A high-speed-level gear transmission system model of a wind turbine is presented considering a time-varying wind load and an electromagnetic torque disturbance, along with eccentricity, dynamic backlash, and friction force. The auto-regressive model is employed for simulating the time-varying wind load in the realistic wind field as external excitation. A doubly fed induction generator model of the wind turbine is established to calculate the disturbance quantity of electromagnetic torque. The nonlinear differential equations of the system are strictly deduced using Lagrange equation and solved by the fourth-order Runge-Kutta method. The effect of friction on the dynamic response of the high-speed-level gear transmission system is analyzed with the time-varying wind load and the electromagnetic torque disturbance. These results show that the friction force is critical because frequency amplitude and components can be changed by it. The friction force also enlarges vibration displacement. The low-frequency components in the vertical direction are affected gravely by the friction force without electrical disturbance. In addition, sidebands exist in the vicinity of the low-frequency parts as the electromagnetic torque disturbance appears at the output end. The amplitude of the low-frequency component is further increased because of electromagnetic torque disturbance. This shows the frequency characteristics of the slight gear system fault. The study offers some fresh references into the design and diagnosis of the gear system.

提出了一种风轮机的高速齿轮传动系统模型，该模型考虑了随时间变化的风荷载和电磁转矩扰动，以及偏心距，动态反冲和摩擦力。自回归模型用于模拟现实风场中随外部激励的时变风荷载。建立了风力发电机的双馈感应发电机模型，以计算电磁转矩的扰动量。使用拉格朗日方程严格推导了系统的非线性微分方程，并通过四阶Runge-Kutta方法对其进行了求解。通过时变风荷载和电磁转矩扰动，分析了摩擦对高速齿轮传动系统动力响应的影响。这些结果表明，摩擦力是至关重要的，因为可以改变频率幅度和分量。摩擦力还增大了振动位移。垂直方向上的低频分量会受到摩擦力的严重影响，而不会产生电气干扰。另外，当电磁转矩扰动出现在输出端时，在低频部分附近存在边带。低频分量的振幅由于电磁转矩扰动而进一步增加。这显示了轻微齿轮系统故障的频率特性。该研究为齿轮系统的设计和诊断提供了一些新的参考。摩擦力还增大了振动位移。垂直方向上的低频分量会受到摩擦力的严重影响，而不会产生电气干扰。另外，当电磁转矩扰动出现在输出端时，在低频部分附近存在边带。低频分量的振幅由于电磁转矩扰动而进一步增加。这显示了轻微齿轮系统故障的频率特性。该研究为齿轮系统的设计和诊断提供了一些新的参考。摩擦力还增大了振动位移。垂直方向上的低频分量会受到摩擦力的严重影响，而不会产生电气干扰。另外，当电磁转矩扰动出现在输出端时，在低频部分附近存在边带。低频分量的振幅由于电磁转矩扰动而进一步增加。这显示了轻微齿轮系统故障的频率特性。该研究为齿轮系统的设计和诊断提供了一些新的参考。由于在输出端出现电磁转矩扰动，因此在低频部分附近存在边带。低频分量的振幅由于电磁转矩扰动而进一步增加。这显示了轻微齿轮系统故障的频率特性。该研究为齿轮系统的设计和诊断提供了一些新的参考。由于在输出端出现电磁转矩扰动，因此在低频部分附近存在边带。低频分量的振幅由于电磁转矩扰动而进一步增加。这显示了轻微齿轮系统故障的频率特性。该研究为齿轮系统的设计和诊断提供了一些新的参考。