PDF《海流发电液压传动系统设计及仿真验证》

8 - 1为变量液 压马达,

8 - 2为定量液压马达, 9为永磁同步发电机,

1 0为负载,

1 1为控制器;

a为流速信号, b为叶轮转 速信号, c , d , f为排量控制信号, e为油液压力信号, g为发电机转速信号. 图1所示的海流发电液压传动系统采用泵7 ― 马达8 ―发电机9同轴连接结构, 该液压传动系统通 过调节变量液压泵2的排量改变叶轮转速使得叶轮 捕获最大功率;

通过调节变量液压泵7的排量实现 发电机转速调节.图1中列示了两种不同方案, 区 别在于方案1使用的是变量液压马达8 - 1, 而方案2 使用的是定量液压马达8 - 2;

方案1通过调节变量液 压马达8 - 1的排量实现系统工作压力的稳定, 而方 案2不对系统压力进行控制. 本文针对两种海流发电液压传动系统方案, 拟―811―第38卷第3期2014年2月10日Vol.38No.3Feb.10,

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1 4 重点研究其通过容积调速控制手段实现叶轮最大功 率跟踪控制和发电机恒频控制, 在阐述系统数学模 型的基础上, 搭建海流发电液压传动系统仿真模型 进行仿真研究, 并对系统工作曲线进行分析, 分析两 种方案在有压力或无压力控制时的系统工作特性. 图1 海流发电液压传动系统工作原理图 F i g .

1 S c h e m a t i cd i a g r a mo fh y d r a u l i c t r a n s m i s s i o n s y s t e m s f o r t i d a l c u r r e n t t u r b i n e s

2 系统数学模型 2.

1 叶轮模型 根据 B e t z理论, 水平轴式海流发电机组从海水 中捕获的功率为[ 8] : P=

1 2 ρ S v3 Cp (

1 ) 式中: P 为叶轮捕获功率;

ρ 为海水密度;

S 为叶轮 的扫截面积;

v 为海水流速;

Cp 为叶轮的功率系数. 由式(

1 ) 并根据叶轮捕获功率P和叶轮转速ω, 可以计算出叶轮旋转时产生的机械转矩T 为: T= P ω =

1 2 ρ S v3 Cp ω (

2 ) 对于采用定桨距方式的叶轮, 式(

2 ) 中叶轮的功 率系数Cp 为叶尖速比λ 的函数, 图2所示为其函数 关系曲线, 叶轮的功率系数 Cp 可通过查表法得到 相应的值[

9 ] . 图2 功率系数 - 叶尖速比曲线 F i g .

2 C u r v eo fp o w e rc o e f f i c i e n t v e r s u s t i ps p e e dr a t i o 叶轮与变量液压泵

2 相连接的转矩平衡方程 为: T-Tf-Bp ω-Tp=Jt d ω d t Tp=Dp p ì ? í ? ? ? ? (

3 ) 式中: Tf 为库仑摩擦转矩;

Bp 为黏性阻尼系数;

Jt 为折算到叶轮主轴上的等效转动惯量;

Tp 为变量液 压泵2的反作用转矩;

Dp 为变量液压泵2的排量;

p 为系统压力. 从式(

3 ) 中可以看出, 通过调节变量液压泵2的 排量, 可以改变变量液压泵2作用在叶轮主轴上的 反作用转矩, 从而可以调节叶轮转速. 2.

2 液压系统模型 变量 液压泵2和变量液压泵7的流量方程为[

1 0] : qp=Dp ω-Ci p p-Ce p p q c p=Dc p ωg-Ci c p p-Ce c p p { (

4 ) 式中: qp, Ci p, Ce p分别为变量液压泵2的输出流量、 内泄漏系数和外泄漏系数;

q c p, Dc p, Ci c p, Ce c p分别为 变量液压泵7的流量、 排量、 内泄漏系数和外泄漏系 数;

ωg 为发电机转速. 蓄能器入口处的流量连续方程为[

1 1] : q a= ka Va d pa d t (

5 ) 式中: q a 为蓄能器流量;

ka 为气体压缩系数;

Va 为 蓄能器内气体体积;

pa 为蓄能器内气体压力. 液压马达8的流量连续方程为[

1 0] : qm =Dm ωg+Ci m p+Ce m p+ V0 β e d p d t (

6 ) 式中: qm , Dm , Ci m , Ce m 分别为液压马达8的流量、 排量、 内泄漏系数和外泄漏系数;