变桨距系统驱动力矩计算方法探究

风力发电机组变桨距过程的运动方程如式（10-13）所示。

式中 M_D——驱动力矩，单位为N·m；

M_W——旋转轴上的空气动力矩，单位为N·m；

M_G——旋转轴上的重力矩，单位为N·m；

M_R——旋转轴上的摩擦力矩，单位为N·m；

J_C——叶片对旋转轴的转动惯量，单位为kg·m²；

ω_C——变桨距角速度，单位为rad/s。

式（10-13）中，规定驱动力矩方向为正，制动力矩为负。实现变桨距的必要条件为式（10-13）等号左边力矩之和为正值。下面对力矩的求法分别加以讨论。

1.空气动力矩

在变桨距过程中，空气动力矩的方向是变化的。一般说来，开桨时空气动力矩为制动力矩，顺桨时空气动力矩为驱动力矩（见图10-5）。

图10-5 变桨距时的空气动力矩

作用在风轮上的空气动力矩

式中 N₁——叶片上分段总数；

δM_Wi——展向长度为δr的叶素上产生的空气动力矩，单位为N·m；且有

δM_Wi=L_WδR （10-15）

式中 L_W——空气动力力臂，单位为m；

δR——微元空气动力合力，单位为N，且有：(www.xing528.com)

式（10-16）中各参数见本书第二章第一节，空气动力矩求法另见式（4-15）和式（4-16）

2.重力矩

重力矩也是时变的。它与叶片的位置有关，叶片位于竖直向上或向下位置时，重力矩为零。叶片位于水平位置时，重力矩绝对值最大。重力矩

式中 N₁——叶片上分段总数；

δM_Gi——展向长度为δr的叶素上产生的重力矩，单位为N·m；且有

δM_Gi=L_Giδf_Gi

式中 L_Gi——重力力臂，单位为m；

δf_Gi——微元重力，单位为N。

3.摩擦力矩

摩擦力矩总是制动力矩。摩擦力矩可以分为两部分，一部分为黏性摩擦力矩，它与变桨距转速有关。另一部分为库仑摩擦力矩，它与变桨距转速无关。即

M_R=-（Bω_C+M_KL） （10-18）

式中 B——黏性摩擦系数，单位为（N·m）s；

M_KL——库仑摩擦力矩，单位为N·m。

具体参数可由生产厂商提供。

由式10-13可得，变桨距系统驱动力矩为