大型风电液力机械传动装置的理论分析

　　0引言

　　风力发电系绿色能源，风机叶轮驱动发电机将气流的动能转换为电能，输送到电网上。由于风速、风向时刻变化，风机叶轮转速也随机变化，若直接通过传动系统最终导致发电机产生电压不稳定。当电压的不稳定性积累到一定程度时，会对电网产生破坏性影响。应采取措施将电能按照固定频率输出。

　　为了解决发电机产生电压的不稳定性问题，目前主要采用的技术是增速齿轮箱-双馈发电机系统和直驱-变频器系统。增速齿轮箱-双馈发电机系统总效率不高，平均无故障运行时间较短，频率不稳定，不能保证电的品质。直驱-变频器系统解决了电的频率不稳定性问题，但是随着风力发电机组的大型化，变频器的重量、体积越来越大，给生产、运输、安装、维修带来很大的问题，所以必须寻求新的解决方案^[2]。

　　风机叶轮经液力机械传动装置驱动发电机，能满足上述要求，可使发电机基本上恒速运行，是一种有效的机械方式。

　　图1所示为液力机械传动装置原理图。它主要由三部分组成：行星传动机构、内啮合齿轮减速部件和可调液力变矩器^[1]。下面将分别阐述。

　　1行星传动机构

　　一般单排行星传动机构有三个构件：太阳轮t、齿圈q和行星架j，它们具有共同的回转轴线，可分别与三个回转轴相连接，当三个构件中任一构件(即与它相连接的轴)的运动情况确定后，其他两个构件的运动情况就有一定的关系，其联接图如图2所示。

　　单排行星传动机构的特性参数为α₁。 α₁等于齿圈齿数Z_q和太阳轮齿数Z_t之比，即。

　　1.1行星传动机构三构件的转速关系

　　如图3所示，以n_t、n_q和n_j分别表示太阳轮t、齿圈q和行星架j的转速。现假定对整个行星排加上一个反向转速n_j，这时行星架静止不动，再设太阳轮为主动件，齿圈为被动件，则有^[4]

　　(负号表示齿圈转向与太阳轮转向相反)于是可得单排行星传动机构的运动方程为：

　　上式表明行星传动机构中任一构件转速确定后，其它二构件转速变化具有式(1)的函数关系，又当

　　齿圈静止不动，此时，行星架转速称为临界转速n_jl。

　　在式(1)中，以n_t除各项，并令

　　得行星传动的传动比方程：

　　上式表明i_qt与i_jt为线性变化(见图4)，当时，iqt=0，该传动比为临界传动比。当