摘要： 首先分析了在自然风速条件下实际风轮机的动态转矩输出特性，对此建立了相应的数学模型包括风速模型、风轮机模型、塔影效应模型等以描述整个系统的机械转矩特性与功率输出特性。其次研究了直流电动机的动态响应性能，分析了直流电机模拟风力机机械特性的可行性以及对实际风力机巨大转动惯量对模拟系统的影响， 提出了机械飞轮与电转动惯量的联合模拟方法,制定了基于直流电机电流闭环 PID 调节的动态转矩控制方案，在此基础上通过 MATLAB/Simulink 环境搭建了基于风力机机械特性的直流电动机转矩控制模拟系统，完成仿真并获得了良好的风力机转矩模拟效果。最后给出了实验室条件下搭建风力机模拟系统的整体方案。61067
毕业论文关键词 风力机 直流电动机 大转动惯量 转矩控制 机械特性模拟
Title Dynamic Characteristic Simulation of Wind Turbine Based on DC Motor
Abstract This paper firstly analyzes the aerodynamic characteristic of actual wind Turbine , sets up the mathematical modal to demonstrate the power and torque characteristic of wind turbine. Compared with the mechanical characteristic of DC motor, the paper analyzes the efficiency of the simulation based on DC motor and the way to simulate the large inertia of turbine with a relatively small motor rotor inertia for the same acceleration as real turbine. A torque control scheme which can be realized by a current loop using PID control is adopted. The scheme is tested by MATLAB/Simulink and the result shows that the torque control system based on DC motor can effectively imitate the aerodynamic torque characteristic of real wind turbine. Finally, the paper presents an actual scheme of wind turbine simulator can be realized in the Laboratory.
Keywords wind turbine DC motor Super inertia Torque control Mechanical characteristic simulation
目录
1绪论1
1．1风力发电简介..1
1．2风轮模拟系统构建的意义2
1．3风轮模拟系统研究现状..3
1．4本章小结..4
2风轮机模拟系统的数学模型5
2．1风速模拟..5
2．2风轮机数学模型7
2.2.1风轮的气动特性...7
2.2.2塔影效应10
2．3直流电动机动态数学模型分析...12
2.3.1直流机的动态模型分析13
2.3.2引入电流PI调节后直流机的转矩响应分析...16
2.3.3考虑实际情况的电流电机响应速度..20
2．4大转动惯量的模拟.23
2．5数学模型综合仿真.32
2.5.1机电随动系统——直流电机转矩控制32
2.5.2总模拟系统仿真..34
2．6本章小结.35
3风轮机模拟系统的实验室设计方案.36
3．1主控器的设计.36
3.1.1数模转换模块37
3.1.2通信功能37
3.1.3其他外围电路简介38
3．2直流传动机构.38
3．3本章小结.39
结论40
致谢41
参考文献...42
附录A：主控器设计原理图...44
1 绪论 随着传统化石能源的日益枯竭，现代工业的发展却日益迅速，其能源的需求量越来越得不到满足，这一剧烈矛盾刺激着世界能源结构快速的发展与转变。在此背景下，新能源技术包括太阳能、风能、地热能、生物能、海洋能、水能等得到了广泛的关注和认可，发展新能源的目标不仅在于克服目前各领域对传统化石能源的依赖，同时可以大大减轻由于化石燃料引起的环境污染和生态恶化问题，实现能源的再生利用和可持续化发展。其中风能的发展最为迅速，已成为最重要的可持续的能源之一。我国在风力发电的起步于上世纪 80 年代，近几十年中风力发电技术得到快速发展，风机装机量不断攀升，据风能专委会（CWEA）近期统计得到的最新数据显示，进入 21世纪以来，源]自=751-·论~文"网·www.751com.cn/ 风电的年新增装机量不断突破新高，累计装机量达到 75324.2 MATLAB基于直流电机的风力机机械动态模拟研究:http://www.751com.cn/zidonghua/lunwen_66673.html