摘 要

本文对国内外风力发电机的发展进行了概述，对目前的研究现状进行了了解并指出了风力发电机目前的发展趋势和研究方向。详述了风力发电机的功能、特点、结构组成以及工作原理。对小型家用发电机的机械结构进行了设计并对重点部位：风轮叶片、变速箱齿轮轴和塔架等进行了校核分析。分析了发电机-整流-逆变-负载的控制过程并设计整个控制系统电路。考虑风力不稳定或者风力过剩等外界因素加入了蓄电池组，通过控制电路的监控实现系统的控制，保证系统在风能充足时可蓄能，在风能不充足时亦可为负载供电。系统的运行状况采用继电控制电路监控和切换。
通过对发电机的对风装置和变桨控制系统工作状态和风力机变桨距调解原理分析而进行变桨系统的设计。对风力发电机组的空气动力学进行分析并得出了风力机系统的功率和叶尖速比。本设计结构清楚、数据精确，为后续的小型家用发电机的研究提供了参考。
 
关键词：风力发电机；风轮叶片；变桨系统；控制系统

Abstract

In this paper, the development of wind turbines at home and abroad were summarized, and to understand the present research situation and points out the development trend of the wind turbine at present and research direction.Described the function and characteristics of wind turbines, structure and working principle.For small household generators of mechanical structure design and the key parts: rotor blades, transmission gear shaft and tower are analyzed in check.Analyses the generator - the control process of rectifier and inverter - load and circuit design of the whole control system.Consider wind instability or external factors such as wind excess joined the battery, through the control circuit of monitoring system of control, guarantee system in plenty of wind energy storage, when wind power is not enough for the load power supply.Operation condition of the system monitored by relay control circuit and switching.
Through to the generator for wind device and variable control system working status and wind variant is analyzed.studying pitch mediation principle analysis and system design.For wind turbine aerodynamic analysis and obtained the power of wind turbine system and tip speed ratio.Structure of this design is clear, accurate data for the subsequent research provides reference for the small household generators.
 
Key Words: Wind driven generator；Wind turbine blade；Pitch system；
             Control system
目 录
摘 要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1 前言 1
1.2 风力发电机国内外研究现状 2
1.3 风力发电机控制系统概述 4
1.3.1 控制系统的类型 5
1.3.2 风力发电机定桨距控制技术 7
1.3.3 风力发电机变桨距控制技术 7
1.4 本设计主要内容 8
1.5 本章小结 9
第2章 风力发电机的基本结构和原理 10
2.1 风力发电机的基本结构 10
2.2 风力发电机的原理 12
2.2.1 风力机的空气动力学原理 12
2.2.2 风力机电力学原理 19
2.3 本章小结 23
第3章 风力机结构设计 24
3.1 电气部分的设计 24
3.1.1 发电机的设计 24
3.1.2 三相异步发电机电磁计算 25
3.2 机械部分设计 30
3.2.1 风轮叶片 30
3.2.2 加速齿轮箱 31
3.2.3 塔架设计 32
3.3 本章总结 32
第4章 风力机控制系统的设计 34
4.1 变桨系统的控制原理 34
4.1.1 变矩控制 35
4.1.2 转速控制 35
4.1.3 功率控制 36
4.2 PLC的设计 38
4.3 单片机程序设计 43
4.4 设计准则 45
4.5 设计步骤 45
4.6 结构设计 46
4.6.1 轮毂的设计 46
4.6.2 轴承的设计 47
4.7 本章小结 48
第5章 总结 49
参考文献 50
致 谢 51

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