水平轴风力机.docx

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水平轴风力机

风力机空气动力学基础知识

风能曾是蒸汽机发明之前最重要的动力，数千年前就有了帆船用于交通运输，后来有了风车用来磨面与抽水等。

近年来，由于传统能源逐渐枯竭、对环境污染严重，风能作为清洁的新能源得到人们的重视。

为方便风力机技术知识的学习，下面介绍一些风力机空气动力学的基础知识。

升力与阻力

风就是流动的空气，一块薄平板放在流动的空气中会受到气流对它的作用力，我们把这个力分解为阻力与升力。

图中F是平板受到的作用力，D为阻力，L为升力。

阻力与气流方向平行，升力与气流方向垂直。

我们先分析一下平板与气流方向垂直时的情况，此时平板受到的阻力最大，升力为零。

当平板静止时，阻力虽大但并未对平板做功；当平板在阻力作用下运动，气流才对平板做功；如果平板运动速度方向与气流相同，气流相对平板速度为零，则阻力为零，气流也没有对平板做功。

一般说来受阻力运动的平板当速度是气流速度的20%至50%时能获得较大的功率。

当平板与气流方向平行时，平板受到的作用力为零（阻力与升力都为零）。

当平板与气流方向有夹角时，在平板的向风面会受到气流的压力，在平板的下风面会形成低压区，平板两面的压差就产生了侧向作用力F，该力可分解为阻力D与升力L。

当夹角较小时，平板受到的阻力D较小；此时平板受到的作用力主要是升力L。

截面为流线型的飞机翼片阻力很小，即使与气流方向平行也会有升力，因为翼片上表面弯曲，下表面平直，翼片上方气流速度比下方快，跟据流体力学的伯努利原理，上方气体压强比下方小，翼片就受到向上的升力作用。

当翼片与气流方向有夹角（该角称攻角或迎角）时，随攻角增加升力会增大，阻力也会增大，平衡这一利弊，一般说来攻角为8至15度较好。

超过15度后翼片上方气流会发生分离，产生涡流，升力会迅速下降，阻力会急剧上升，这一现象称为失速。

风力发电用风力机有阻力型与升力型两种，水平轴风力机基本都是升力型，垂直轴风力机有多种阻力型结构，也有是升力型结构。

翼型

翼型本是来自航空动力学的名词，是机翼剖面的形状，风力机的叶片都是采用机翼或类似机翼的翼型，与翼型上表面和下表面距离相等的曲线称为中弧线。

下面是翼型的几何参数图

翼型通过以下参数来描述

（1）前缘、后缘

翼型中弧线的最前点称为翼型的前缘，最后点称为翼型的后缘。

（2）弦线、弦长

连接前缘与后缘的直线称为弦线；其长度称为弦长，用c表示。

弦长是很重要的数据，翼型上的所有尺寸数据都是弦长的相对值。

（3）最大弯度、最大弯度位置

中弧线在y坐标最大值称为最大弯度，用f表示，简称弯度；最大弯度点的x坐标称为最大弯度位置，用xf表示。

（4）最大厚度、最大厚度位置

上下翼面在y坐标上的最大距离称为翼型的最大厚度，简称厚度，用t表示；最大厚度点的x坐标称为最大厚度位置，用xt表示。

（5）前缘半径

翼型前缘为一圆弧，该圆弧半径称为前缘半径，用r1表示。

（6）后缘角

翼型后缘上下两弧线切线的夹角称为后缘角，用τ表示。

对称翼型的弯度为0，上下表面对称。

压力中心

正常工作的翼片受到下方的气流压力与上方气流的吸力，这些力可用一个合力来表示，该力与弦线（翼片前缘与后缘的连线）的交点即为翼片的压力中心。

对称翼型在不失速状态下运行时，压力中心在离叶片前缘1/4叶片弦长位置；运行在不失速状态下的非对称翼型，在较大攻角时压力中心在离叶片前缘1/4叶片弦长位置，在小攻角时压力中心会沿叶片弦长向后移。

贝兹极限

风能就是空气运动的动能，风在通过风轮时推动风轮旋转，把它的动能转变为风轮旋转的能量，但经过风轮做功后的风速不会为零，仅仅是减小，故风只能把一部分能量转交给风轮。

那么风能把多大的能量转交给风轮呢，从理论上讲最大值为59.3%，这也是风力发电机组的风能利用系数的最大值，称为贝兹极限。

目前高性能的风力发电机组风能利用系数约为40%。

相对风速

风力机叶片运动时所感受到的风速是外来风速与叶片运动速度的合成速度，称为相对风速。

下图是一个风力机的叶片截面，当叶片运动时，叶片感受到的相对风速为w→，它是叶片的线速度（矢量）u→与风进叶轮前的速度（矢量）v→的合成矢量

w→=u→+v→

相对风速与叶片弦线之间的夹角就是叶片的攻角α

叶尖速比

风轮叶片尖端线速度与风速之比称为叶尖速比。

下图是一个风力机的叶轮，u是旋转的风力机风轮外径切线速度，v是风进叶轮前的速度，叶尖速比λ

λ=u/v

阻力型风力机叶尖速比一般为0.3至0.6，升力型风力机叶尖速比一般为3至8。

在升力型风力机中，叶尖速比直接反映了相对风速与叶片运动方向的夹角，即直接关系到叶片的攻角，是分析风力机性能的重要参数。

实度比

风力机叶片的总面积与风通过风轮的面积（风轮扫掠面积）之比称为实度比（容积比），是风力机的一个参考数据。

左图为水平轴风力机叶轮，S为每个叶片对风的投影面积，B为叶片个数，R为风轮半径，σ为实度比，

σ=BS/πR2

右图为升力型垂直轴风力机叶轮，C为叶片弦长，B为叶片个数，R为风轮半径，σ为实度比，

σ=BC/2πR

多叶片的风力机有高实度比，适合低风速、低转速的风力机，其效率较低。

风力发电机多采用少叶片与窄叶片的低实度比风力机，可以较高效率高转速运行。

风力与风的测量

风的形成与等级

在地球的外表面包围着一层空气，由于地球引力的作用靠地面的空气密度大压力大、离地面远些的空气密度小压力小。

太阳照热地面使地面的空气密度减小上升、又由于各地表面对太阳的吸收与反射不同、地球不同纬度的温度不同造成各地空气密度不同、地球自转使地面温度昼夜交替变化等等都促成空气的不停流动，同时由于地球的自转也造成空气的流动，这就是风的形成原因。

风的大小划分为不同等级，国际上通用的风力等级表是英国人蒲福拟定的蒲氏风力分级表，把风力分为13个等级（0—12级）。

1946年以后，又在原表基础上，作了扩充，增加到18个等级（0—17级），见下表。

风力的测量

风力不仅有大小还有方向，可通过仪器来测量风力的大小与方向。

根据测量原理主要有以下几类：

机械式、超声波式、声振荡、压力式与热线式等，在一般场合用得较多的是机械式与超声波式，特别是在风力发电中使用广泛。

在风力发电中也称这些仪器为风速与风向传感器。

机械式测风仪

最简单又常见的风速测量是三杯式风速仪，三个风杯由于阻力差而旋转，风力大则转速高，仪器内的转速传感器把风杯转速变为电信号输出。

下图就为三杯式风速仪外形图

最简单又常见的风向测量是风向标，其原理不言而喻。

其指向的角度由仪器内的角度传感器转变为电信号输出。

下图就为风向标外形图

下图是是一种同时可测量风速与风向的仪器，仪器前方有测量转速的浆叶，浆叶随风速加大而增高，仪器后方有随风而摆的翼片，仪器内有转速传感器与角度传感器分别把风速与风向转换为电信号输出。

下图就是该种仪器的外形图

机械式测风仪结构简单、价格低廉；缺点是有旋转件，存在磨损损耗，易被风沙磨损，冰冻雨雪会影响运行，需定期维护。

超声波式风速风向仪

超声波风速风向仪有多种测量计算方法，其中传播时差法简单也用得较多。

时差法通过超声波在空气中的传播速度来测量风速，顺风传播速度快，逆风传播速度慢，风速为零时双向速度一样。

下面图就是一个超声波风速风向仪，在上方有四个超声波探头，每个探头即可发送超声波也能接受超声波，相对的两个探头是一组。

每一组探头可测出相对方向的风速，两组探头联合则可测出具体的风速与风向。

超声波式风速风向仪最大优点是无机械摩损，缺点是尺寸大些，雨、雪、霜、雾、沙尘会影响测量，使输出误差加大。

采用探头加热技术，可防止冰雪对传感器造成的影响，以适合在恶劣天气条件下使用。

水平轴风力机组成与形式

水平轴风力机的组成

水平轴风力机的风轮旋转轴是水平方向的，这是为了区别于垂直轴风力机，水平轴风力机主要由叶片、轮毂、机舱、塔架构成。

常见的风力机有由三个叶片，叶片安装在轮毂上构成风轮，风吹风轮旋转带动机舱内的发电机发电，塔架是整个风力机的支撑。

什么是升力式风力机

在“风力机基础知识”已介绍过升力与阻力知识，水平轴风力机则是利用升力推动风机旋转做功的，是升力式风力机。

下图中表示的是一个叶片的截面的受力图，叶片弦线与风轮旋转平面的夹角为β，风是向上吹,风速为v；叶片向左方运动，线速度为u；叶片实际受到的是相对风速w。

风速w与叶片弦线的夹角为α（攻角），在风w的作用下,叶片受到升力Fl与阻力Fd，Fl与Fd的合力为F1，F1在风轮旋转平面上的投影为F，F就是推动风轮旋转的力。

关于叶片的升力与阻力的更多知识在“叶片的气动特性”一节中有介绍。

风力机的对风形式

风轮要正面对着来风方向才能最好的接受风能，风轮在塔架前方的称为迎风式风力机，风轮在塔架背风方向的称为顺风式风力机，见下图。

使风力机自动朝向风向称为对风（偏航）功能。

小型风力机普遍采用尾舵来对风，风把尾舵吹向风力机后方使风轮面向风，上图中的迎风式风力机就是带尾舵的风力机。

顺风式风力机勿需任何装置即可自动对风，称之为自由偏航。

大中型风力机采用专门的偏航装置对风，在后面的章节有相关介绍。

风力机的叶片数目

风轮除了三叶的还有双叶的，甚至单叶片的。

在许多农用风力机中采用多叶片结构的风轮。

机舱主要组成

在风力机的机舱里主要有发电机、齿轮箱、偏航装置、风向标、控制柜等，发电机是风力机产生电能的设备，由于发电机转速高，风轮转速低，风轮需通过齿轮箱增加转速后才能使发电机以正常转速工作；控制柜控制风力机的对风、风轮转速等；风向标测量风向发出信号给控制柜；偏航装置按控制柜的信号推动风力机对风。

叶片的气动特性与结构

叶片的升力与失速

在风力机基础知识一节中介绍过叶片的升力与阻力，本节就水平轴风力机叶片作进一步介绍。

下图是一个运行中的叶片截面气流图，我们称这个截面为翼型，翼型弦线与气流方向的夹角（攻角）为α，正常运行时气流附着翼型表面流过，靠近翼型上方的气流速度比下面的气流速度快，根据流体力学的伯努利原理，翼型受到一个上升的力Fl，当然翼型也会受到气流的阻力Fd。

这是正常的工作状态，有较大的升力且阻力很小。

但翼型并不是在任何情况下都能产生大的升力。

如果攻角α大到一定程度，气体将不再附着翼型表面流过，在翼型上方气流会发生分离，翼型前缘后方会产生涡流，导致阻力急剧上升升力下降，这种情况称为失速。

见下图

翼型什么时候开始失速，下图是一种翼型的升力系数与阻力系数随攻角的变化曲线，这是工作在理想状态下的曲线，与多数薄翼型较接近，图中绿色的是升力曲线、棕色的是阻力曲线。

在曲线中可看出，攻角α在15度以下时升力随α增大而增大，当攻角α大于15度时开始失速，升力骤然下降，阻力大幅上升，在α等于45度时升力与阻力基本相等。

叶片的结构

在下图中的翼型弦线与翼型前进方向有一固定的夹角β称为浆距角，相对翼型的风速是外来风速v与翼型线速度u合成的相对风速w，相对风速w与翼型弦线间的夹角α是翼型的攻角。

要尽量让翼型工作在失速前的攻角以获得最大的升力与较小的阻力。

对于一定的风速v与一定的线速度u选择合适的翼型浆距角β以获得最合适的攻角α。

实际的叶片是绕轴旋转运动的，沿叶片长度方向不同截面的线速度u是不同的，叶尖处最快、靠叶根处最慢。

对于同样的风速v，在叶尖处相对风速与风轮平面夹角最小、在叶根处相对风速与风轮平面夹角最大，为了使叶片各段都能工作在较好的攻角，叶片必须做成扭转的。

下图是一个风力机叶片，叶片上绘有各段的截面（浅绿色），每个截面两端有该截面弦线的延长线（橙红色），以叶片端截面弦线为水平（水平线为白色），可看出各截面弦线与水平面的夹角，在靠叶根处的夹角最大。

叶片在风轮上的安装角度在靠叶尖处与风轮旋转平面的夹角最小，在靠叶根处的夹角最大。

机舱设备与塔架

机舱是风力发电机核心所在，风轮旋转机械能在这里转换成电能。

机舱里主要设备有发电机、齿轮箱、刹车装置等。

齿轮箱

由于发电机转速高，二极三相交流发电机转速约每分钟3000转，四极三相交流发电机转速约每分钟1500转，六极三相交流发电机转速约每分钟1000转，而风力机风轮转速低，小型风力机转速每分钟最多几百转，大中型风力机转速约每分钟几十转甚至十几转。

这么大的转速差别，风轮只有通过齿轮箱增速才能带动发电机以额定转速旋转。

齿轮变速主要有两种形式，一种是圆柱齿轮变速，一种是行星齿轮变速，风力机的齿轮增速箱增速比较大，多采用二级行星齿轮增速或一级行星齿轮加一级圆柱齿轮增速，当然也有三级增速的。

圆柱齿轮增速箱的输入输出轴多数不在同一轴线上，而行星齿轮增速箱的输入输出轴则在同一轴线上。

行星齿轮增速箱还有体积较小、效率较高、加工成本较低的优点，故行星齿轮增速在风力机中用得较多。

由于风力机的工作环境恶劣，对制作齿轮箱的材料与工艺要求很高，同时对对齿轮箱的润滑系统要求也很高。

关于齿轮箱的结构这里就不再介绍了，仅提供两张从网上下载的图片供参考。

发电机

大多数风力发电机采用三相交流发电机，因其有效率高体积小的优点，在微型、小型风力发电机中也有些采用爪极发电机。

根据不同的运行模式，有用同步发电机的也有用感应发电机的。

目前风力发电机组的主要运行模式有以下几种:

定浆变速风轮叶片是固定的，发电机的转速随风速而变，只要能发出电即可，在小型离网运行（不并网）的风力发电机用得较多，多采用永磁同步发电机，多数情况下将发出的电整流后给蓄电池充电，或逆变成稳定的交流电供电器使用。

变浆定速大中型风力发电机多工作在并网状态，要求发出的交流电频率要稳定，由于风速变化频繁，采用变浆距角的方法控制风轮转速尽量稳定（只在较小的范围内波动），采用感应发电机发电，达到直接并网目的。

变速变浆近些年来由于电力电子与电脑控制飞速发展，风力发电广泛采用“变速/恒频”的工作方式，风轮不再限制在固定转速，可在较宽的转速范围内运行，由同步发电机发出的电经整流后再逆变成频率稳定的交流电输送到电网，这样可使风力发电机工作在最高效率，变浆主要是为了在超出额定风速时对电机功率进行调节。

从发电机的控制方式还有多种，其内容超出本节范围，有兴趣的朋友还请另找书籍阅览。

有关发电机的原理与结构知识请到“发电机”栏目与“直驱式风力发电机”栏目观看。

机舱主要设备组成

齿轮箱与发电机都安装在机舱的机架（底盘）上，机架由横梁与纵梁组成，是风轮、齿轮箱、发电机等主要设备的支撑。

见下图

齿轮箱右侧连接风力机的主轴，主轴穿过主轴承与轮毂连接；齿轮箱左侧通过发电机轴连接发电机。

为了在故障与检修时停止运转，在发电机轴上装有刹车盘，由刹车卡钳进行刹车。

风轮主轴轴线向前仰起，与水平线有一个不大的夹角，目的是防止叶片碰到塔架，缩短轮毂轴的延伸长度。

在机舱里还装有齿轮箱的润滑系统，以保证齿轮箱的润滑；大型发电机还可能有专门的冷却系统。

在机舱底座下方有偏航系统（在后面章节介绍）。

机舱顶部后方装有风向标与风速仪，输出其信号给控制柜，偏航装置按控制柜的信号推动风力机对风。

控制柜还要根据风速变化来控制浆距角，以工作在最佳转速。

下图是水平轴风力发电机机舱内设备的布置图。

塔架

叶轮要在一定的高度上才能获得较大较稳定的风力，在空中的风轮与机舱要靠塔架支撑，塔架的高度约为叶轮直径的1至1.5倍，小型微型风力机的塔架会更高些。

塔架需要高强度也要考虑造价，微型风力机是铁管加拉线，中小型风力机有采用桁架型的也有采用管柱型的，大型风力机基本采用管柱型的。

桁架即用角铁等型材搭建而成，简单、造价低，但不美观且人员上下也不安全。

大型风力机的管柱型塔架主要采用钢筋混凝土结构或钢结构，塔内分若干层，层间有直梯便于人员上下。

风力机调速方式

风力发电机常用的工作模式有定浆变速、变浆定速、变速变浆等。

失速控制转速

对于小型风力发电机多用定浆变速模式，即浆叶是固定在转轴上的，风小转速低、风大转速高，当风速过高时还可以通过失速来扼制转速的飙升、保护发电机，也可认为是定浆变速加失速模式，这种模式在中型风力机也有应用。

下面来分析一下这种失速控制转速的模式。

下面是一幅翼型的升力系数与阻力系数随攻角的变化曲线图，在曲线中可看出，翼型在攻角α大于15度时开始失速，升力骤然下降，阻力大幅上升，开始失速的攻角α的值称为失速角。

下图是一台风力机浆叶的截面（翼型）受力分析图，该翼型弦线与风轮旋转平面的固定夹角β称为浆距角，对于固定浆叶浆距角是不变的。

相对翼型的风速是外来风速v与翼型线速度u合成的相对风速w，相对风速w与翼型弦线间的夹角α是翼型的攻角。

图中左面是翼型运行在允许的转速之内（低于最高转速）时状态，翼型的攻角α应小于失速角（17度）。

翼型升力Fl与阻力Fd的合力为F1，F1在风轮旋转平面上的投影F就是推动翼型运动的力。

风速v低时攻角小，则F小就转速低；风速v高时攻角大，则F大就转速高。

当风速上升风轮转速超过允许的转速时，翼型的攻角大于17度后就进入失速状态，图中右面就表示了这一状态。

尽管风速v加大许多，但升力Fl却下降了、阻力Fd大大增加了，结果是F反而减小了，从而抑制了转速的上升。

失速是翼型运行在非正常状态，是不稳定的状态；而且失速角也不是一成不变的，它受到空气湿度、温度等变化的影响，例如空气湿度增大或浆叶上附有灰尘时失速角就会减小、升力系数就会下降；再说翼型失速后再返回失速前的攻角时并不是沿原曲线返回，所以失速是不可能稳定的控制转速，失速控制的范围也是有限的。

但这种模式运行的风力机结构简单，造价低是其优点。

变浆距调节转速

变浆距调节转速是当前大中型风力机广泛使用的调速技术，可使风力机在超过额定转速时的风速时稳定在额定转速。

下图就是变浆距翼型受力分析图，图中左面是翼型运行在接近最高转速时状态，与前一图左面所示状态一样，此时有最大的推力F。

图中右面是翼型运行在高风速时的情况，如果翼型角度不变就会进入严重的失速状态，但此时翼型的浆距角β增加了Δβ，使攻角α维持在不失速状态，调节合适的Δβ可使推力F与失速前一样。

有变浆距调节转速功能的风力机的工作在变浆定速模式与变速变浆模式。

变浆定速模式用在发电机直接并网的工作状态，因为发电机要与电网频率同步。

实际上现在流行的是变速变浆模式，所谓变速就是指发电机在较低的风速较低的转速时就开始发电，转速随风速增加，一直到额定风速，此时虽未进入失速状态但仍可选择合适的浆距角以获得最大功率输出；当风速超过额定风速继续增加时则通过增大浆距角以保持转速稳定在额定转速，使输出功率稳定维持。

所以说变速变浆模式使风力机从低风到高的风力下均可发电，大大提高了风力发电的效率。

而且在遇到强风时可把浆叶调为顺风状态以减小冲击，保护风力机安全。

浆距调节系统

浆叶的浆距调节通过电动或液压推动进行，下图是一台风力机的电动变浆距系统。

风力机主轴上安装着轮毂，在轮毂圆周分布着3个变浆距齿轮，齿轮内侧有轴承，浆叶根部安装在轴承内，浆叶在轴承内旋转就改变了浆距角。

在浆叶根部安装有变浆距驱动电动机，其减速器输出接有小齿轮与变浆距齿轮啮合，当电动机转动时即可改变浆距角。

3个浆叶各有一套变浆距驱动电动机与相关部件，也称为独立电动变浆系统，尽管3个变浆装置独立，但他们的浆距角变化是按规律同步的。

也有采用一台变浆距驱动电动机通过齿轮或连杆同时带动3个浆叶同时变距的，这里就不介绍了。

风力机对风装置

在“水平轴风力机组成与形式”一节中曾介绍水平轴风力机的对风方式，这里再介绍一下尾舵对风与侧风轮对风，然后重点介绍偏航系统。

尾舵对风

在小型风力机普遍采用尾舵来对风，下图是一台采用尾舵对风的小型风力机。

许多农用的多叶风轮风力机也采用尾舵对风，其尾舵是两叶张开的方式，对风有一定的阻力，可保证稳定的对风。

侧风轮对风

侧风轮对风结构在机舱后部两侧有两个侧风轮（舵轮），两个侧风轮一般在同一个转轴上，转轴水平并与风力机风轮主轴垂直。

在风力机准确对风时两侧风轮面与风向平行，侧风轮不会旋转；当风力机未对风时侧风轮与风有夹角就会旋转，并通过齿轮、蜗杆蜗轮推动机舱转动直至风力机风轮对风后停止。

下图左面是侧风轮对风风力机侧视图，右面是侧风轮对风风力机透视图

侧风轮对风结构较复杂，优点是没有电时也能对风。

测风系统

风力机要能最大的捕获风能必须准确的对风，控制风力机准确对风必须知道风向，所以测量风向是第一件事。

什么时候达切入风速启动风力机工作、什么时候进入额定转速、什么时候达切出风速停止风力机，最大功率与浆距角的调整都需要知道风速，所以测量风速也是必不可少的。

一般风力机的切入风速约3m/s至4m/s；额定风速根据风电场的具体情况定，多数在12m/s至14m/s；切出风速多数为25m/s。

在“风力与风的测量”一节中已介绍过风向标、三杯风速仪、浆叶式风速风向仪与超声波风速风向仪。

机械式风速风向仪由于造价低、易维护，在目前风力机对风中仍在广泛应用，下图就是一台风向风速仪。

测风仪安装在机舱后部顶上，左右两套相互校验。

偏航系统

偏航系统是使风力机自动朝向风向的一套装置，包括驱动电动机、齿轮组合、控制系统装置与测风装置等。

下面是一种常用的偏航系统结构示意图，在塔架上有偏航齿轮，齿轮内侧是偏航轴承，机舱底盘通过偏航轴承与塔架连接，机舱可在塔架上旋转。

在机舱底盘上安装有偏航驱动电动机，通过减速箱连接小齿轮并与偏航齿轮啮合，偏航驱动电动机旋转时即可推动机舱底盘在塔架上旋转。

偏航驱动电动机一般有两台至四台。

风向风速仪把信号传送到控制柜，通过微处理器处理输出控制信号，该信号控制偏航驱动电动机的运行，当风轮轴与风向有一定偏差时就启动偏航驱动电动机进行对风。

偏航也有刹车系统，也称偏航制动器，主要为避免偏向的阵风、振荡风对齿轮造成的冲击损伤，也使偏航稳定，在故障时也会立即刹车。

偏航制动器的刹车盘与刹车夹钳等相关驱动装置都在偏航轴承下面，刹车夹钳一般至少2个，都为常闭式，有关机构这里就不再图示了。

发电机输出电缆与信号电缆是从机舱通过塔架到地面，如果机舱在对风时过多朝一个方向旋转，会扭坏电缆。

为避免这种情况发生，还要对偏航转数进行测量，防止单向过转。

对于尾舵对风、侧风轮对风、顺风式对风等小型风力发电机采用滑环传输电能，无需防单向过转装置

直驱式水平轴风力发电机

风力机转速都较低，小型风力机转速每分钟最多几百转，大中型风力机转速约每分钟几十转甚至十几转，在“机舱设备与塔架”一节中介绍用齿轮箱增速来带动发电机。

但齿轮箱会降低风力机效率，齿轮箱是易损件，特别大功率高速齿轮箱磨损厉害、在风力机塔顶环境下维护保养都较困难。

一种专门为风力机设计制造的低转速发电机可以用风轮直接驱动，这种发电机是一种多极发电机，而且多用永久磁体励磁。

在“直驱式风力发电机”栏目里介绍了几种常用的直驱风力发电机，本节就一个直驱式风力发电机模型介绍其机舱设备的布置。

本模型参考一些典型的直驱式风力发电机产品图片绘制，图片仅是主要设备安装布局示意图。

直驱式风力机没有齿轮箱，故机舱内主要设备就是发电机了，直驱式发电机由于极数很多，直径较大。

模型采用标准的内转子结构，在定子铁芯上嵌有三相绕组，电机是固定在机座的机架上。

下图展示了机舱内的基础设施，用来安装发电机的机座通过偏航轴承安装在塔架上，机座通过偏航电机推动旋转。

机座上有用来固定发电机定子的机架，有安装发电机转子与风轮的转轴。

把绕好线圈的定子安装在机座的机架上，为显示转子结构将定子剖去一部分。

把装有永久磁极的转子安装在机座的转轴上，见下图

把装有叶片的轮毂也安装在机座的转轴上，并且与