风力发电机组的结构简介
日期：2010-12-13 10:01:11 点击：
来源：网络
作者： 未知
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作者： 未知
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摘要: 主要介绍了水平轴风力发电机组的基本结构、传动装置及自动控制原理。
关键词:风力发电机组；基本结构；传动原理；自动控制
中图分类号：TM614 文献标识码：B
The Brief Introduction of the Structure of Wind Turbine Generator
Abstract ： This paper has introduced the principle of basic structure, driven device and automatic control in wind turbine generator with horizontal axis .
Key words: wind turbine generator ; basic structure; driven device; automatic control
1大型风力发电机的结构
风力发电机就安装结构而言，可分为两种类型：一种是水平轴风力发电机，叶片安装在水平轴上；另一种是垂直轴风力发电机，风轮轴是垂直布置的，由叶片带动垂直轴转动，再去带动发电机进行发电。垂直轴风力发电机的增速器、联轴器、发电机、制动器等都是安装在地面上的，整个机组的安装、调试和维修均比水平轴风力发电机要方便一些。但由于一些难以解决的技术问题，垂直轴风力发电机的发展和应用受到了很大的限制。下面主要介绍水平轴风力发电机的结构以及工作过程。
大型水平轴风力发电机主要由塔架、风轮、机舱以及控制系统等部件构成。
塔架是风力发电机的安装支撑，一般有型钢桁架结构、混凝土结构、圆锥型钢管焊接并组装而成的3种结构。
风轮一般是由2～3个叶片装在轮毂上组成，是风力发电机接受风能的部件。大型风力发电机的叶片直径都在60m以上，有的甚至到100多米。
由于叶片在转动过程中，距离回转中心不同半径处叶片的线速度不相同，所接受风的能量也不相同。为了使叶片各部分接受的风能大致相同，通常将叶片结构加工成从叶片根部至叶片尖部是渐缩的，同时扭转一定角度的机翼型扭曲叶片。所有的风轮叶片都应具有承受沙暴、盐雾侵袭的能力，并且具备防雷的措施。
风力发电机机舱的主要结构见图1[1]。
1.转盘底座2.调向制动器3.调向电机4.低速端联轴器5.增速机6.机舱底座7.励磁机8.交流发电机9.高速端联轴器10.高速轴制动器11.机舱12.登高爬梯13.变桨矩控制轴承14.变桨矩液压油缸15.变桨矩控制连杆16.风轮叶片17.风轮轮毂18.风轮轴承19.转盘轴承20.三相交流电输出装置21.风轮接合器
图1风力发电机机舱的结构示意图
机舱是风力发电机主要的传动、控制、发电部分，由增速器、联轴器、制动器、调速装置和发电机等构成。机舱内部设有消声设施，并具有良好的通风条件[2]。机舱设有登机入口，以供登塔检修人员进入。机舱和筒式塔架具有防止小动物进入的防护设施[2]。
2大型风力发电机的工作过程及原理
在自然界，风的方向是不固定的。为了使风轮在正常工作时，风轮叶片一直正对着风的方向，以充分利用风的能量，在机舱转盘底座上安装了调向机构。由调向电机和调向制动器来共同实现该功能。调向系统具有自动解缆和扭缆保护装置。
风轮的直径比较大，在运行时转速比较低。为匹配交流发电机，满足发电机的转速要求，在低速的风轮轴和高速的发电机轴之间安装有增速器，使传递到发电机轴上的转速达到发电机的额定转速需求。制动器是使风力发电机停止运转的装置，也就是通常所说的刹车。
图1的调速结构属于可变桨矩调速装置，这种形式的调速装置是现代风力发电机的主要调速方式之一。当风速增大时，风轮的转速增加，微机系统发出指令让叶片增大安装角，用以减少叶片转速加快的趋势。此时，在电磁阀的作用下，变桨矩液压油缸动作，拉动叶片向安装角增大的方向转动一定的角度，来使叶片所接受的风能减少，以维持风轮在额定的转速之内运行；当风速减小时，微机发出的指令信号与前述相反，变桨矩液压油缸动作，以减小叶片的安装角，使叶片所接受的风能增加，维持风轮在额定的转速范围内运转。
交流发电机的防护等级应能满足防盐雾、防沙尘暴的要求。在湿度较大的地区，发电机内部还设有加热装置，以防结露。发电机的定子线圈应匹配安装测温装置，转子上还要安装测速装置。
3大型风力发电机的自动控制原理
现在的大型风力发电机已经基本实现了微机自动控制、无人现场值守的工作模式。风电场的控制系统由两部分组成：一部分为就地的计算机控制系统；另一部分为主控室计算机控制系统。同时。主控室的计算机要求配备不间断电源，并与风电机组现场具有可靠的通信连接。
风力发电机的微机自动控制是将风向标、风速仪、风轮的转速、发电机的电压、电流、频率等参数，以及发电机温升、增速器温升、机舱和塔架的振动、电缆的过缠绕、电网的电压、电流、频率等传感器信号，通过A/D转换，输送给微机，微机进行分析比较后，再按设定的程序发出各种执行指令。从而实现风力发电机组的自动启动、自动调向、自动调速、自动并网、自动解列、运行中机组故障时的自动停机、自动执行电缆解绕、过振动停机以及风速过大时的自动停机等自动控制。
风电场的各风电机组群之间可以实现联网管理、互相通信，出现故障的风电机组会在微机总站的微机终端和显示器上显示出来，可以进行程序的调出和修改程序等操作，实现现场无人值守的自动控制功能。
参考文献
[1]苏绍禹.风力发电机设计与运行维护[M].中国电力出版社,2003.
[2]DL/T666-1999风力发电场运行规范[S].
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
摘要: 主要介绍了水平轴风力发电机组的基本结构、传动装置及自动控制原理。
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关键词:风力发电机组；基本结构；传动原理；自动控制
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中图分类号：TM614 文献标识码：B
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The Brief Introduction of the Structure of Wind Turbine Generator
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Abstract ： This paper has introduced the principle of basic structure, driven device and automatic control in wind turbine generator with horizontal axis .
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Key words: wind turbine generator ; basic structure; driven device; automatic control
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1大型风力发电机的结构
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风力发电机就安装结构而言，可分为两种类型：一种是水平轴风力发电机，叶片安装在水平轴上；另一种是垂直轴风力发电机，风轮轴是垂直布置的，由叶片带动垂直轴转动，再去带动发电机进行发电。垂直轴风力发电机的增速器、联轴器、发电机、制动器等都是安装在地面上的，整个机组的安装、调试和维修均比水平轴风力发电机要方便一些。但由于一些难以解决的技术问题，垂直轴风力发电机的发展和应用受到了很大的限制。下面主要介绍水平轴风力发电机的结构以及工作过程。
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大型水平轴风力发电机主要由塔架、风轮、机舱以及控制系统等部件构成。
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塔架是风力发电机的安装支撑，一般有型钢桁架结构、混凝土结构、圆锥型钢管焊接并组装而成的3种结构。
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风轮一般是由2～3个叶片装在轮毂上组成，是风力发电机接受风能的部件。大型风力发电机的叶片直径都在60m以上，有的甚至到100多米。
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由于叶片在转动过程中，距离回转中心不同半径处叶片的线速度不相同，所接受风的能量也不相同。为了使叶片各部分接受的风能大致相同，通常将叶片结构加工成从叶片根部至叶片尖部是渐缩的，同时扭转一定角度的机翼型扭曲叶片。所有的风轮叶片都应具有承受沙暴、盐雾侵袭的能力，并且具备防雷的措施。
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风力发电机机舱的主要结构见图1[1]。
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1.转盘底座2.调向制动器3.调向电机4.低速端联轴器5.增速机6.机舱底座7.励磁机8.交流发电机9.高速端联轴器10.高速轴制动器11.机舱12.登高爬梯13.变桨矩控制轴承14.变桨矩液压油缸15.变桨矩控制连杆16.风轮叶片17.风轮轮毂18.风轮轴承19.转盘轴承20.三相交流电输出装置21.风轮接合器
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图1风力发电机机舱的结构示意图
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机舱是风力发电机主要的传动、控制、发电部分，由增速器、联轴器、制动器、调速装置和发电机等构成。机舱内部设有消声设施，并具有良好的通风条件[2]。机舱设有登机入口，以供登塔检修人员进入。机舱和筒式塔架具有防止小动物进入的防护设施[2]。
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2大型风力发电机的工作过程及原理
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在自然界，风的方向是不固定的。为了使风轮在正常工作时，风轮叶片一直正对着风的方向，以充分利用风的能量，在机舱转盘底座上安装了调向机构。由调向电机和调向制动器来共同实现该功能。调向系统具有自动解缆和扭缆保护装置。
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风轮的直径比较大，在运行时转速比较低。为匹配交流发电机，满足发电机的转速要求，在低速的风轮轴和高速的发电机轴之间安装有增速器，使传递到发电机轴上的转速达到发电机的额定转速需求。制动器是使风力发电机停止运转的装置，也就是通常所说的刹车。
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图1的调速结构属于可变桨矩调速装置，这种形式的调速装置是现代风力发电机的主要调速方式之一。当风速增大时，风轮的转速增加，微机系统发出指令让叶片增大安装角，用以减少叶片转速加快的趋势。此时，在电磁阀的作用下，变桨矩液压油缸动作，拉动叶片向安装角增大的方向转动一定的角度，来使叶片所接受的风能减少，以维持风轮在额定的转速之内运行；当风速减小时，微机发出的指令信号与前述相反，变桨矩液压油缸动作，以减小叶片的安装角，使叶片所接受的风能增加，维持风轮在额定的转速范围内运转。
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交流发电机的防护等级应能满足防盐雾、防沙尘暴的要求。在湿度较大的地区，发电机内部还设有加热装置，以防结露。发电机的定子线圈应匹配安装测温装置，转子上还要安装测速装置。
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3大型风力发电机的自动控制原理
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现在的大型风力发电机已经基本实现了微机自动控制、无人现场值守的工作模式。风电场的控制系统由两部分组成：一部分为就地的计算机控制系统；另一部分为主控室计算机控制系统。同时。主控室的计算机要求配备不间断电源，并与风电机组现场具有可靠的通信连接。
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风力发电机的微机自动控制是将风向标、风速仪、风轮的转速、发电机的电压、电流、频率等参数，以及发电机温升、增速器温升、机舱和塔架的振动、电缆的过缠绕、电网的电压、电流、频率等传感器信号，通过A/D转换，输送给微机，微机进行分析比较后，再按设定的程序发出各种执行指令。从而实现风力发电机组的自动启动、自动调向、自动调速、自动并网、自动解列、运行中机组故障时的自动停机、自动执行电缆解绕、过振动停机以及风速过大时的自动停机等自动控制。
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风电场的各风电机组群之间可以实现联网管理、互相通信，出现故障的风电机组会在微机总站的微机终端和显示器上显示出来，可以进行程序的调出和修改程序等操作，实现现场无人值守的自动控制功能。
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参考文献
P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
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[1]苏绍禹.风力发电机设计与运行维护[M].中国电力出版社,2003.
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