2022年风力发电机工作原理及原理图 .pdf

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1、风力发电机工作原理及原理图现代变速双馈风力发电机的工作原理就是通过叶轮将风能转变为机械转距(风轮转动惯量),通过主轴传动链,经过齿轮箱增速到异步发电机的转速后,通过励磁变流器励磁而将发电机的定子电能并入电网.如果超过发电机同步转速,转子也处于发电状态,通过变流器向电网馈电. 最简单的风力发电机可由叶轮和发电机两部分构成,立在一定高度的塔干上,这是小型离网风机. 最初的风力发电机发出的电能随风变化时有时无,电压和频率不稳定,没有实际应用价值.为了解决这些问题,现代风机增加了齿轮箱、偏航系统、液压系统、刹车系统和控制系统等. 齿轮箱可以将很低的风轮转速(1500 千瓦的风机通常为12-22 转/分

2、)变为很高的发电机转速(发电机同步转速通常为1500 转/分).同时也使得发电机易于控制,实现稳定的频率和电压输出.偏航系统可以使风轮扫掠面积总是垂直于主风向.要知道 ,1500 千瓦的风机机舱总重50 多吨,叶轮 30 吨,使这样一个系统随时对准主风向也有相当的技术难度. 风机是有许多转动部件的,机舱在水平面旋转,随时偏航对准风向;风轮沿水平轴旋转,以便产生动力扭距 .对变桨矩风机,组成风轮的叶片要围绕根部的中心轴旋转,以便适应不同的风况而变桨距 .在停机时 ,叶片要顺桨 ,以便形成阻尼刹车. 早期采用液压系统用于调节叶片桨矩(同时作为阻尼、 停机、刹车等状态下使用),现在电变距系统逐步取代

3、液压变距. 就 1500 千瓦风机而言 ,一般在 4 米/秒左右的风速自动启动,在 13 米/秒左右发出额定功率.然后,随着风速的增加,一直控制在额定功率附近发电,直到风速达到25 米/秒时自动停机 . 现代风机的设计极限风速为60-70 米/秒,也就是说在这么大的风速下风机也不会立即破坏.理论上的 12 级飓风 ,其风速范围也仅为32.7-36.9 米 /秒. 风机的控制系统要根据风速、风向对系统加以控制,在稳定的电压和频率下运行,自动地并网和脱网 ;同时 * 齿轮箱、发电机的运行温度,液压系统的油压,对出现的任何异常进行报警,必要时自动停机 ,属于无人值守独立发电系统单元. 风力发电机是将

4、风能转换为机械功的动力机械，又称风车。 广义地说， 它是一种以太阳为热源，以大气为工作介质的热能利用发动机。许多世纪以来， 风力发电机同水力机械一样，作为动力源替代人力、畜力， 对生产力的发展发挥过重要作用。近代机电动力的广泛应用以及二十世纪50 年代中东油田的发现，使风力机的发展缓慢下来。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 6 页 - - - - - - - - - 70 年代初期， 由于 “ 石油危机 ” ，出现了能源紧张的问题，人们认识到常规矿物能源供应

5、的不稳定性和有限性， 于是寻求清洁的可再生能源遂成为现代世界的一个重要课题。风能作为可再生的、无污染的自然能源又重新引起了人们重视。机械连接与功率传递水平轴风机桨叶通过齿轮箱及其高速轴与万能弹性联轴节相连,将转矩传递到发电机的传动轴,此联轴节应按具有很好的吸收阻尼和震动的特性，表现为吸收适量的径向、 轴向和一定角度的偏移，并且联轴器可阻止机械装置的过载。另一种为直驱型风机桨叶不通过齿轮箱直接与电机相连风机电机类型根据定桨矩失速型风机和变速恒频变桨矩风机的特点,国内目前装机的电机一般分为二类: 异步型（1）笼型异步发电机；功率为600/125kW 750kW 800kW 1250180kW 定子

6、向电网输送不同功率的50Hz 交流电 ; （2）绕线式双馈异步发电机；功率为1500kW 定子向电网输送50Hz 交流电，转子由变频器控制，向电网间接输送有功或无功功率。同步型（1）永磁同步发电机；功率为750kW 1200kW 1500kW 由永磁体产生磁场,定子输出经全功率整流逆变后向电网输送50Hz 交流电（2）电励磁同步发电机;由外接到转子上的直流电流产生磁场,定子输出经全功率整流逆变后向电网输送50Hz 交流电根据叶片形式的不同，现有风力发电机分为以下两类：水平轴世界上目前利用最多的形式，功率最大5MW 左右。新型垂直轴21 世纪初由中国、日本、欧洲几乎同时发明的一种新型风力发电机，

7、有别于最早的垂直轴风力发电机（达里厄型），效率高于水平轴风力发电机，无噪音和转向机构，维护简单。已成为欧美市场中小型风力发电机的首选。世界上目前最大功率是由上海模斯电子设备有限公名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 6 页 - - - - - - - - - 司（ MUCE ）生产的50 千瓦垂直轴风力发电机，日本最大功率30 千瓦，英美国家生产的功率在 1 千瓦到 10 千瓦之间。最近，国内外多家公司提出了建造超大型垂直轴风力发电机的计划（10MW ），此项计

8、划得到落实后， 由于成本远低于目前的风力发电机，必将逐步取代水平轴风力发电机，成为世界新能源的主力军！回答者：20031937 - 三级2008-1-1 16:54 可惜这里只能贴文字，无法贴图示。关于风电机的结构，文字性质的描述和介绍转贴如下。原帖地址是： http:/windpower- 那里可以查看到具体的结构部件以及相关的资料。资料来源：风能中国风能行业在中国是一个新兴的产业，很多新的东西在中国并没有标准化的称呼。除此之外，还有很多零部件都在不断的发展变化当中，本文中所进行的描述跟目前国内的技术发展可能会有一定的出入。除了本文的文字介绍之外，在资料中心还有些多媒体资料，可以看到风电机结

9、构图。（点击这里查看）风电机的基本原理和部件组成如下：大部分小功率风电机具有恒定转速，转子叶片末的转速为64 米/秒，在轴心部分转速为零。距轴心四分之一叶片长度处的转速为16 米/秒。但是， 随着海洋用大功率风电机的研发并投入使用， 风电机的转速不再恒定，叶片末的转速也由于叶片的增长而加大。所以站长推荐对不同类型的风电机单独查看其技术数据。（请参考产品信息）风电机结构机舱： 机舱包容着风电机的关键设备，包括齿轮箱、 发电机。 维护人员可以通过风电机塔进入机舱。机舱前端是风电机转子，即转子叶片和轴。转子叶片：捉获风，并将风力传送到转子轴心。在600 千瓦级别的风电机上，每个转子叶片的测量长度大约

10、为20 米；而在 5 兆瓦级别的风电机上，叶片长度可以达到近60 米。叶片的设计很类似飞机的机翼，制造材料却大不相同，多采用纤维而不是轻型合金。大部分转子叶片用玻璃纤维强化塑料（GRP ）制造。采用碳纤维或芳族聚酰胺作为强化材料是另外一种选择， 但这种叶片对大型风电机是不经济的。木材、 环氧木材、 或环氧木纤维合成物目前还没有在转子叶片市场出现，尽管目前在这一领域已经有了发展。钢及铝合金分别存在重量及金属疲劳等问题，目前只用在小型风电机上。实际上， 转子叶片设计师通常将叶片最远端的部分的横切面设计得类似于正统飞机的机翼。但是叶片内端的厚轮廓，通常是专门为名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载

11、 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 6 页 - - - - - - - - - 风电机设计的。 为转子叶片选择轮廓涉及很多折衷的方面，诸如可靠的运转与延时特性。叶片的轮廓设计，即使在表面有污垢时，叶片也可以运转良好。轴心：转子轴心附着在风电机的低速轴上。低速轴： 风电机的低速轴将转子轴心与变速齿轮箱连接在一起。在一般的风电机上，转子转速相当慢，大约为19 至 30 转每分钟。轴中有用于液压系统的导管，来激发空气动力闸的运行。齿轮箱：齿轮箱连接低速轴和高速轴的变速装置，它可以将高速轴的转速提高至低速轴

12、的50 倍。高速轴及其机械闸： 高速轴以超过1500 转/分钟运转， 并驱动发电机。 它装备有紧急机械闸，用于空气动力闸失效时，或风电机被维修时。发电机： 风电机发电机将机械能转化为电能。风电机上的发电机与普通电网上的发电设备相比，有所不同： 风电机发电机需要在波动的机械能条件下运转。通常使用的风电机发电机是感应电机或异步发电机，最新的风电机已经开始使用永磁同步发电机。目前世界上单机最大电力输出超过6000 千瓦（德国enercon 的 E-112/114 ）。偏航装置： 借助电动机转动机舱，以使转子叶片调整风向的最佳切入角度。偏航装置由电子控制器操作， 电子控制器可以通过风向标来探知风向。通

13、常， 在风改变其方向时，风电机一次只会偏转几度。 值得注意的是， 小功率级别的风电机都是通过统一的偏航装置调整所有叶片的角度，而最新的风电机大都是每个叶片设置单独的偏航系统。电子控制器： 一般都使用一台或多台不断监控风电机状态的计算机，用于控制偏航装置。一旦风电机发生故障（即齿轮箱或发电机的过热），该控制器可以自动停止风电机的转动，并通过网络信号通知风电机管理中心。液压系统：用于重置风电机的空气动力闸。冷却系统： 发电机在运转时需要冷却。在大部分风电机上，发电机被放置在管内，并使用大型风扇来空冷， 除此之外还需要一个油冷却元件，用于冷却齿轮箱内的油；还有一部分制造商采用水冷。 水冷发电机更加小

14、巧，而且电效高， 但这种方式需要在机舱内设置散热器，来消除液体冷却系统产生的热量。一些新型风电机也采用水冷和风冷并用系统（比如德国Multibrid的 M5000 ）。支撑塔：风电机塔载有机舱及转子。通常高的塔具有优势，因为离地面越高，风速越大。600 千瓦风电机的塔高为40 至 60 米，5 兆瓦级别的塔高则超过100 米。根据底座的不同，支撑塔可以为管状，也可以是格子状。管状的塔对于维修人员更为安全，因为他们可以通过内部的梯子到达塔顶。格状的塔的优点在于它重量轻，技术相对成熟 （与海上石油钻井台原理相同）。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - -

15、 - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 6 页 - - - - - - - - - 底座： 早期小功率的风电机底座是包含在支撑塔内的，随着风电机单机功率越来越大，支撑塔也越来越高， 对支撑塔底部的力学要求也越来越多，越来越复杂， 所以目前的技术发展趋势是将底座从支撑塔中分离出来单独制造。目前现有的底座结构包括直杆式、三脚架和格状底座风速计及风向标：用于测量风速及风向。输出电压小型风电机（ 100-150千瓦）通常产生690 伏特的三相交流电。然后电流通过风电机旁的变压器（或在塔内），电压被提高至一万至三万伏，这取决于当地电网的标准。大的制造商可以

16、提供50 赫兹风电机类型 （用于世界大部分的电网）， 或 60 赫兹类型 （用于美国电网）。发电机电网的设计风电机可以使用同步或异步发电机，并直接或非直接地将发电机连接在电网上。直接电网连接指的是将发电机直接连接在交流电网上。非直接电网连接指的是，风电机的电流通过一系列电力设备，经调节与电网匹配。采用异步发电机，这个调节过程自动完成。除了上述零部件之外，现代最新的风电机都带有十分复杂的控制系统，拆装维护都需要专门的公司来进行。 本站产品信息内会逐渐的完善风电机生产商和维护维修公司的信息。如果您没有找到您所需要的信息，请您联系站长，我们会尽快帮您整理好您所需要的资料关于风电机设计的一些问题：为什

17、么转子叶片呈螺旋状？大型风电机的转子叶片通常呈螺旋状。从转子叶片看过去，并向叶片的根部移动，直至到转子中心， 你会发现风从很陡的角度进入（比地面的通常风向陡得多）。如果叶片从特别陡的角度受到撞击， 转子叶片将停止运转。因此， 转子叶片需要被设计成螺旋状，以保证叶片后面的刀口，沿地面上的风向被推离。为什么要使用齿轮箱？为什么我们不能通过主轴直接驱动发电机？风电机转子旋转产生的能量，通过主轴、 齿轮箱及高速轴传送到发电机。使用齿轮箱， 可以将风电机转子上的较低转速、较高转矩， 转换为用于发电机上的较高转速、较低转矩 （更低的转矩， 更高的速度） 。风电机上的齿轮箱，通常在转子及发电机转速之间具有单

18、一的齿轮比。对于600 千瓦或 750 千瓦机器，齿轮比大约为1 比 50。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 6 页 - - - - - - - - - 如果我们使用普通发电机，并使用两个、四个或六个电极直接连接在50 赫兹交流三相电网上，我们将不得不使用转速为1000 至 3000 转每分钟的风电机。对于43 米转子直径的风电机， 这意味着转子末端的速度比声速的两倍还要高。另外一种可能性是建造一个带许多电极的交流发电机。但如果你要将发电机直接连在电网上，你

19、需要使用200 个电极的发电机，来获得 30 转每分钟的转速。另外一个问题是，发电机转子的质量需要与转矩大小成比例。因此直接驱动的发电机会非常重。偏航装置系统是怎么运行的？偏航装置大体上可以分成三部分：偏航误差当转子不垂直于风向时，风电机存在偏航误差。偏航误差意味着，风中的能量只有很少一部分可以在转子区域流动。如果只发生这种情况，偏航控制将是控制向风电机转子电力输入的极佳方式。 但是， 转子靠近风源的部分受到的力比其它部分要大。一方面，这意味着转子倾向于自动对着风偏转，逆风或顺风的汽轮机都存在这种情况。另一方面， 这意味着叶片在转子每一次转动时，都会沿着受力方向前后弯曲。存在偏航误差的风电机，

20、与沿垂直于风向偏航的风电机相比，将承受更大的疲劳负载。偏航机构几乎所有水平轴的风电机都会强迫偏航。即，使用一个带有电动机及齿轮箱的机构来保持风电机对着风偏转。 750 千瓦风电机上的偏航机构上可以看到环绕外沿的偏航轴承，及内部偏航马达及偏航闸的轮子。几乎所有逆风设备的制造商都喜欢在不需要的情况下，停止偏航机构。偏航机构由电子控制器来激发。电缆扭曲计数器电缆用来将电流从风电机运载到塔下。但是当风电机偶然沿一个方向偏转太长时间时，电缆将越来越扭曲。 因此风电机配备有电缆扭曲计数器，用于提醒操作员应该将电缆解开了。类似于所有风电机上的安全机构，系统具有冗余。 风电机还会配备有拉动开关，在电缆扭曲太厉害时被激发。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 6 页 - - - - - - - - -