基于风力发电机的动力学分析研究
总结几点如下：
（1）随着风力发电机组容量的不断增大，相应的塔架高度也越来越高，这样使得发电机的齿轮箱传动受力情况变得复杂。尤其是在特殊地形的气流对叶片影响较大，这样使得风力发电机的传动变得极其不稳定，再加上风力的或大或小，都会加速风力发电机的损坏。
（2）在风力发电机刚刚开始运行时，由于发电机的运动存在较大惯性，这种惯性力对叶片产生的作用力刚好相反，这样对于传动系统有很大的冲击，尤其齿轮箱中啮合的齿轮，大大降低了齿轮的使用寿命。另外，当风力发电机需要停止时，对齿轮箱的零部件承受较大的冲击，直接会损坏齿轮箱的零部件。
（3）在寒冷的地区，比如我国的东北地区，冬季气温基本上处于零下，甚至到达零下40℃。由于风力发电机的设计所能够承受的温度在-20℃左右，特殊的发电机可以达到-30℃，这些因素主要有变速箱的内部结构决定，由于齿轮箱中齿轮啮合会放润滑油，来提高齿轮的寿命，但是在低温环境下，齿轮箱的润滑油就会变得粘稠，对齿轮的旋转是一种阻碍，增加了发电机的阻力，这样降低了风力发电机的发电效率。
（4）风力发电机中的齿轮箱，如果长时期且频繁受到风载荷变化冲击，势必会增加齿轮之间的磨损，齿轮就会慢慢出现轻微的磨损，进而齿轮表面出现点烛，甚至断裂等现象，使得风力发电机无法正常的工作。
由于风力发电的过程中，齿轮箱的运行环境相对复杂，承担的变载荷变得极为复杂。再加上我国风力发电相对发达国家而言起步较晚，对风力的统计没有及时的收集，尤其变载荷的数据文献。结合我国辽阔的国土，对风能开发具有非常大的前景，对风能的利用也能缓解能源不足和环境污染的困境，因此，有必要对风力发电机的动力学进行分析研究，以此提高风能的利用，改善我国的能源结构，加速经济的快速发展。
2.风力发电机的动力学分析
经过多年的发展，国内外的许多学者都对齿轮传动系统动力学进行了深入研究分析。尤其是特殊环境下的模拟分析，比如：风力发电机的齿轮箱，都有着严格的分析，目前基本上对风力发电机的研究大方向得到很好的解决，但依然存在一些较小的问题，影响着风力发电机的运行工作，比如：使用寿命、重载、性能等。
风力发电机的工作过程，不可避免的会出现齿轮箱的振动，其振动的类型大致上可以划分为三类：第一，由于齿轮传动中负载是随着齿轮的啮合进行传递的，都是成对的出现，必然有齿轮的哨入、啮出冲击，这样会造成单个齿轮上载荷的变化，引起所在轴的旋转；第二，齿轮产生的啮合力会随着外界载荷的变化实时的调整，如果出现忽大忽小的变载荷和方向的改变，都会引起变速箱的振动，从而影响齿轮的正常啮合，不利于变速箱的传递。第三，由于风力的不稳定性和变向性，使得零部件的精度变得越来越差，进而增大零部件的摩擦，引起热变形，进一步破坏变速箱等零部件的磨损，产生更大的冲擊，陷入恶性循环。
本文以大型风力发电机齿轮箱传动系统为研究对象，建立齿轮传动系统的动力学模型，对其进行分析。在建立齿轮系统动力学模型时，作出如下假设：第一，齿轮、轴和轴承均为弹性体，箱体为刚箱体；第二，由于直齿轮没有轴向力，假定每个构件都在垂直于轴线的平面内振动；第三，忽略轮齿哨合时齿间的摩擦力，系统中的阻尼都为粘性阻尼，并不考虑齿侧间隙的影响，假定齿轮哨合力式中作用在哨合线上，各行星轮沿圆周分布，且质量质量、支撑刚度等参数均相等；其齿轮传动系统的几何模型的结构简图如图2所示。
一般风力发电机组由三级齿轮传动组成，第一级输入级，由内齿圈、太阳轮和三对行星齿轮组成，是内哨合的直齿行星齿轮传动；第二级为中间级，由一对小齿轮和大齿轮组成，是外哨合的斜齿圆柱齿轮传动；第三级为输出级，由一对大齿轮和小齿轮组成，是外哨合的直齿圆柱齿轮传动。系统通过叶片把风能转变成机械能，然后通过主轴传递给行星架，通过齿轮箱增速，由高速端输出驱动发电机转变成电能。其建立的三维空间动力学模型如图3所示。
在完成风力发电机的整机建模后，皆可以对其进行计算和仿真，以此判定该模型存在的缺陷和不足，为后期的分析奠定良好的基础。尤其是动力学分析，用科学的方法有效的分析了对风力发电机模型研究的重要性。
3.总结
通过以风力发电机为研究对象，从风力发电机存在的问题入手，合理分析其运行中的不足，并结合现代先进的技术手段，采取相应的措施和方法，以此提高风力发电机的发电效率和稳定性，以此降低风力发电的成本，与此同时，确保风力发电机的安全稳定运行，为我国风力发电的应用提供一定的理论依据。
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作者简介：孙宇（1989.05.27）男，汉族，辽宁省营口市人，本科学历，中级职称，从事风力发电工作。
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