基于AMESim的風力發電機的液壓馬達特性分析

張健， 閆炎， 武懷強

（天津職業技術師范大學 機械工程學院，天津 300222）

0 引言

隨著能源危機，風力發電得到快速發展。風機偏航系統的主要作用是：根據風力的大小調整風機對風向的角度，提高能源利用效率。由于風向、風力大小經常發生變化，偏航電機要經常調整，電機頻繁啟動；其次，葉片、機艙及發電機的轉動慣量特別大。而液壓馬達因其啟動快、尺寸小、能量密度高，可減小減速機的尺寸、減小驅動裝置安裝空間，適用于風機偏航系統。

1 液壓馬達驅動方案和基本方程

1.1 系統原理圖（如圖1）［6］

1.2 基本方程［3］

1.3 風力發電機偏航系統等效負載計算［3］

為了分析計算方便，將負載慣量、負載阻尼、負載剛度等折算到液壓執行元件的輸出端：

式中：T1為液壓馬達驅動的負載轉矩；T2為液壓馬達折算后的負載轉矩；Je為折算后的負載轉動慣量。

將系統一部分慣量、黏性阻尼系數和剛度折算到轉速i倍的另一部分時，只需將它們除以i2即可。

圖1 偏航液壓系統原理圖

2 模型參數化及仿真實驗

由式（1）看出，馬達轉角θm主要受到閥開口位移XV，附加負載TL的影響。而液壓系統主要受4個因素影響：負載慣量、附加負載、馬達排量和馬達轉速，固此將其作為仿真研究對象，來驗證閥控液壓馬達的特性。因為馬達轉速、排量先選定，所以仿真外負載、負載慣量［2-3］基于AMESim建立液壓馬達系統的仿真如圖2。

圖3 比例閥的給定信號和液壓馬達的轉速

依據某型風力發電機參數進行建模，主要參數如表1所示。

3 基于AMESim的閥控液壓馬達的特性仿真

當調整偏航角度時，馬達剎車壓力降低，偏航馬達動作。此時偏航剎車對剎車盤產生一個適當阻尼，保證調節過程的平穩，本文給定60 000 N·m，折算到馬達負載為100 N·m。

表1 某型風力發電機參數

仿真時間為30 s，采樣時間0.01 s，如圖3所示兩條曲線分別為比例閥電流給定信號和液壓馬達的轉速曲線。

由圖3可知，馬達的運轉速度曲線跟比例閥電流大小曲線類似，馬達轉速能夠跟蹤比例閥的驅動電流的大小，可以用比例閥來控制液壓馬達轉速。

圖2 基于AMESim建立液壓馬達系統的仿真

4 結論

1）液壓馬達可以采用大排量轉速低的擺線液壓馬達，因而有降低轉速的效果，相對目前電機配套的行星減速機，本方案液壓馬達只需要普通減速機，所以液壓方案還具有節約成本、體積小的優勢。2）目前偏航剎車為獨立的液壓剎車系統，作用在電機減速機后面，而液壓擺線馬達可以附帶剎車系統，直接作用在液壓馬達上。3）通過AMESim仿真閥控液壓馬達的轉速可以跟蹤給定的信號，平穩性比較優越，達到設計技術要求。

［1］ 蘇紹禹.風力發電設計與運行維護［M］.北京：中國電力出版社，2002：9-29.

［2］ 李狀云，葛宜遠.液壓元件與系統［M］.北京：機械工業出版社，1999.

［3］ 王春行.液壓控制系統［M］.北京：機械工業出版社，1999.

［4］ 付永領，祁曉野.AMESim系統建模和仿真—從入門到精通［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2006.

［5］ 張宗成，袁銳波，何敏，等.基于AMEsim的閥控液壓馬達特性研究［J］.科學技術與工程，2010（5）：10-30.

［6］ 中國機械工程學會，中國機械設計大典編委會.中國機械設計大典：第 4卷［M］.南昌：江西科學技術出版社，2002：1381-1461.