风力发电机工作原理及原理图.docx

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风力发电机工作原理及原理图

风力发电机工作原理及原理图

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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）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。

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600/125kW750kW800kW1250\\180kW

定子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750kW1200kW1500kW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，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：

202*1937-三

级202*-1-116:

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：

-

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）。

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。

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，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。

扩展阅读：

风力发电机工作原理

风力发电机工作原理

风力发电机工作原理简单的说是：

风的动能（即空气的动能）转化成发电机转子的动能，转子的动能又转化成电能。

风力发电机工作原理是利用风能可再生能源的部分。

由1995年到202*年之间的年增长率为28.5％。

根据德

风力发电机工作原理简单的说是：

风的动能（即空气的动能）转化成发电机转子的动能，转

子的动能又转化成电能。

风力发电机工作原理是利用风能可再生能源的部分。

由1995年到202*年

之间的年增长率为28.5％。

根据德国风能会（DEWI）的估计，风能发电的年增长率将保持高增长率，在202*年或之前全球风力发电装机容量可能达到150千兆瓦。

发电风力发电机最初出现在十九世纪末。

自二十世纪八十年代起，这项技术不断发展并日渐成熟，适合工业应用。

近二三十年，典型的风力发电机的风轮直径不断增大，而额定功率也不断提升。

在二十一世纪00年代初，风力发电机最具经济效益的额定输出功率范围在600千瓦至750千瓦之间，而风轮直径则在40米至47米之间。

当时所有制造商都有生产这类风力发电机。

新一代的兆瓦级风力发电机是以这类机种作为基础发展出来的。

二零零七年初，有一些制造商开始生产额定功率为几兆瓦而风轮直径达到约90米的风力发电机（例如VestasV903.0兆瓦风电机，NordexN902.5兆瓦风电机等等），甚至有些直径达100米（如GE3.6兆瓦风电机）。

这些大型风力发电机主要市场是欧洲。

在欧洲，适合风电的地段日渐减少，因此有逼切性安装发电能力尽量高的风力发电机。

另一类更大型的为海上应用而设计的风力发电机，已经完成设计并制成原型机。

例如REPower公司设计的风力发电机风轮直径达126米，功率达5兆瓦。

1）风的功率

风的能量指的是风的动能。

特定质量的空气的动能可以用下列公式计算。

能量=1/2X质量X（速度）^2

吹过特定面积的风的的功率可以用下列公式计算。

功率=1/2X空气密度X面积X（速度）^3其中，功率单位为瓦特；

空气密度单位为千克/立方米；

面积指气流横截面积，单位为平方米；速度单位为米/秒。

在海平面高度和摄氏15度的条件下，乾空气密度为1.225千克/立方米。

空气密度随气压和温度而变。

随著高度的升高，空气密度也会下降。

於上述公式中可以看出，风的功率与速度的三次方〔立方〕成正比，并与风轮扫掠面积成正比。

不过实际上，风轮只能提取风的能量中的一部分，而非全部。

2）风力发电机的工作原理

现代风力发电机采用空气动力学原理，就像飞机的机翼一样。

风并非"推"动风轮叶片，而是吹过叶片形成叶片正反面的压差，这种压差会产生升力，令风轮旋转并不断横切风流。

风力发电机的风轮并不能提取风的所有功率。

根据Betz定律，理论上风电机能够提取的最大功率，是风的功率的59.6%。

大多数风电机只能提取风的功率的40%或者更少。

风力发电机主要包含三部分∶风轮、机舱和塔杆。

大型与电网接驳的风力发电机的最常见的结构，是横轴式三叶片风轮，并安装在直立管状塔杆上。

（上图来源：

DanishWindIndustryAssociation）

风轮叶片由复合材料制造。

不像小型风力发电机，大型风电机的风轮转动相当慢。

比较简单的风力发电机是采用固定速度的。

通常采用两个不同的速度-在弱风下用低速和在强风下用高速。

这些定速风电机的感应式异步发电机能够直接发产生电网频率的交流电。

比较新型的设计一般是可变速的（比如Vestas公司的V52-850千瓦风电机转速为每分钟14转到每分钟31.4转）。

利用可变速操作，风轮的空气动力效率可以得到改善，从而提取更多的能量，而且在弱风情况下噪音更低。

因此，变速的风电机设计比起定速风电机，越来越受欢迎。

机舱上安装的感测器探测风向，透过转向机械装置令机舱和风轮自动转向，面向来风。

风轮的旋转运动通过齿轮变速箱传送到机舱内的发电机（如果没有齿轮变速箱则直接传送到发电机）。

在风电工业中，配有变速箱的风力发电机是很普遍的。

不过，为风电机而设计的多极直接驱动式发电机，也有显著的发展。

设於塔底的变压器（或者有些设於机舱内）可提升发电机的电压到配电网电压（香港的情况为11千伏）。

所有风力发电机的功率输出是随著风力而变的。

强风下最常见的两种限制功率输出的方法（从而限制风轮所承受压力）是失速调节和斜角调节。

使用失速调节的风电机，超过额定风速的强风会导致通过业片的气流产生扰流，令风轮失速。

当风力过强时，业片尾部制动装置会动作，令风轮车。

使用斜角调节的风电机，每片叶片能够以纵向为轴而旋转，叶片角度随著风速不同而转变，从而改变风轮的空气动力性能。

当风力过强时，叶片转动至迎气边缘面向来风，从而令风轮车。

叶片中嵌入了避雷条，当叶片遭到雷击时，可将闪电中的电流引导到地下去。

上图：

VestasV52-850千瓦风力发电机机舱内的组成部份（来源：

Vestas）

3）风力发电机的功率曲线

在风速很低的时候，风电机风轮会保持不动。

当到达切入风速时（通常每秒3到4米），风轮开始旋转并牵引发电机开始发电。

随著风力越来越强，输出功率会增加。

当风速达到额定风速时，风电机会输出其额定功率。

之後输出功率会保留大致不变。

当风速进一步增加，达到切出风速的时候，风电机会车，不再输出功率，为免受损。

风力发电机的性能可以用功率曲线来表达。

功率曲线是用作显示在不同风速下（切入风速到切出风速）风电机的输出功率。

上图：

V52-850千瓦风力发电机於不同噪音级别下的工作曲线（噪音级别可透过改变风力发电机的转速而改变）（来源：

Vestas）

为特定地点选取合适的风力发电机，一般方法是采用风电机的功率曲线和该地点的风力资料以进行产电量估算。

。

（在大型风力发电机-资源潜力部分有更多相关资讯）4）风力发电机的额定输出功率

风力发电机的额定输出功率是配合特定的额定风速设而定的。

由於能量与风速的立方成正比，因此，风力发电机的功率会随风速变化会很大。

同样构造和风轮直径的风电机可以配以不同大小的发电机。

因此两座同样构造和风轮直径的风电机可能有相当不同的额定输出功率值，这取决於它的设计是配合强风地带（配较大型发电机）或弱风地带（配较小型发电机）。

5）风力发电机的主要种类

横轴风力发电机和竖轴风力发电机

根据叶片固定轴的方位，风力发电机可以分为横轴和竖轴两类。

横轴式风电机工作时转轴方向与风向一致，竖轴式风电机转轴方向与风向成直角。

横轴式风电机通常需要不停地变向以保持与风向一致。

而竖轴式风电机则不必如此，因为它可以收集不同来向的风能。

横轴式风电机在世界上占主流位置。

逆风风力发电机和顺风风力发电机

逆风风电机是一种风轮面向来风的横轴式风电机。

而对於顺风风电机，来风是从风轮的背後吹来。

大多数的风力发电机是逆风式的。

单叶片、双叶片和三叶片风力发电机

叶片的数目由很多因素决定，其中包括空气动力效率、复杂度、成本、噪音、美学要求等等。

大型风力发电机可由1、2或者3片叶片构成。

叶片较少的风力发电机通常需要更高的转速以提取风中的能量，因此噪音比较大。

而如果叶片太多，它们之间会相互作用而降低系统效率。

目前3叶片风电机是主流。

从美学角度上看，3叶片的风电机看上去较为平衡和美观。

6）岸上风电场

岸上风电系统可以是仅有一台风电机，或者由多台风电机器线性排列或方阵排列形成风电场。

风电场的风力发电机相互之间需要有足够的距离，以免造成过强的湍流相互影响，或由於"尾流效应"而严重减低後排风电机的功率输出。

为了配合运送大型设备（特别是叶片）到安装现场，须要建设道路。

另外亦须要建设输电线，把风电场的输出连接到电网接入点。

7）世界各地的风力发电装置

到202*年底，世界总风力发电装机容量达58千兆瓦。

德国、西班牙、美国、印度和丹麦是以风力发电装机容量来算前几名的国家。

在丹麦，风能发电提供该国总用电量的20％。

香港第一台大型风力发电机是由香港电灯集团於202*年末安装在南丫岛上，并於202*年二月正式启用。

该机额定输出功率为800千瓦。

以上详细的介绍了风力发电机工作原理及相关风力发电机知识，如果想了解更多关于风力发电原理知识，请关注风力发电网其它内容。

友情提示：

本文中关于《风力发电机工作原理及原理图》给出的范例仅供您参考拓展思维使用，风力发电机工作原理及原理图：

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