿命都会受到严重的影响；另外，过度的机组振动也可能威胁到机组运行的稳定性和安全性。
二、风力发电机组振动特性的研究方法风力发电机组振动特性的研究方法一般包括基础理论分析和实验研究两个方面。
1、基础理论分析。
理论研究会从发电机组的设计和运行机理出发，采用流体动力学、材料力学等知识手段对发电机组的振动特性进行分析。
这种方法相较于实验研究更为经济、快捷，但是也存在一定的缺点，无法反映现场实际情况；2、实验研究。
实验研究一般包括现场观测、模拟实验和测试试验等方法。
这种方法直接能够反映出现场状态，能够有效的验证理论分析的可靠性，但是需要昂贵的仪器和设备，并且需要进行充分的现场测量和数据分析。
三、风力发电机组振动特性的分析手段在对风力发电机组的振动特性进行研究时，常用的分析手段包括均方根振动、频率功率谱、阻尼比、相位谱等。
1、均方根振动是指叶片、轴承等结构在振动过程中所产生的平均振动能量，策略分析时通常以逐段均值法计算，并依据计算结果来评估机组轴承的惯性质量；2、频率功率谱会分析信号的快速对数变换，将时间域的信号转化为频率域的谱信息。
主振动与内振动联合作用下大型风电机组 塔架-叶片耦合结构动力学分析
主振动与内振动联合作用下大型风电机组塔架-叶片耦合结构动力学分析随着风电技术的不断发展，越来越多的大型风电机组投入使用。
其中，塔架-叶片耦合结构是风电机组的核心组成部分之一，对其动力学性能的研究具有重要意义。
本文将对主振动与内振动联合作用下大型风电机组塔架-叶片耦合结构的动力学分析进行探讨。
一、塔架-叶片耦合结构简介大型风电机组由塔架、机组箱、发电机、变流器、叶片等部分组成，其中塔架-叶片耦合结构是机组的支撑和转动部分，其主要作用是将风叶旋转的机械能转换为电能。
塔架通常采用钢管焊接而成，由多节钢管组成，下端通过膨胀螺栓固定于水泥基础上，上部与机组内部连接。
叶片则是通过扭曲成形的形式，在风的作用下产生振动从而带动转子运动。
二、主振动与内振动在大型风电机组的运行过程中，主振动和内振动是两个不可避免的振动形式。
主振动是叶片在风的作用下发生的振动，具有较高的频率，其振动频率主要受到风速和叶片的结构特性影响。
内振动则是塔架结构内部的振动，其频率较低，主要受到塔架的结构特性和机组内部零件的特性影响。
主振动和内振动是互相关联的，相互作用会对风电机组的动力学性能产生重要影响。
三、塔架-叶片耦合结构动力学分析（一）塔架-叶片耦合结构的振动模型在塔架-叶片耦合结构的振动模型中，塔架和叶片之间通过弹簧-阻尼器连接，构成了一个受外部激励的动力学系统。
考虑到风电机组的特殊结构和叶片的变形特征，塔架-叶片耦合结构的振动模型应该采用多体振动模型来描述。
采用有限元方法对其进行建模，得到塔架-叶片耦合结构的动力学方程。
（二）塔架-叶片耦合结构的动力学响应在外部风荷载的作用下，塔架-叶片耦合结构会发生振动。
由于主振动和内振动的作用，塔架-叶片耦合结构会呈现出非线性、不稳定等特点，其振幅、频率和相位等动力学响应特性变化较大。
因此，在风电机组的设计和运行过程中，需要对其动力学响应进行研究和分析，以保证风电机组的安全、可靠运行。
四、结论本文主要介绍了主振动与内振动联合作用下大型风电机组塔架-叶片耦合结构的动力学分析。
风力发电机的振动分析与控制
风力发电机的振动分析与控制在当今能源转型的大背景下，风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，得到了广泛的应用和快速的发展。
然而，风力发电机在运行过程中会不可避免地产生振动，这不仅会影响其运行效率和稳定性，还可能导致设备的损坏和故障，缩短其使用寿命。
因此，对风力发电机的振动进行深入分析，并采取有效的控制措施，具有重要的现实意义。
风力发电机的振动来源较为复杂。
首先，风的随机性和不确定性是导致振动的主要因素之一。
风的速度、方向和湍流强度的不断变化，会对叶片产生非定常的气动力载荷，从而引起叶片的振动。
其次，叶片在旋转过程中，由于自身的质量分布不均匀、制造误差以及安装偏差等原因，也会产生不平衡力，进而引发振动。
再者，传动系统中的齿轮、轴承等部件在运行时的摩擦、啮合以及疲劳损伤等，也会产生振动。
为了准确地分析风力发电机的振动，需要采用多种测量和分析方法。
加速度传感器是常用的测量工具之一，它可以安装在叶片、塔筒、机舱等关键部位，实时监测振动信号。
通过对这些信号进行时域分析，可以了解振动的幅值、周期等基本特征。
频域分析则能够揭示振动的频率成分，帮助找出振动的主要来源。
此外，还有模态分析，通过对风力发电机结构进行建模和计算，可以得到其固有频率和振型，从而判断是否存在共振的风险。
在对振动进行深入分析的基础上，可以采取一系列控制措施来减小振动。
从叶片设计的角度来看，可以通过优化叶片的形状、结构和材料，提高其气动性能和结构强度，降低风载荷引起的振动。
叶片的质量平衡调整也是一种有效的方法，通过在叶片上添加或去除一定的质量，使其在旋转时达到平衡状态，减少不平衡力产生的振动。
在传动系统方面，采用高精度的齿轮和轴承，并且定期进行维护和保养，可以有效降低由于部件磨损和故障引起的振动。
同时，安装减震装置，如减震器和阻尼器，可以吸收和耗散振动能量，减小振动的传递。
控制策略的优化也是风力发电机振动控制的重要手段。
例如，通过改进变桨控制算法，根据风速和风向的变化实时调整叶片的桨距角，使叶片受到的气动力更加平稳，从而减少振动。
风能发电装置振动特性分析与振动控制
风能发电装置振动特性分析与振动控制随着能源需求的不断增加，越来越多的国家和地区开始重视风能的使用，尝试利用风力发电来应对能源不足和环境污染等问题。
风能发电技术已逐渐成熟，但由于风力发电机转子受到空气力的作用，容易产生振动，严重影响风能发电机的效率和寿命。
因此，对风能发电装置的振动特性进行研究和控制具有重要意义。
一、风能发电装置振动特性分析1. 风能发电机结构和振动模型风能发电机主要由发电机、转子、塔架和基础等组成。
在运行中，风通过叶片将转子带动旋转，同时也会对转子、塔架和基础等结构产生振动。
风能发电机的振动特性主要包括结构刚度、振动频率、振动模式和振幅等。
2. 风能发电机的自由振动风能发电机在运行中，由于弹性变形和质量不平衡等原因，存在自由振动。
自由振动可以分为前后摆动和扭转，分别对应着风向和风力的影响。
3. 风能发电机的强迫振动风能发电机在运行中，由于受到风力和颤振等原因，还会出现强迫振动。
强迫振动的主要特点是在一定频率下，振幅会逐渐增强，直至结构破坏。
4. 风能发电机振动特性分析方法目前，对于风能发电机的振动特性分析方法主要包括有限元方法、实验测试和计算流体力学等。
有限元方法通过建立精细的数学模型进行振动分析，可以得到较为准确的振动频率和振动模式等参数。
实验测试则通过模拟出发电机真实工作状态下的振动情况，进而分析和控制振动。
计算流体力学则主要用于分析风力对发电机的影响，包括风速、风向和风向偏角等参数。
二、风能发电装置振动控制方法1. 主动振动控制主动振动控制是指采用一系列控制算法和技术，对风能发电机的结构特点和振动模式进行实时监测和控制，从而达到减少振动、提高效率和延长寿命的目的。
2. 被动振动控制被动振动控制是指采用一些机械结构和材料，通过调整风能发电机内部的结构和强度等参数，来减少振动并提高发电效率。
被动振动控制常用的材料包括弹簧、阻尼材料和减振板等。
3. 智能振动控制智能振动控制是指采用智能技术和实时监测系统，对风能发电机的振动和频率等参数进行分析，从而主动调整发电机的结构和调节风速等参数，减少振动并提高发电效率和寿命。
风力发电机组振动分析
风力发电机组振动分析随着全球能源危机的逐渐加剧，人们对清洁可再生能源的需求越来越迫切。
风力发电作为一种普遍接受和广泛使用的可再生能源形式，其在全球范围内得到了广泛的应用和推动。
然而，在风力发电中，风力发电机组振动成为一个常见且重要的问题，对其进行深入分析和研究具有重要意义。
首先，我们需要明确风力发电机组振动的原因。
风力发电机组振动主要源于风力对叶片的作用力。
当风速超过一定阈值时，风力作用在叶片上会导致叶片振动。
这种振动会传递到整个风力发电机组上，给其结构带来一定的影响。
此外，风力发电机组振动还受到机械部件的制造质量和安装精度的影响。
其次，我们需要了解风力发电机组振动对其性能和寿命的影响。
振动会对风力发电机组的性能产生直接和间接的影响。
直接的影响表现为振动会导致机械件的磨损增加、结构疲劳和失效的风险增加。
间接的影响表现为振动会影响发电效率和电网连接稳定性。
因此，对风力发电机组振动的分析是保障其正常运行和延长使用寿命的重要手段。
针对风力发电机组振动分析的方法多种多样。
其中，最常见的是基于有限元分析的方法。
有限元分析是一种通过将物体分割成离散的有限元素，通过求解线性代数方程组的方法来计算结构的受力和变形的方法。
此外，还有数值模拟和实验测试等方法可以辅助风力发电机组振动的分析。
在风力发电机组振动分析中，我们还要关注振动的控制和治理。
振动控制是指通过减少或消除振动作用来控制结构的运动状态。
常见的振动控制方法包括结构设计优化、振动吸收器的安装和主动振动控制系统的应用等。
振动治理则是指通过振动控制技术和有效的运维管理手段来降低振动对机组性能和寿命的影响。
在实际应用中，风力发电机组振动分析需要考虑多个因素。
首先是风力发电机组的结构特性，包括发电机组的尺寸、叶片材料和结构、塔筒和基础等。
其次是环境因素，如风速、风向等。
此外，还需要进行动态模拟，考虑风力对发电机组的实际作用。
这些因素的综合考虑和对比分析对于振动分析的准确性和实用性至关重要。
风力发电机组发电机振动故障分析
风力发电机组发电机振动故障分析摘要：风力发电的核心设备是风力发电机，风力发电机主要是运用风能把动能转化成为机械能，再把机械能转化成为电能，在此过程中，要风力发电机组元器件进行有效配合才能完成。
因此，风力发电机组齿轮箱，发电机的振动特性及振动检测研究对提前预警风机故障，以及提高风电机组可靠性也十分重要。
基于此，本文对风力发电控制技术的发展现状以及风力发电机组发电机振动故障预防措施进行了分析。
关键词：风力发电机；振动故障；措施1 风力发电控制技术的发展现状在电力能源成为主流能源的当下，火力发电所造成的大气污染越来越严重，清洁能源的使用开始兴起，绿色保护成为发展趋势，产生电能的方式也逐渐趋向于风力发电。
大型的风力发电系统需要靠风力发电机组完善系统结构，而风力发电机在高应力状态下，其核心和薄弱环节通常容易发生故障，在风力发电机或机组发生故障的情况下，很容易产生连锁反应，造成风电系统的瘫痪，因此针对风力发电机的故障检测必不可少。
风力发电机长时间处于高应力状态下，易产生设备细小故障，若不能及时找出，会造成风电系统严重受损或瘫痪，为此提出了基于振动传感器的风力发电机故障检测算法。
各类机械设备在运行过程中会发生不同程度的振动情况，设备在不同作业状态下产生的振动信号是不同的，通过分析机械设备振动信号成分及能量的不同变化情况，判断设备具体的运行状态及故障情况。
2 风力发电机组发电机振动故障预防措施2.1 振动信号分解及特征提取由于传统的经验模态信号分解会使振动信号分解后产生不必要的混叠现象，致使信号发生幅值、波段的缺陷，因此所提方法在分解信号的过程中，加入高斯白噪声帮助完成信号分解和分析。
通过经验模态分解，可将原始的发电机振动信号分解成一组平均信号分量和一组剩余信号分量，平均信号分量能够表现原始振动信号中，局部的振动信号信息特征，剩余信号分量可以表示振动信号发生的缓慢信息变化量，通过分析所获得风力发电机振动信号的相关特征信息，可以实现对风力发电机的故障检测。
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风轮塔架模态分析在ＭＳＣ．Ｐａｔｒａｎ／Ｎａｓｔｒａｎ环境下 进行，然后生成模态中性分析文件，最终导人到ＡＤ－ ＡＭＳ中，进行结构柔性多体动力学分析。
风力机的气动力加载，根据风力机风轮的实时转 速和风速，按照公式（１）一（８）编程计算，生成的空气 动力学载荷，载荷加载到结构动力学模型上，实现ＡＤ． ＡＭＳ和ＭＡＴＬＡＢ／ｓｉｍｕｌｉｎｋ的联合仿真；根据已有的传 动系数据，在ＭＡＴＬＡＢ下建立传动系的数学模型。空 气动力学模型向ＡＤＡＭＳ结构动力学分析模型输入气 动力，由于风轮是柔 性结构，本身的结构 变形和风轮的转速将 导致气动力的变化， 变化的气动力又重新 作用在ＡＤＡＭＳ结构 动力学模型上，这就 是气弹耦合现象，通 过ＡＤＡＭＳ与ＭＡＴ－ ＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ联合仿 真来实现；ＡＤＡＭＳ结 构动力学模型又向传 图３风力发电机组仿真模型 动系统Ｍａｔｌａｂ模型输 入风轮扭矩，传动系统Ｍａｔｌａｂ又向ＡＤＡＭＳ结构动力 学模型反馈一个反作用扭矩，最终保证转速保持恒定。 这就是联合仿真的整个过程。联合仿真模型见图４。
将导致攻角ｄ改变，定义叶素来流角币＝ａ＋卢，卢为桨 叶安装角和截面扭角之和。￡和Ｄ是桨叶坐标上叶素 的升力和阻力，见图２（ｂ）。应用叶素动量理论，考虑 叶尖和轮毂损失Ｆ，考虑风力机实际工作时的结构参 数，速度诱导因子求解公式变为：
￡ｃｏ咖Ｄｓｌ呻
（ａ）速度分量
（ｂ）力分量
（ｃ）叶素位置
８—ｗｒＦｓｉｎ２ｔｌ＇—＋ＢｃＣ，Ｈ 图２叶素气动载荷
引瓮： －● ———■
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口２
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ＢｃＣ７
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口５丽赢面忑石巧瓦
（１）
Ｃｘ＝ＣＬＣＯＳｑｂ＋Ｃｏｓｉｎｑｂ
Ｃｙ＝Ｃ￡ｓｉｎ咖一ＣＤｃｏｓｑｂ
（２）
协咖＝嚣名薏
（３）
式中，曰为桨叶数量，ｃ为截面弦长，Ｆ为叶尖和轮 毂损失，日为诱导修正因子，ｒ为叶素半径，咖为叶素来
万方数据
流角，也唧％一妒为叶素上面内和面外的变形速度，Ｑ为 风轮转速、Ｕ。为来流风速，Ｇ、ｃＤ为升阻力系数，为Ｌ
特性。研究为风力机振动特性分析进行了一次有益的探索。
关键词：叶素动量理论，联合仿真，风力发电机，振动
中图分类号：脚９１
文献标识码：Ａ
风力机工作时，叶片绕中心轴转动，叶片的变形使 其绕转轴的转动惯量及质量分布等发生改变，从而影 响叶片的转动形态，而叶片的转动形态的改变，必然使 叶片的弹性变形发生改变，叶片的转动与柔性叶片弹 性变形是相互耦合的，可见，旋转叶片的动力学分柝不 同于传统的不考虑结构的刚体位移的结构动办学分 析，它需要考虑叶片的转动与其弹性变形间的相互耦 合关系及其所导致的动力学效应，该问题属于现代柔 性多体动力学的分析范畴。而且，大型水平轴风力发 电机系统为强非线性流刚柔耦合的周期时变多体系 统，结构和运动非常复杂。力学建模必须考虑桨叶的 几何非线性和大变形运动，机舱的刚体运动，塔架的弹 性变形，气动载荷等因素。因此理论推导和数值计算 都比较困难。文［１］利用有限元法研究了桨叶、耦合转 子／机舱／塔架系统的动力响应。文［２］研究了风机气 动眭能和结构动力学特性，建立了桨叶半刚性模型。 文［３］给出了桨叶非线性运动方程。文［４］推导了桨 叶挥舞、摆振和扭转运动相耦合的运动方程。文［５，６］ 利用有限元法对桨叶进行建模，文［５］采用２节点１０ 自由度梁单元离散桨叶，根据Ｈａｍｉｌｔｏｎ原理推导运动 方程。文［６］采用三维梁单元离散桨叶，考虑了桨叶的 剪切、翘曲和弹性变形。文［７］研究了大型水平轴风力 发电机耦合转子／塔架气弹响应与稳定性，但是忽略了 机舱对稳定性的影响。
中的全部阻力矩，假定全部集中在风轮处Ｎｍ；ｖ齿轮传
动比；乙：高速轴上的扭矩；Ａ：尖速比护：空气密度；Ｒ：
风轮半径；Ｕ。：上风向风速；
高速端传动模型为：
．
以孚＝Ｌ—ｔ ’量 ，｜·
一ｍ
一‘
（、 １２）７
其中：以：电机转动惯量，ｋｇｍ２，ｔＯ。：电机转动角速 度，ｒａｄ／ｓ；幺高速轴上的扭矩，瓦发电机上的反扭矩。
模态分析主要是求模型的固有频率和各固有频率 下的振型。结果见表１。
表１风力机自振频率分析结果
计算结果 实验测试数据
计算结果 实验测试数据
风轮前三阶频．率＿／ｒｌｚ
１．７１９
２．８５２
３．１７
１．６５
２．９３
３。３
塔架前三阶频率／Ｈｚ
２．６１
１１．２３
２７．１１
２．５９
１１．１６
２６．７１
４．２风力机系统结构动力学模型建模 风力机总体性能仿真模型主要部件包括风轮、塔
矩ｒ和产生的功率Ｐ分别为：
皿
皿
Ｆ。＝【ｄＦ ｔ＝ｉＤ ｒｄＦ Ｐ。＝ｔＱ （８）
风力机的推力系数Ｃ，和功率系数ｑ分别为：
∑Ｐ。
７Ｆ
铲茹赢 Ｇ ２赢ｔ－－＇曼面１－ｔ ｐ’
气动载荷的计算是在ＭＡＴＬＡＢ／ｓｉｍｕｌｉｎｋ环境下完 成的，完成计算后公式（８）计算的气动载荷力被加载到 结构动力学模型上。
３传动链系统动力学模型
失速控制风力发电机组采用的电机主要是定速感 应电机，其特性由斜率ｈ和短路瞬态时间常数ｒ。电机
振动与冲击
２００７年第２６卷
反作用扭矩ｔ为：
·
１
Ｚ＝土［ｈ（∞一∞。）一Ｚ］
Ｔ
（１３）
ｈ—Ｉ—＿二－ 其中∞为电机转速，厶，。为同步电机转速。 ｐ
（１４）
８０，１，Ｌ ｃｃＪ，一（ｏｏ，
其中∞，是电机在额定功率Ｐ，下的电机转速，占为
针对上述方法存在的问题，作者提出了基于风力 机虚拟样机模型的联合仿真技术，提供了一种全新的 风力机振动耦合分析方法。本文将联合仿真技术应用
于风力机模型的建立中，并对某失速型风力机进行系 统振动性能分析，是一种全新的尝试。为风力机动力 学性能分析进行了一次有益的探索，现以某型风力机 为例进行具体分析。
５仿真分析结果及数据对比
５．１稳态工作特性 对某失速型风力机进行仿真，该风力
机额定功率６００ｋＷ，基本结构采用三叶片 上风向，叶轮直径４３．４ ｎｌ，叶片长度１９．２ ＩＴＩ，轮毂高度为４０ ｎｌ。分析在极端风速下， 风轮叶片变形、塔架变形等振动特性的变 化情况。
在图５中，（ａ）为叶尖处的变形量， （ｂ）为叶尖变形速度，（Ｃ）为叶尖变形加速 度，（ｄ）为风轮的气动扭矩，（ｅ）为塔架顶 端处的变形量，（ｆ）为塔架顶端处变形速
型，将ＭＡＴＬＡＢ／ｓｉｍｕｌｉｎｋ和ＡＤＡＭＳ进行风力机振动性能的联合仿真；将计算的气动载荷加载到风力机叶片结构上，将传
动系统模型的反扭矩加到ＡＤＡＭＳ风轮模型上，同时风力机的结构变形也对气动性能、传动性能产生耦合影响，仿真最终
实现风力机系统振动性能耦合分析。仿真数据同实验测试数据比较表明，该联合仿真方法可以较好的模拟风力机的振动
传动系主要是由风轮转子、低速轴、齿轮箱、高速
轴和发电机构成。传动系的建模分为风轮、传动装置
和电机。低速端传动模型为
，｜ｎ
．，，兰专羊＝Ｔ一％一口乙
（１０）
３
１
，，
ｚ＝ｃＰ（Ａ，卢）弓甲订尺２二云一
（１１）
其中：五：风轮转动惯量，ｋｇｍ２，Ｑ：风轮转动角速
度，ｒａｄ／ｓ；Ｌ风轮吸收的动力矩，Ｎｍ；％能量传递装置
基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０３７５１６１） 收稿日期：２００６—０７—２８修改稿收到日期：２００６一ｌＯ一１０ 第一作者金鑫男，博士生，１９７９年生 通讯作者何玉琳男，博导，教授，１９４５年生
万方数据
图１ 风力机动力学模型各子系统关系图
第８期
金鑫等：风力发电机耦合振动分析
１４５
２风力机空气动力学模型
第２６卷第８期
振动与冲击 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＶＩＢＲＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＳＨＯＣＫ
风力发电机耦合振动分析
金鑫，何玉林，刘桦，何婧
（重庆大学机械学院，重庆４０００４４）
摘 要 采用叶素动量理论进行风力机气动力学的计算分析，并用ＭＡＴＬＡＢ／ｓｉｍｕｌｉｎｋ进行编程，建立风力机传动
链的数学模型并在ＭＡＴＬＡＢ／ｓｉｍｕｌｉｎｋ中进行传动链系统的编程运算，建立风力机ＡＤＡＭＳ柔性多体结构动力学仿真模
１风力机动力学模型
风力机的工作过程为风作用在风轮上产生气动扭 矩，从而带动传动链系统，传动链系统又在风轮上作用 反扭矩。传动链又将扭矩传递至电机，电机发电同时 又对传动链作用一个反扭矩，最终使得风轮在一定转 速下转动，发出功率一定的电量。
风力机动力学模型包括空气动力模型、风轮／塔
影机舱结构动力学模型和传动链模型。当风速一定
电机满载效率。 根据式（１０）～式（１４），当风轮转动惯量、传动比、
电机转子转动惯量已知时，可计算出风轮的转速、风轮
吸收的动力矩、电机转速、电机的力矩。其中风轮转
速、传动链对风轮的反扭矩被用于结构动力学计算。
４风力机振动仿真模型的建立
４．１风轮塔架模态分析 模态分析是结构动态分析的核心，是进行风力机