风力发电原理 第3章 风力发电机组.ppt

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1、第四章风力发电机组【本章教学目标】了解风电发电机组的构成和分类，关于风速、风能、功率的基本定义，塔架的结构与类型及机舱及齿轮传动系统，了解几种常用控制器及几种常用控制器，了解避雷系统三个主要构成要素及各部件防雷措施，了解发电机常见故；掌握风电发电机组的工作原理；掌握叶片应满足的基本要求以及叶片的分类，主动偏航系统和被动偏航系统，风力机功率输出及有关定义及几种风力机功率调节方式，掌握空气动力制动和机械制动及发电机类型障。4.1风力发电机组的分类和构成风力发电就是风的动能通过风力机转换成风轮的机械能，风轮再

2、带动发电机发电，转换成电能。本章主要介绍发电用风力机组的各种形式、风力发电的基本原理和主要设备等。4.1.1风力发电机组的分类风力发电机组有多种形式，按不同的分类方式可分成若干种类：4.1.1.1根据风力机轴的空间位置分根据风力机轴的空间位置可将风力发电机组分为水平轴风力发电机组和垂直轴风力发电机组。水平轴风力发电机组，风轮围绕一个水平轴旋转，风轮的旋转平面与风向垂直，如图4.1所示。水平轴风力发电机启动容易，效率高。目前绝大多数成熟的风力发电机组都是水平轴的。垂直轴风力发电机组，风轮的旋转轴垂直于地面

3、或气流方向，如图4.2所示。垂直轴风力发电机组的主要优点是可以接受来自任何方向的风，因而当风向改变时，无需对风，故不需要安装调向装置，结构简化。另外，齿轮箱和发电机可以安装在地面上，减轻风力发电机组的承重，且方便维护。a）少叶片水平轴风力发电机b）多叶片水平轴风力发电机图4.1水平轴风力发电机组a）达里厄型b）旋翼型图4.2垂直轴风力发电机组4.1.1.2根据风轮的迎风方式分根据风轮的迎风方式分水平轴风力发电机组根据风轮的迎风方式，即风-风轮-塔架三者相对位置的不同，可以分为上风型水平轴风力发电机组和下

4、风型水平轴风力发电机组。风轮安装在塔架的上风位置迎风旋转的，即风首先通过风轮再穿过塔架，风轮总是面对风来的方向，风轮在塔架“前面”，叫做上风型风力发电机组。如图4.4a）所示。风轮安装在塔架的下风位置的，即风首先通过塔架再穿过风轮，风轮在塔架“后面”，叫做下风型风力发电机组。如图4.4b）所示。a）上风型风力发电机组b）下风型风力发电机组图4.4上风型、下风型风力发电机组4.1.1.3根据风轮与发电机之间的连接方式分根据风轮与发电机之间的连接方式可将风力发电机组分为直驱式风力发电机组和变速式风力发电机组

5、。带有增速齿轮箱的风力发电机组称为变速式风力发电机组。一般风轮的转速低，达不到发电机所要求的高转速，用齿轮箱来提高高速轴的转速。一般大、中型风力发电机组都有增速齿轮箱。为了减少齿轮箱的传动损失和发生故障的概率，有的风力发电机组采用风轮直接驱动同步多极发电机，称为直驱式风力发电机组，又称无齿轮箱风力发电机组。其发电机转速与风轮转速相同，机组所承受的载荷较小，减轻了部件的重量。一般微、小型风力发电机组都是直驱的，没有齿轮箱。4.1.1.4根据叶片能否围绕其纵向轴线转动分根据叶片能否围绕其纵向轴线转动，可分为

6、定桨距式风力发电机组和变桨距式风力发电机组。4.1.1.5根据发电机组负载形式分根据发电机组负载形式可将风力发电机组分为并网型风力发电机组和离网型风力发电机组。4.1.1.6根据风力发电机组的发电机类型分风力发电机组应用的发电机类型主要有：直流发电机、同步交流发电机、异步交流发电机、交流永磁发电机等。4.1.2风力发电机组的构成水平轴风力发电机主要由风轮（包括叶片和轮毂）、机舱、高速轴、低速轴、传动机构—增速齿轮箱（有的风机没有）、发电机、调向装置、调速装置、刹车制动装置、塔架、避雷装置等组成。典型结构

7、见图4.7所示。图4.7水平轴式风力发电机结构简图4.1.2.1风轮风轮由轮毂和叶片组成。叶片根部安装在轮毂上，形成悬臂梁形式。4.1.2.2机舱及齿轮传动系统机舱多为铸铁结构，或采用带加强筋的板式焊接结构。风轮获得的能量进行传递、转换的全部机械和电气部件都安装在机舱里，如高速轴、低速轴、风轮轴承、联轴器、增速齿轮箱、调速装置、发电机、刹车制动装置等。见图4.7。4.1.2.3发电机风轮接受风能而转动最终传给风力发电机，风力发电机作用是将风能最终变成电能而输出。4.1.2.4调速装置风速是变化的，风轮的

8、转速也会随风速的变化而变化。为了控制风轮运转在所需要的额定速下的装置称为调速装置。目前世界各国所采用的调速装置主要有以下几种。1)离心飞球调速装置。离心飞球调速装置是风力发电机最早的变桨距调速装置。2)定桨距叶尖失速控制调速装置。定桨距叶尖失速控制调速装置是当代风力发电机常采用的主要调速方式之一。3)可变桨距调速装置。可变桨距调速装置是现代风力发电机主要调速方式之一。4)空气动力调速装置。5)扭头、仰头调速装置。4.1.2.5调向装置根据在