1598005515-d093afe08eb90b4a146980eea5b04540 (811223), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Стабилизаторное регулироаание. На рис. 2-10 показана принципиальная схема стабилизаторного регулирования быстроходных ветродвигателей. Как указывалось выше, стабилизаторное регулирование относится к группе центробежного непрямого регу.пирования. Отклонение скорости вращения воспринимается центробежным регулятором. Его сигнал передается через аэродинамический усилитель-стабилизатор на регулирующий орган, представленный здесь в виде поворотной лопасти. Система лопасть — стабилизатор может свободно поворачиваться вокруг оси лопасти, не оказывая в большинстве случаев, значительного действия на центробежный регулятор.
Поэтому статическое состояние рсгуллтора не зависит от величины моментов аэродинамических и центробежных сил, действующих на лопасти. Чтобы исключить влияние на центробежный регулятор аэродинамических сил стабилизатора, его профиль делают симметричным, а ось поворота располагают от передней кромки на расстоянии примерно 25п/и от геометрической хорды, т. е..в месте рааположения центра давления (рис. 2-3) Тогда независимо от изменения угла атаки момент аэродинамических сил относительно его собственной оси всегда будег равен нулю.
Если пренебречь (ввиду незначительной величины) моментом центробежных сил, действующих на стабилизатор относительно его оси поворота, уравнение статического равновесия регулятора (2-2) примет вид; 7 — '2412 96 97 )нпе 1! + Ь ьСепние (2-12) ! 1, РиСе М Га м/ееи 1эаочету моментов, вхоляп(нх в это равенство, а также вопросам статики стабилизаторного регулирования, посвящены работы (Л.
б — 8) При выбранных параметрах число оборотов ветродвигателя со стабилизаторным регулятором зависит только от угла установки стабилизатора 5 и определяется выражением где Р— коэффициент передаточного отношения; Ь вЂ” длина п,теча рычага управления, к которому крепится тяга регулятора (рис. 2-15); С= С,п' — центробежная сила всех деталей механизма регулятора; й — коэффициент жесткости пружины. Таким образом, если известны отвлеченные аэродинамические характеристики ветродвигателя при различ- ных углах Р, определен~не стад тических характеристик производится по методу, изложенному выше применительно к центробежному регулятору.
На рис. 2-16 показаньп расчетные статические характеристики ветродвигателя 11-18. д Опытные статические характеристики. После изготовпения ветродвигателя статические характеристики определя- ются опытным путем прн его о ~уз' ь работе в естественных услови- ях. Для этого снимаются так ян б называемые эксплуатационны~е характеристики, которые характеризуют изменение скорости вращения ветродвигателя и скорости ветра по времени Р . 2-16. Схема с , дейс при Различной постоанной твавувгдих на рычаг управле- гРУзхе. иия. Длительность каждого опы- та обычно принимается 1 к.
При отсутствии регистрирующих приборов применяется визуальный метод отсчета измеряемых величин, В этом случае отсчеты берутся через каждые 5 сек. На основе опытных данных строятся статические характеристики. В качестве примера на диаграммах лз О 4 З И Ф ар 44 лггия Рис. 2-!6. Статические характеристики ветродвигателя !7-16 со стабилизаторным регулятором.
Рис. 2-17. Опытные статические характеристики ветродвигателя !0-16. Г-наибольшая сиороеть ирищени» прп Р = О; и-иипиеиыпия еиороеть ери. щения прн Р 1,!и рис. 2-!7 показаны опытные статические характеристики ветродвигателей Р-18, Каждая точка на этих диаграммах представляет собой среднее значение н и с за 2 илн 5 агин (5 льин принимаются тогда, когда в схеме передачи мощности имеется маховик инерционного аккумулятоРа).
При обработке одновРеменно определяются наибольшая и наименьшая наблюдавшиеся за этот интервал времени скорости вращения. 7е 99 Остающаяся неравномерность регулирования Обычно под остающейся неравномерностью регулирования двигателя понимается неравномерность хода по нагрузке, которая характеризуется наклоном статической характеристики регулирования.
Определяется она отношением разности скорости |вращения,при холостом ходе и полной нагрузке агрегата к средней скорости !вращения, т. е. если х+ Рт~ ср Р то ст — рт 03 — ст х х 2 х н ср "х+ р где — остающаяся неравномерность регулирования; Ь— м — скорость вращения при холостом ходе; а„— скорость вращения при полной нагрузке. П рименительно к ветродвигателям, кроме остающейся неравномерности регулирования по нагрузке, приходится учитывать еще неравномерность регулирования по скорости ветра, которую можно представить в виде: ст — рз ср Срр СР Р где м„— скорость вращения при полной нагрузке, соответствующая скорости ветра начала регулирования; м, — скорость вращения при полной нагрузке, соответствующая скорости ветра о, для которой подсчитывается неравномерность вращения.
Помимо мо неравномерности вращения, ветродвигатель обладает нечувствительностью 2, вызванной наличием сил сухого трения: 2 ю2 я2 я2 тр р тр Р тр 2 !М вЂ” М„+М ) ртр е2 ртр Р где 222, — момент от сил трения в регуляторе; а,, а „вЂ” скорость вращения, соответствующая троганию регулятора. !ОО Для ветродвигателей в отличие от других типов д~вигателей характерным является также наличие динамической неравномерности регулирования, которая явчяется следствием работы ветродвигателя в условиях непрерывной пульсации скорости ветра.
Из приведенной на рис. 2-17 диаграммы видно, что динамическая неравномерность скорости вращения ветродвигателей достигает сравнительно большой величины. Большая величина динамической неравномерности определяется, с одной стороны, большей степенью нечувствительности регуляторов, а с другой в пульсирую!цим характером ветровой энергии. Поэтому, чтобы получить общую неравномерность скорости вра!цения ветродвигателей, определяемую нормами допустимого колебания частоты на ВЭС малой и средней мощности, надо стремиться делать регуляторы более чувствительными за счет снижения влияния сил сухого трения и допускать из условия статической устойчивости минимально возможную величину остающейся статической неравномерности, 2-4.
ДИНАМИКА РЕГУЛИРОВАНИЯ Вопросы динамики быстроходных ветродвигателей рассматриваются применительно к схемам прямого регулирования. Это позволит дать анализ движения таких систем и оценку качеств регулирования, обусловленных свойствами как регулятора, так и регулируемого объекта, не прибегая к сложному математическому аппарату. При прямом регулировании для заданной скорости ветра развиваемая ветродвигателем мощность в любой момент времени зависит от числа модулей У(Е = — ~, стс! т. е.
от угловой скорости вращения ветроколеса и угла установки лопастей ср. Поэтому ьт и !р, представляющие собой независимые кинематические величины, рассматриваются как обобщенные координаты, полностью характеризующие режим работы ветродвигателя. Наличие двух независимых координат указывает на то, что ветродвигатель при прямом регулировании представляет собой механическую систему с двумя степенями свобо- !О! Вводя обозначения (2-13) (2-14) 103 ды и для ее исследования будет достаточно двух урав- нений: где ~~' уе ~„у„. -- суммы приведенных к оси ветроколеса и оси лопасти моментов инерции всех тел, кинематически связанных с их вращением; А, — производная суммарного демпфирующего момента.
Демпфирование в рассматриваемых системах могут создавать силы трения в механизмах регулятора и дополннтельные аэродинамические силы, возникающие на лопастях при регулировании. В целях упрощения задачи будем учитывать демпфирование только аэродинамического происхождения, играющее важную роль в устойчивости движения системы.
С достаточной для практических расчетов точностью можно считать, что суммарный момент инерции относительно оси ветроколеса является величиной постоянной и не зависит от режима работы ветродвигателя. Момент инерции относительно продольной оси лопасти складывается из момента инерции самой лопасти ~', и момента инерции центробежных и регулирующих грузов. Таким образом, для случая центробежного регулирования суммарный момент инерции будет равен алгебраической сумме моментов инерции лопасти и центробежного груза, а для аэродинамического регулирования в сумме момента инерции лопасти и приведенного моменга инерции регулирующих грузов: который, как это видно, является функцией передаточных отношений звеньев механизмов регулятора у и (, зависящих от угла установки лопастей.
уравнения (2-13) записываются в следующем виде: где М вЂ” момент сопротивления, рассматриваемый как функция времени; производная демпфирующего момента аэроди е намических сил. Моменты М иМ, входящие в уравнения (2-14), вы- чР Р' числяются в зависимости от типа регулятора по формулам (2-4), (2-5) и (2-9) (см, Э 2-3). При аэродинамическом регулировании М„ = О, а при центробежном М, = О.
Демпфирующий момент аэродинамических сил возникает только тогда, когда при вращении ветроколеса лопасть начинает двигаться вокруг своей оси. При этом изменяется действительный угол атаки и появляется дополяительный момент, который стремится погасить скорость вращения лопасти относительно своей оси. Производная этого момента может быть приближенно подсчитана по формуле й,= — "~ ~ — (1 — 2х.ь)'+ В ~ э'У1+(г.3)'с(г, (2-!5) Г* дс где а= — '=сонэ! На берется по аэродинамическои характеристике профиля сечения лопасти; х. =" — ' — относительная координата оси по- Ь ворота лопасти от ее передней кромки (рис. 1-7). Установившееся движение системы характеризуется постоянными значениями переменных в= а, и у=у,.
Тогда из (2-14), поскольку для установившегося движения Ывв др дв =О, Ш 0П0 получим следующие уравнения исходного установивше- гося режима работы ветродвигателя: (М,),=(М )„ ( р)0 ( Ц.р)0 (Ма)0 (М )О именуемые также уравнениями статики. Уравнения (2 14) являются нелинейными дифференциальными уравнениями. Они содержат ряд существенно нелинейных функций, к тому же некоторые из них задаются в виде графиков [например, М,=1(2, 0р),М„=- =1(Я, <р) и др.), Поэтому решение уравнений (2-14) может быть получено только путем их численного интегрирования, Однако чтобы сделать возможным аналитическое решение, рассмотрим идеализированную схему.
Будем считать, что' отклонения системы от установившегося режима настолько малы, что соответствующие участки характеристик отдельных элементов системы регулирования могут быть заменены отрезками касательных к характеристикам в рассматриваемой точке. Это допущение позволит описать движение системы приближенными линейными дифференциальными уравнениями с постоянными коэффициентами и в значительной степени облегчит анализ процесса регулирования. Как показывают исследования [Л. 5), такой метод малых колебаний к данной задаче вполне применим и дает во многих случаях не только качественные, но и количественные результаты с достаточной для практики точностью. Рассмотрим случай аэродинамического регулирования, когда М =О Ц.Р Предположим, что при неустановившемся режиме переменные м, 4 и о отличаются соответственно на малые величины (вариации) Ьвв, Ьу и Ьо от их значений в„<р, и о„соответствующих установившемуся режиму, т. е.
=м,+Ьвв, 4~=0у,+Ьу, =~,+Ьщ (2-17) !04 Здесь скобками указан порядок функциональной зависимости. Разлагая указанные функции в ряд Тейлора и ограничиваясь в этом разложении членами первой степени относительно вариаций координат, находим: [М,[2( о) 9) о)0+ М (М ),+йМ,=М, в в дМ„дМв дх +д~И, в М вЂ” (М ),+йМЦ=М.[МЯ(, о)йо)0+ а а аа + ".
б0у+ дМ дМа дд дМа д'"4а М" дв дм дМ дМа дМа, ДД+дМв м,=(м„), +бм,=м,[у.(г)+ФИ)!, + дМ„ Р а, др М„=(М„),+йМ„=М„(, 4).+ дМ дМц + — д„~" + О,-йУ. (2-18) 105 На основании этого допущения моменты, входящие в уравнение (2-14), могут быть представлены также в соответствующих вариациях: М,=(М,),+ 00М,= М, (М„[7(00, о)Р] ф М =(М ),+АМ =М (М [2(вв, о)4)о); М =(Мц),+йМ„=М„(, 4)' М =(М ),+йМ,=М,(у). Подставляя (2-18) в (2-!4), вводя обозначения сИво г дар э)эээ д1 ' д! =а~, — =-йр, „„~=дф н учитывая, что моменты, соответствующие установив- вию 2-1б, пол чим шемуся исходному режиму, уравновешиваю вию ( - ), получим уравнения линейного приближения в вариациях соответствующих координат: .г' ээээв' + и ээгв + т,игр = и ээо — ЬМ; ~ г' у ар"+ И,др'+ п,й~+ п,др = пэйо; 1 /дМ ) 2 и,=-/, а, з!и 2(р — гр,) — — рЯоо ~ — ' г дМ ~,и )„ 21 ( )' о~ дч)' (2-19) по=у оэ сов 2(р — р ) руо2 в 2 ! г'дМ ээ О~, дт 1э ~ (дв) (др и — 1 2 Р ~ ~о ( в)о гггво( дх ) о.1 и — 1 Производные — ", ', дм.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
