风力发电机

风力发电机

风力发电机从结构上可分为两类

其一是水平轴风力机，叶片安装在水平轴上，叶片接受风能转动去驱动所要驱动的机械。水平轴风力机分多叶片低速风力机和1-3个叶片的高速风力机。

其二是垂直轴风力机，风轮轴是垂直布置的，叶片带动风轮轴转动再驱动所要驱动的机械。

水平轴风力发电机的结构

水平轴风力发电机是目前世界各国风力发电机最为成功的一种形式，而生产垂直轴风力发电机的国家很少，主要原因是垂直轴风力发电机效率低、需启动设备，同时还有些技术问题尚待解决。

水平轴风力发电机主要由风轮、风轮轴、低速联轴器、增速器、高速轴联轴器、发电机、塔架、调速装置、调向装置、制动器等组成。

1 风轮

叶片安装在轮毂上称作风轮，它包括叶片、轮毂等。风轮是风力发电机接受风能的部件。现代的风力发电机的叶片数，常为1--4枚叶片，常用的是2枚或3枚叶片。由于叶片是风力发电机接受风能的部件，所以叶片的扭曲、翼型的各种参数及叶片结构都直接影响叶片接受风能的效率和叶片的寿命。

叶片尖端在风轮转动中所形成圆的直径称风轮直径，亦称叶片直径。

2．增速器

由于风轮的转速低而发电机转速高，为匹配发电机，要在低速的风轮轴与高速的发电机轴之间接一个增速器：增速器就是一个使转速提高的变速器。增速器的增速比i是发电机额定转数nd与风轮额定转数n的比，即j＝nd／n。

3. 联轴器

增速器与发电机之间用联轴器连接，为了减少占地空间，往往联轴器与制动器设计在一起。风轮轴与增速器之间也有用联轴器的，称低速联铀器。

4．制动器

制动器是使风力发电机停止运转的装置，也称刹车。制动器有手制动器、电磁制动器和液压制动器。当采用电磁制动器时，需有外电源；当采用液压制动器时，院需外电源外，还需泵站、电磁阀、液压油缸及管路等。

5．发电机

叶片接受风能而转动最终传给发电机，发电机是将风能最终转变成电能的设备。

6. 塔架

塔架是支撑风力发电机的支架。塔架有钢架结构的，有圆锥型钢管和钢筋混凝土的等三种形式。同时塔架又分为硬塔，柔塔，甚柔塔。硬塔的固有频率大于kn，其k为叶片数．n为风轮转数；柔塔的固有频率在kn和n之间；甚柔塔的固有频率小于n。为防止钢制塔架生锈，往往对钢制塔架热镀锌。

7. 调速装置

风速是变化的，风轮的转速也会随风速的变化而变化。为了使风轮运转在所需要的额定转速下的装置称为调速装置。

当风速超过停机风速时，调速装置会使风力发电机停机。调速装置只在额定风速以上时调速。

8. 调向装置

调向装置就是使风轮正常运转时一直使风轮对准风向的装置。风力发电机的调向有很多种形式。

空气动力学

Bladed 提供的叶轮空气动力学模型是基于著名的叶素理论和动量理论[2.1]的组合。这种理论的两个主要扩展功能在本软件中作为选项提供以处理空气动力学不稳定特性，第一种扩展功能用于处理尾涡的动态特性，第二种扩展功能是通过应用失速延迟模型提供动态失速的表示法。

以下各节给出了Bladed 中所提供的叶轮空气动力学处理方法的各个方面的理论背景。

2.1叶素理论和动量理论的组合

Bladed 所提供的空气动力学模型的核心是叶素理论和动量理论的组合，叶轮空气动力学的这种处理特点描述如下：

2.1.1致动圆盘模型

为有助于叶素和动量理论合成的理解，最初通常将叶轮视为一个‘致动圆盘’，虽然这个模型过于简化，但却有助于理解叶轮的空气动力学。

风通过叶轮扫掠表面时，在叶轮前后产生静态压差，风力机因此而吸收能量。当气流接近叶轮时，其速度逐渐降低，静态压力增大。在通过叶轮平面时静压降低，导致叶轮后面的气压低于大气压力。随着空气继续流向下游，压力要上升到大气压力，就使风速进一步降低。因此风轮前后风的动能有一个差值，这其中的一部分被风力机转变成机械能。

在上述过程的致动圆盘模型中，叶轮盘面上的风速Ud 与上游风速Uo 的关系为：

显然叶轮盘面上风速的降低值取决于a的大小，a称为轴向诱导因子或入流因子。

应用伯努利方程，并假设气流是均匀的和不可压缩的，则叶轮吸收的功率P 可表示为：

这里为空气密度，A 为叶轮扫风面积。

同样可推导出作用在叶轮上推力T ：

无量纲的功率系数CP 和推力系数CT 分别为：

当a 为1 /3 时，功率系数CP 具有最大值且等于16/27 ，即贝兹极限。

当a 为1 /2时，推力系数CT 具有最大值1。

2.1.2尾涡旋

以上用到的致动圆盘原理在估算从风中吸收的能量时没有把叶轮所吸收的能量视为叶轮力矩Q 与角速度的乘积。由于叶轮在吸收力矩的同时必然要对风施加一个等值反向的力矩，因而导致气流的切向流动。切向流动速度的变化用切向诱导因子a’表示，叶轮盘面上游切向流动速度为0，叶轮盘面上半径r 处的切向速度是ra’，下游远处切向速度是2ra’。因为切向速度的产生是叶片力矩的反作用，因此其速度方向与叶片运动方向相反。

叶轮所产生的力矩等于角动量的变化率，并可求得为：

2.1.3叶素理论

叶素理论和动量理论的组合是上述致动圆盘理论的扩展。把叶轮叶片分成很多叶素，上述理论不是用于整个叶轮圆盘，而是用于由每个叶素扫掠成的一系列环形，并假设它们的作用与单个圆盘的相同。在每个径向位置，轴向动量和角动量的变化率与单个叶素所产生的推力和力矩相同。

半径r 处长度为dr 的叶素产生的推力dT 为：

这里W 为叶素处相对风速矢量的大小，是入流角，定义为相对风速矢量与叶片旋转面的夹角，c 是叶素的弦长，CL 和CD 分别是升力系数和阻力系数。

对一种翼型来说，升力和阻力系数定义为：

和

这里L 和 D 是升力和阻力，S 是翼型的平面形状面积，V 是相对于翼剖面的风速。

半径r 处长度为dr 的叶素产生的力矩dQ 为：

为了求出适合于特定叶素径向位置的的轴向和切向流动诱导因子，把该叶素所产生的推力和力矩视为等同于穿过这个叶素所扫掠的环形面的轴向和角向动量变化率，应用类似于上述 2.1.1 和2.1.2 节中由致动圆盘得到的对轴向和角向动量的表述，环向诱导因子可表示为：

和

其中

及

这里B 是叶片数，F 是考虑叶尖和轮毂损失的因子，参见2.1.4节。

参数H 定义如下：

若

若

在轴向诱导因子a 大于0.5的情况下，叶轮受重载，并运行在所谓的“扰动尾流状态”。在这种情况下，2.1.1 节中的致动圆盘理论就不适用了，所得出的推力系数表达式：

必须用以下经验公式替换：

Bladed 中叶素理论的实现是基于这样的策略，即当a 的值大于0.3539 并超过0.5就转用经验模型。这种策略使得在两种流动状态的模型转换更平缓。

上述有关a 和a’的方程只能迭代求解。其过程是先假设a 和a’的初始估计值，参数g1 和g2 作为a 和a’的函数可以计算出来，然后利用上述方程去更新a 和a’的值，这个过程一直持续到a 和a’收敛，在Bladed 中收敛假定为当：

和

这里tol 是用户指定的空气动力容许偏差。

2.1.4叶尖和轮毂损失模型

风机叶轮的尾涡是由每个叶片所形成的旋涡状螺旋层所构成的，因此在叶轮圆盘某个固定点的诱导速度随时间不是定值，而是在每个叶片通过时就发生波动。这种螺旋层的螺距越大，叶片数目越少，诱导速度波动的幅值就越大。总体影响是减少了净动量的变化量，因而吸收的功率也下降了。如果诱导因子a 定义为一个叶片通过叶轮圆盘上某一给定点瞬时的值，那么该点经历一转的行程的平均诱导因子就是aFt ，其中Ft 是一个小于1的系数。

与飞机翼尖处的情形相同，由于尾涡的影响，在叶尖处的环量减为零。因此在叶尖处因子Ft 变为零。由于类似于飞机机翼，其损失是由翼尖拖曳的涡流引起的，所以Ft 称为叶尖损失因子。

Prandtl [2.2] 在螺旋推进器理论中提出了一种处理这种影响的方法。他推论, 在远处的尾涡中，螺旋涡流层可能由若干实体圆盘取代，其螺距是固定的且与涡流层相继旋转之间的正常间隔相同，并以尾涡的速度向下游移动。

尾涡外边的流速是自然气流的速度值，因而要比圆盘的速度更快。在圆盘的边缘，快速流动的自然气流迂回流动在边缘内外，因此使得圆盘之间的平均轴向速度要比圆盘本身的高，从而模拟动量变化中的减少量。

因子Ft 可以表示成闭合解的形式：

其中s 是距叶片尖端径向位置的距离，而d 是相继螺旋层之间的距离。

叶片根部也出现类似的损失。象在叶尖一样，叶根处的边界环量必定降为0，因此涡流一定被拖曳进尾涡中。所以计算单独轮毂损失因子Fh ，那么叶片任何位置处的有效总损失因子便是两者的乘积：

象在以上2.1.3节中说明的一样，合成的叶尖和轮毂损失因子被合并在叶素理论的方程中。

2.2 尾涡模型

2.2.1 均衡尾涡

叶素理论用于风力机特性的时域动力学模拟传统上是基于这样的假设，尾涡对叶片受载的变化反应是同时的。这种称之为均衡尾涡模型的处理方式中包括复算每个叶片中每个叶素上的和动力学模拟的每个时间步长中的轴向和切向诱导因子。基于这样的处理，所求出的沿着每个叶片的诱导速度是针对特定流动条件和每个叶片的每个叶素所经历的加载过程的瞬时解。

显然，在叶素理论的这种解释中，在特定叶素上的轴向和切向诱导速度将随时间而变化并且在叶素的扫掠面内也不是常数。

叶素理论的均衡尾涡处理是这里描述的三种处理方式中对计算要求最苛刻的。

2.2.2 冻结尾涡

在冻结尾涡模型中，是将叶素理论用于一种均匀风场来计算轴向和切向诱导速度的，该均匀风场中的风速为模拟风况下平均轮毂高度处的风速。因而这种根据平均、均匀的气流条件计算出的诱导速度被假设为固定的，或说相对时间而言是冻结的。这种诱导速度沿着叶片从一个叶素到另一个叶素是变化的，而在又叶素扫出的环面内却是常数。结果每个叶片都经历同样的诱导流动的径向分布状态。

重要的是要注意到在时间上冻结的是轴向和切向诱导速度aUo 和a’r 而不是它们的诱导因子a 和a’。

2.2.3 动力学尾涡

如上所述，均衡尾涡模型假设尾涡因此连同诱导速度流场对叶片受载的变化即刻就有反应。另一方面，冻结尾涡模型假设诱导流场完全独立于有关风况和叶片受载的变化。严格说来，在现实中这些处理方式都不恰当。叶片受载的变化会改变被拖曳进叶轮尾涡中的涡旋状态，而这些变化的全部影响需用一定的时间来改变诱导流场。与这个过程有关的动态特性通常被称之为“动力入流”。

动力入流的研究始于近40年前的直升机范畴内。简要地说，该理论提供了一种手段来描述受载叶轮上诱导流场的动力相关性。Bladed中运用的动力入流模型是基于Pitt 和Peters [2.3]的工作，在直升机领域，他们的工作已被得到了公认，如可参见Gaonkar 等人的文章[2.4]。

Pitt 和Peters 模型最初是针对一个假设的致动圆盘提出的，该假设是关于穿过圆盘的入流分布。在Bladed 中该模型被用在叶

素或致动环形平面上，因为这样就消除了任何关于穿过圆盘的入流分布的假设。

对于一个由半径R1 和R2界定，经受速度为风速Uo的均匀轴向流的叶素来说，其单元推力dT可表示为：

其中m 是通过环面的质量流，mA 是作用在其上的视在质量，而a 为轴向诱导因子。

通过环面单元的质量流由下式给出：

其中dA 是环面的截面积。

对于半径为R的圆盘，其视在质量由势能理论近似地给出（Tuckerman, [2.5]）:

因此，和环面相关的推力系数可以导出如下：

这个微分方程因此可以用来替换叶素和动量理论方程以计算轴向入流。对时间步长积分这个方程就得到了每个叶片上每个叶素的入流与时间相关的值。用通常的方式便求得切向入流，并且切向入流随与时间相关的轴向值而定。显然，这个方程把时间延迟引入到依赖于径向位置的入流计算。

这样计算的每个叶素的时间延迟的值很可能会稍微低估动力入流的影响，因为对每个叶素未考虑其尾涡的三维特性或叶尖旋涡可能的主要影响而单独进行处理。然而，这种处理却和叶素理论是一致的并且提供了一种简单、计算开销不大而又相当可靠的叶轮尾涡的动力学建模与诱导速度流场建模方法

2.3 稳态失速

人们对运转中的风离机叶片失速的表示方式，甚至从某种程度上来讲，对它的一般理解还很贫乏。考虑到失速调节在风能工业中的重要性，这算是一种异常情况。

由于附加流场的三维性，在叶片内侧的失速延迟已通过模型和全比例的测量而普遍地认可。为了纠正二维翼型数据以考虑失速延迟，人们已经建立起许多半经验性的模型[2.6, 2.7] 。尽管这样的模型用来调节叶轮失速的设计分析，但目前它们在各式各样的翼型截面和叶轮构型上的有效应用却相当缺乏。因此Bladed 用这些模型修改翼型数据来处理失速延迟，但是用户显然能够应用任何他信任的翼型数据的修正方式，因为无论哪种方式都要适当优先于他向程序输入。

2.4动态失速

失速及其后果对大多数空气动力装置的设计与运行从根本上来说都是重要的。多数常规的航空应用是通过在所用任一翼型的静态失速角之下适当地操作来避免失速的。然而直升机和失速调节型风力机却是在至少部分叶片失速的状况下运行的。甚至失速调节型风力机在高风速时还依靠翼型的失速性能来限制叶轮的最大功率输出。

某种程度的不稳定性总是伴随着流过大攻角翼型上的紊流。经历着不稳定运动的升力表面的失速要比静态失速更为复杂。

在一个其倾角迅速增加的振荡翼型上，失速的发生可以延迟到倾角大大超过静态失速角。然而，当动态失速未出现时，这种情况比静态失速更为剧烈。伴随而来的空气动力与扭矩相对于瞬时攻角显得严重滞后，尤其是振动的平均角接近静态失速角时。这与准静态情况形成鲜明的对照，对后者流场迅速而唯一地对倾角的每种变化作出调整。

人们已经研究出了众多预测翼型断面的动态失速的方法，但主要是用于直升机工业。

用以包括翼型的非稳态性能的模型是归因于Beddoes [2.8]。Beddoes 模型的研制是用于直升机水平旋翼的性能计算并已公式化多年，尤其在直升机水平旋翼翼型断面的的风洞测试方面。它已经被Harris [2.9] 和Galbraith 等人[2.10]成功地用在水平轴风力机性能预测上。

Bladed 中使用的模型是改进的Beddoes模型的，它已由几种失速调节型风力机的测试所证实。该模型应用了在[2.8]中描述的方法的下列原理来计算非稳定升力系数。

?附着流建模的直属响应函数

?尾迹边缘分离与旋涡升力建模的时间延迟Kirchoff 公式

已经发现前导边缘分离模型不合适用于水平轴风力机，在该机型中，由于渐次尾迹边缘失速，占主导地位的是翼型特征。

在Bladed中实现的模型内部，尾迹边缘分离发展中的时间延迟是一个用户定义的参数。这个时间延迟包含压力分布和边界层对时变攻角响应的延迟。该时间延迟的大小直接与升力系数中的滞后程度有关。

用准稳定的输入数据以及有效的非稳定攻角来计算阻力矩和俯仰力矩系数，其中的非稳定攻角是在升力系数的计算中确定的。

3.结构动力学

在风力机产业的早期阶段，其设计是依据准静态空气动力学计算方法，对于结构动力学，要么完全忽略，要么采用估计的动力学放大系数。从70年代后期开始，在研究工作中开始考虑更可靠的动态分析方法，主要的方法有两个：有限元分析法和模态分析法。

标准的、商业化的有限元分析软件的传统应用是用于处理结构动力学问题，然而用于风机是不适宜的。这是因为结构中一个部件的总位移，比如叶轮，与其它部件如塔架等有关。标准的有限元分析软件只能用于分析这样的结构问题，其中的运动出现在一个中间的未位移位置的附近。正是因为这个原因，已经研制的风力机有限元模型专用于去解决这个问题。

大多用以作为设计计算基础的风力机动力学模型的形式包括一个模型表达式。这种借鉴于直升机行业的方法具有这样的主要优点，它以相对少的自由度提供了一台风力机的可靠的动力学表达方式。用来表达一台特定风力机模态的自由度数目及类型无疑将取决于该机器的构型与结构特性。

目前，主要因为涉及到有限元模型的应用将需要大量的计算机开销，在用于风力机设计分析的动力学建模范畴内该技术的状况直接地取决于有限自由度模态模型的应用。在Bladed中的风力机结构动力学的表达方式是基于模态模型。

尖速比对风力发电机发电效率的影响

尖速比对风力发电机发电效率的影响 摘要：本文采用实验和数值分析相结合的方法，针对影响风力发电机输出性能的尖速比因素进行研究，通过尖速比的变化对风力发电机的输出功率、电流、电压以及风能利用系数的影响分析，找到了尖速比对风力发电机的输出功率、电流、电压以及风能利用系数影响程度，为设计或制造提供参考。 关键词：风力发电机；尖速比；发电效率；影响 The influence of tip speed ratio on the wind turbine power generation efficiency GaoFeng，Inner Mongolia Energy Investment Group New Energy Co.，Ltd，010020 Abstract This paper adopts the method of combining experimental and numerical analysis，conducts the research in view of tip speed ratio influence factors of the wind generator output performance，by changing the tip speed ratio of wind turbine output power，current，voltage and the influence coefficient of utilization of wind energy analysis，found the tip speed ratio of wind generator output power，current and voltage and the wind energy utilization coefficient influence，provides the reference for the design and manufacturing. Key words：wind power generator；tip speed ratio；power efficiency；influence 引言 风能是可再生能源中发展最快的清洁能源，也是最具有大规模开发和商业化发展前景的发电方式。风力发电机组的规模化发展是风能利用的主要形式。风电场场址一般选在风力资源丰富的地区，主要是偏僻的山区以及东部沿海地区，场址地区环境条件十分恶劣，风速在大范围内随机发生变化，风电机组在一些地区还要时常受飓风的侵袭，会对风电机组产生很大的冲击。叶尖速比是用来表述风电机特性的一个十分重要的参数。它等于叶片顶端的速度（圆周速度）除以风接触叶片之前很远距离上的速度；叶片越长，或者叶片转速越快，同风速下的叶尖速比就越大。针对风轮与发电机的匹配性的研究也就是考虑小型风力发电机最优输出特性[1-3]。 本文采用400W永磁直驱小型风力发电机为实验对象，分析尖速比对风力发电机输出功率、电流、电压、风能利用系数的影响。 1.功率输出分析

风力发电机的分类

1,风力发电机按叶片分类。 按照风力发电机主轴的方向分类可分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。 （1）水平轴风力发电机：旋转轴与叶片垂直，一般与地面平行，旋转轴处于水平的风力发电机。水平轴风力发电机相对于垂直轴发电机的优点；叶片旋转空间大，转速高。适合于大型风力发电厂。水平轴风力发电机组的发展历史较长，已经完全达到工业化生产，结构简单，效率比垂直轴风力发电机组高。到目前为止，用于发电的风力发电机都为水平轴，还没有商业化的垂直轴的风力发电机组。 （2）垂直轴风力发电机：旋转轴与叶片平行，一般与地面吹垂直，旋转轴处于垂直的风力发电机。垂直轴风力发电机相对于水平轴发电机的优点在于；发电效率高，对风的转向没有要求，叶片转动空间小，抗风能力强（可抗12-14级台风），启动风速小维修保养简单。垂直轴与水平式的风力发电机对比，有两大优势：一、同等风速条件下垂直轴发电效率比水平式的要高，特别是低风速地区；二、在高风速地区，垂直轴风力发电机要比水平式的更加安全稳定；另外，国内外大量的案例证明，水平式的风力发电机在城市地区经常不转动，在北方、西北等高风速地区又经常容易出现风机折断、脱落等问题，伤及路上行人与车辆等危险事故。 按照桨叶数量分类可分为“单叶片”﹑“双叶片”﹑“三叶片”和“多叶片”型风机。 凡属轴流风扇的叶片数目往往是奇数设计。这是由于若采用偶数片形状对称的扇叶，不易调整平衡。还很容易使系统发生共振，倘叶片材质又无法抵抗振动产生的疲劳，将会使叶片或心轴发生断裂。因此设计多为轴心不对称的奇数片扇叶设计。对于轴心不对称的奇数片扇叶，这一原则普遍应用于大型风机以及包括部分直升机螺旋桨在内的各种扇叶设计中。包括家庭使用的电风扇都是3个叶片的，叶片形状是鸟翼型（设计术语），这样的叶片流量大，噪声低，符合流体力学原理。所以绝大多数风扇都是三片叶的。三片叶有较好的动平衡，不易产生振荡，减少轴承的磨损。降低维修成本。 按照风机接受风的方向分类，则有“上风向型”――叶轮正面迎着风向和“下风向型”――叶轮背顺着风向，两种类型。 上风向风机一般需要有某种调向装置来保持叶轮迎风。 而下风向风机则能够自动对准风向, 从而免除了调向装置。但对于下风向风机, 由于一部分空气通过塔架后再吹向叶轮, 这样, 塔架就干扰了流过叶片的气流而形成所谓塔影效应,使性能有所降低。 2,按照风力发电机的输出容量可将风力发电机分为小型，中型，大型，兆瓦级系列。 （1）小型风力发电机是指发电机容量为0.1~1kw的风力发电机。 （2）中型风力发电机是指发电机容量为1~100kw的风力发电机。 （3）大型风力发电机是指发电机容量为100~1000kw的风力发电机。 （4）兆瓦级风力发电机是指发电机容量为1000以上的风力发电机。 3,按功率调节方式分类。可分为定桨距时速调节型，变桨距型，主动失速型和 独立变桨型风力发电机。 （1）定桨距失速型风机；桨叶于轮毂固定连接，桨叶的迎风角度不随风速而变化。依靠桨叶的气动特性自动失速，即当风速大于额定风速时依靠叶片的失速特性保持输入功率基本恒定。

风力发电系统建模与仿真

风力发电系统建模与仿真 摘要：风力发电作为一种清洁的可再生能源利用方式，近年来在世界范围内获得了飞速的发展。本文基于风力机发电建立模型，主要完成了以下工作：（1）基于风资源特点，建立了以风频、风速模型为基础的风力发电理论基础； （2）运用叶素理论，建立了变桨距风力机机理模型； （3）分析了变速恒频风力发电机的运行区域与变桨距控制的原理与方法，并给出了机组的仿真模型，为风力发电软件仿真奠定了基础； （4）搭建了一套基于PSCAD/EMTDC仿真软件的风力发电系统控制模型以及完整的风力发电样例系统模型，并且已初步实现风力机特性模拟功能。 关键词：风力发电；风频；风速；风力机；变桨距；建模与仿真 1 风资源及风力发电的基本原理 1.1 风资源概述 （1）风能的基本情况[1] 风的形成乃是空气流动的结果。风向和风速是两个描述风的重要参数。风向是指风吹来的方向，如果风是从东方吹来就称为东风。风速是表示风移动的速度即单位时间内空气流动所经过的距离。 风速是指某一高度连续10min所测得各瞬时风速的平均值。一般以草地上空10m高处的10min内风速的平均值为参考。风玫瑰图是一个给定地点一段时间内的风向分布图。通过它可以得知当地的主导风向。 风能的特点主要有：能量密度低、不稳定性、分布不均匀、可再生、须在有风地带、无污染、分布广泛、可分散利用、另外不须能源运输、可和其它能源相互转换等。 （2）风能资源的估算 风能的大小实际就是气流流过的动能，因此可以推导出气流在单位时间内垂直流过单位截面积的风能，即风能密度，表示如下： 3 ω= (1-1) 5.0vρ 式中, ω——风能密度(2 W)，是描述一个地方风能潜力的最方便最有价值的量； /m ρ——空气密度(3 kg)； /m

风力发电机的组成部件其功用

风力发电机的组成部件及其功用 风力发电机是将风能转换成机械能，再把机械能转换成电能的机电设备。风力发电机通常由风轮、对风装置、调速装置、传动装置、发电机、塔架、停车机构等组成。下面将以水平轴升力型风力发电机为主介绍它的各主要组成部件及其工作情况。图3-3-4和3-3-5是小型和中大型风力发电机的结构示意图。 图3-3-4 小型风力发电机示意图 1—风轮2—发电机3—回转体4—调速机构5—调向机构6—手刹车机构7—塔架8—蓄电池9—控制/逆变器 图3-3-5 中大型风力发电机示意图 1—风轮；2—变速箱；3—发电机；4—机舱；5—塔架。 1 风轮 风轮是风力机最重要的部件，它是风力机区别于其它动力机的主要标志。其作用是捕捉和吸收风能，并将风能转变成机械能，由风轮轴将能量送给传动装置。

风轮一般由叶片（也称桨叶）、叶柄、轮毂及风轮轴等组成（见图3-3-6）。叶片横截面形状基本类型有3种（见图第二节的图3-2-3）：平板型、弧板型和流线型。风力发电机的叶片横截面的形状，接近于流线型；而风力提水机的叶片多采用弧板型，也有采用平板型的。图3-3-7所示为风力发电机叶片（横截面）的几种结构。 图3-3-6 风轮 1.叶片 2.叶柄 3.轮毂 4.风轮轴 图3-3-7 叶片结构 （a）、(b)—木制叶版剖面； (c)、(d)—钢纵梁玻璃纤维蒙片剖面； (e) —铝合金等弦长挤压成型叶片；(f)—玻璃钢叶片。 木制叶片（图中的a与b）常用于微、小型风力发电机上；而中、大型风力发电机的叶片常从图中的（c）→（f）选用。用铝合金挤压成型的叶片（图中之e），基于容易制造角度考虑，从叶根到叶尖一般是制成等弦长的。叶片的材质在不

风力发电机介绍

风能发电机 一风力机的分类 风力机按照风轮轴所在的位置分为：水平轴风力机HAWT (Horizontal-axis wind turbines)和垂直轴风力机V AWT (V ertical-axis wind turbines)，如图1所示。 图1 两种类型的风力机 这两种类型的风力机各有优缺点： 垂直轴风力机V AWT的优点有：(1) 无需偏航对风系统；(2) 设备在地面，安装维护方便；(3) 制造工艺简单，造价低。其缺点为：(1) 难以自启动；(2) 易失速；(3) 风能利用率低。 水平轴风力机HAWT的优点有：(1) 转轮相对较高；(2) 占地面积小；(3) 风能利用率高。其缺点为：(1) 叶片悬臂梁固定，受力大；(2) 设备安装在塔柱顶部，安装维护困难。 其中，水平轴风力机HAWT制作工艺成熟，风能利用率高而被广泛采用。 二风力机的构成 下面以水平轴风力机HAWT为例，介绍风力机的组成。 风力发电机主要由风轮（叶片和轮毂）、机舱、高速轴、低速轴、增速齿轮箱、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，如图2所示。 风力机的组成分为三部分： 1. 旋转部件主要为风轮，将风能转化为低速旋转的机械能。 2. 发电部件风力机的核心部件，包括发电机、调向装置、调速装置、高速轴、低 速轴、增速齿轮箱。通过增速齿轮箱将低速旋转变成合适的高速旋转。 3. 支撑部件包括塔架和旋转关节。

图2风力机的组成 三风力机的工作原理 风力发电是将风能转换为机械能，再由机械能转换为电能，所以，风力资源的好坏将是影响风力发电成本的最重要的因素。风速会随着高度的增加而变大，如图3所示。 图3 风速与高度的关系 风力发电机出力受风速变化的影响，图4是风机的典型出力曲线图。 图4 风力机的典型出力曲线

风力发电机原理及结构

风力发电机原理及结构 风力发电机是一种将风能转换为电能的能量转换装置，它包括风力机和发电机两大部分。空气流动的动能作用在风力机风轮上，从而推动风轮旋转起来，将空气动力能转变成风轮旋转机械能，风轮的轮毂固定在风力发电机的机轴上，通过传动系统驱动发电机轴及转子旋转，发电机将机械能变成电能输送给负荷或电力系统，这就是风力发电的工作过程。 1、风机基本结构特征 风力机主要有风轮、传动系统、对风装置（偏航系统）、液压系统、制动系统、控制与安全系统、机舱、塔架和基础等组成。 （1）风轮 风力机区别于其他机械的主要特征就是风轮。风轮一班有2~3个叶片和轮毂所组成，其功能是将风能转换为机械能。 风力发电厂的风力机通常有2片或3片叶片，叶尖速度50~70m/s，3也片叶轮通常能够提供最佳效率，然而2叶片叶轮及降低2%~3%效率。更多的人认为3叶片从审美的角度更令人满意。3叶片叶轮上的手里更平衡，轮毂可以简单些。 1）叶片叶片是用加强玻璃塑料（GRP）、木头和木板、碳纤维强化塑料（CFRP）、钢和铝职称的。对于小型的风力发电机，如叶轮直径小于5m，选择材料通常关心的是效率而

不是重量、硬度和叶片的其他特性，通常用整块优质木材加工制成，表面涂上保护漆，其根部与轮毂相接处使用良好的金属接头并用螺栓拧紧。对于大型风机，叶片特性通常较难满足，所以对材料的选择更为重要。 目前，叶片多为玻璃纤维增强负荷材料，基体材料为聚酯树脂或环氧树脂。环氧树脂比聚酯树脂强度高，材料疲劳特性好，且收缩变形小，聚酯材料较便宜它在固化时收缩大，在叶片的连接处可能存在潜在的危险，即由于收缩变形，在金属材料与玻璃钢之间坑能产生裂纹。 2）轮毂轮毂是风轮的枢纽，也是叶片根部与主轴的连接件。所有从叶片传来的力，都通过轮毂传到传动系统，在传到风力机驱动的对象。同时轮毂也是控制叶片桨距（使叶片作俯仰转动）的所在。 轮毂承受了风力作用在叶片上的推理、扭矩、弯矩及陀螺力矩。通常安装3片叶片的水平式风力机轮毂的形式为三角形和三通形。 轮毂可以是铸造结构，也可以采用焊接结构，其材料可以是铸钢，也可以采用高强度球墨铸铁。由于高强度球墨铸铁具有不可替代性，如铸造性能好、容易铸成、减振性能好、应力集中敏感性低、成本低等，风力发电机组中大量采用高强度球墨铸铁作为轮毂的材料。 轮毂的常用形式主要有刚性轮毂和铰链式轮毂（柔性轮毂

风力机的基本参数与理论

风力发电机风轮系统 2.1.1 风力机空气动力学的基本概念 1、风力机空气动力学的几何定义 （1）翼型的几何参数 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 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x f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x t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。 7）中弧线 翼型内切圆圆心的连线。对称翼型的中弧线与翼弦重合。 8）上翼面凸出的翼型表面。 9）下翼面平缓的翼型表面。 （2）风轮的几何参数 1）风力发电机的扫风面积 风轮旋转扫过的面积在垂直于风向的投影面积是风力机截留风能的面积，称为风力机的扫掠面积，下图是一个三叶片水平轴风力机的扫掠面积示意图。 下图是一个四叶片的H型升力垂直轴风力发电机的扫掠面积示意图。 根据前面两表可由所需发电功率估算出风力机所需的扫风面积，例如200W的升力型垂直轴风力发电机工作风速为6m/s，全效率按25%计算所需扫风面积约为6.2m2,如果工作风速为10m/s则所需扫风面积约为1.4m2即可；例如10kW的升力型垂直轴风力发电机工作风速为10m/s，全效率按30%计算所需扫风面积约为56m2,如果工作风速为13m/s则所需扫风面积约为25m2即可。按高风速设计的风力机体积小成本相对低些，但必须用在高风速环境，例如把一台设计风速为10m/s的风力机放在风速为6m/s的环境工作，其功率会下降80%；按风速

风力发电机控制原理

风力发电机控制原理 本文综述了风力发电机组的电气控制。在介绍风力涡轮机特性的基础上介绍了双馈异步发电系统和永磁同步全馈发电系统，具体介绍了双馈异步发电系统的运行过程，最后简单介绍了风力发电系统的一些辅助控制系统。 关键词：风力涡轮机；双馈异步；永磁同步发电系统 概述： 经过20年的发展风力发电系统已经从基本单一的定桨距失速控制发展到全桨叶变距和变速恒频控制，目前主要的两种控制方式是：双馈异步变桨变速恒频控制方式和低速永磁同步变桨变速恒频控制方式。 在讲述风力发电控制系统之前，我们需要了解风力涡轮机输出功率与风速和转速的关系。 风力涡轮机特性： 1，风能利用系数Cp 风力涡轮从自然风能中吸取能量的大小程度用风能利用系数Cp表示： P---风力涡轮实际获得的轴功率 r---空气密度 S---风轮的扫风面积 V---上游风速 根据贝兹（Betz）理论可以推得风力涡轮机的理论最大效率为：Cpmax=0.593。 2，叶尖速比l 为了表示风轮在不同风速中的状态，用叶片的叶尖圆周速度与风速之比来衡量，称为叶尖速比l。 n---风轮的转速 w---风轮叫角频率 R---风轮半径 V---上游风速 在桨叶倾角b固定为最小值条件下，输出功率P/Pn与涡轮机转速N/Nn的关系如图1所示。从图1中看，对应于每个风速的曲线，都有一个最大输出功率点，风速越高，最大值点对应得转速越高。如故能随风速变化改变转速，使得在所有风速下都工作于最大工作点，则发出电能最多，否则发电效能将降低。

涡轮机转速、输出功率还与桨叶倾角b有关，关系曲线见图2 。图中横坐标为桨叶尖速度比，纵坐标为输出功率系统Cp。在图2 中，每个倾角对应于一条Cp=f(l)曲线，倾角越大，曲线越靠左下方。每条曲线都有一个上升段和下降段，其中下降段是稳定工作段（若风速和倾角不变，受扰动后转速增加，l加大，Cp减小，涡轮机输出机械功率和转矩减小，转子减速，返回稳定点。）它是工作区段。在工作区段中，倾角越大，l和Cp越小。 3，变速发电的控制 变速发电不是根据风速信号控制功率和转速，而是根据转速信号控制，因为风速信号扰动大，而转速信号较平稳和准确（机组惯量大）。 三段控制要求： 低风速段Ｎ＜Ｎｎ，按输出功率最大功率要求进行变速控制。联接不同风速下涡轮机功率－转速曲线的最大值点，得到ＰＴＡＲＧＥＴ＝ｆ（ｎ）关系，把ＰＴＡＲＧＥＴ作为变频器的给定量，通过控制电机的输出力矩，使风力发电实际输出功率Ｐ＝ＰＴＡＲＧＥＴ。图３是风速变化时的调速过程示意图。设开始工作与Ａ２点，风速增大至Ｖ２后，由于惯性影响，转速还没来得及变化，工作点从Ａ２移至Ａ１，这时涡轮机产生的机械功率大于电机发出的电功率，机组加速，沿对应于Ｖ２的曲线向Ａ３移动，最后稳定于Ａ３点，风速减小至Ｖ３时的转速下降过程也类似，将沿Ｂ２－Ｂ１－Ｂ３轨迹运动。 中风速段为过渡区段，电机转速已达额定值Ｎ＝Ｎｎ，而功率尚未达到额定值Ｐ＜Ｐｎ。倾角控制器投入工作，风速增加时，控制器限制转速升，而功率则随着风速增加上升，直至Ｐ＝Ｐｎ。 高风速段为功率和转速均被限制区段Ｎ＝Ｎｎ／Ｐ＝Ｐｎ，风速增加时，转速靠倾角控制器限制，功率靠变频器限制（限制ＰＴＡＲＧＥＴ值）。 ４，双馈异步风力发电控制系统 双馈异步风力发电系统的示意见图４，绕线异步电动机的定子直接连接电网，转子经四象限ＩＧＢＴ电压型交－直－交变频器接电网。 转子电压和频率比例于电机转差率，随着转速变化而变化，变频器把转差频率的转差功率变为恒压、恒频（５０ＨＺ）的转差功率，送至电网。由图４可知： Ｐ＝ＰＳ－ＰＲ；ＰＲ＝ＳＰＳ；Ｐ＝（１－Ｓ）ＰＳ Ｐ是送至电网总功率；ＰＳ和ＰＲ分别是定子和转子功率 转速高于同步速时，转差率Ｓ＜０，转差功率流出转子，经变频器送至电网，电网收到的功率为定、转子功率之和，大于定子功率；转速低于同步转速食，Ｓ＞０，转差功率从电网，

风力发电系统有哪些设备组成

二、风力发电系统有哪些设备组成 2.1 基本原理和部件组成如下： 大部分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。图中的黄色带子比红色带子，被吹得更加指向风电机的背部。这是显而易见的，因为叶片末端的转速是撞击风电机前部的风速的八倍。 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。 2.2 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。机舱左端是风电机转子，即转子叶片及轴。 转子叶片：捉获风，并将风力传送到转子轴心。现代600千瓦风电机上，每个转子叶片的测量长度大约为20米，而且被设计得很象飞机的机翼。 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齿轮箱连接在一起。在现代600千瓦风电机上，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：齿轮箱左边是低速轴，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1500转每分钟运转，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：通常被称为感应电机或异步发电机。在现代风电机上，最大电力输出通常为500至1500千瓦。

偏航装置：借助电动机转动机舱，以使转子正对着风。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感觉风向。图中显示了风电机偏航。通常，在风改变其方向时，风电机一次只会偏转几度。 电子控制器：包含一台不断监控风电机状态的计算机，并控制偏航装置。为防止任何故障（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，并通过电话调制解调器来呼叫风电机操作员。 液压系统：用于重置风电机的空气动力闸。 冷却元件：包含一个风扇，用于冷却发电机。此外，它包含一个油冷却元件，用于冷却齿轮箱内的油。一些风电机具有水冷发电机。 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。现代600千瓦风汽轮机的塔高为40至60米。它可以为管状的塔，也可以是格子状的塔。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比较便宜。 风速计及风向标：用于测量风速及风向。 蓄电池：是发电系统中的一个非常重要的部件,多采用汽车用铅酸电瓶，近年来国内有些厂家也开发出了适用于风能太阳能应用的专用铅酸蓄电池。也有选用镉镍碱性蓄电池的，但价格较贵。 控制器和逆变器：风力机控制器的功能是控制和显示风力机对蓄电池的充电，以保证蓄电池不至于过充和过放，以保证蓄电池的正常使用和整个系统的可靠工作。目前风力机控制器一般都附带一个耗能负载，它的作用是在蓄电池瓶已充满,外部负荷很小时来吸纳风力机发出的电能。 逆变器：逆变器是把直流电(12V、24V、36V、48V)变成220V交流电的装置，因为目前市场上很多用电器是220V供电的，因此这一装置在很多应用场合是必须的。 2.3 风电机发电机 风电机发电机将机械能转化为电能。风电机上的发电机与你通常看到的，电网上的发电设备相比，有点不同。原因是，发电机需要在波动的机械能条件下运转。 2.3.1 输出电压

风力发电机的控制方式综述

风力发电机及风力发电控制技术综述 摘要：本文分析比较了各种风力发电机的优缺点，介绍了相关风力发电控制技术，风力发 电系统中的应用，最后对未来风力发电机和风力发电控制技术作了展望。 关键词：风力发电机电力系统控制技术 Overview of Wind Power Generators and the Control Technologies SU Chen-chen Abstract:This paper analyzes the advantages and disadvantages of the various wind turbine control technology of wind power, wind power generation system, and finally prospected the future control of wind turbines and wind power technology. 1 引言 在能源短缺和环境趋向恶化的今天，风能作为一种可再生清洁能源，日益为世界各国所重视和开发。由于风能开发有着巨大的经济、社会、环保价值和发展前景，近20年来风电技术有了巨大的进步，风电开发在各种能源开发中增速最快。德国、西班牙、丹麦、美国等欧美国家在风力发电理论与技术研发方面起步较早，因而目前处于世界领先地位。与风电发达国家相比，中国在风力发电机制造技术和风力发电控制技术方面存在较大差距，目前国内只掌握了定桨距风机的制造技术和刚刚投入应用的兆瓦级永磁直驱同步发电机技术，在风机的大型化、变桨距控制、主动失速控制、变速恒频等先进风电技术方面还有待进一步研究和应用[1]。发电机是风力发电机组中将风能转化为电能的重要装置，它不仅直接影响输出电能的质量和效率，也影响整个风电转换系统的性能和装置结构的复杂性。风能是低密度能源，具有不稳定和随机性特点，控制技术是风力机安全高效运行的关键，因此研制适合于风电转换、运行可靠、效率高、控制且供电性能良好的发电机系统和先进的控制技术是风力发电推广应用的关键。本文分析比较了各种风力发电机的优缺点，介绍了相关风力发电控制技术，风力发电系统中的应用，最后对未来风力发电机和风力发电控制技术作了展望。 2 风力发电机 2.1 风电机组控制系统概述 图1为风电机组控制系统示意图。系统本体由“空气动力学系统”、“发电机系统”、“变流系统”及其附属结构组成; 电控系统(总体控制)由“变桨控制”、“偏航控制”、“变流控制”等主模块组成(此外还有“通讯、监控、健康管理”等辅助模块)。各种控制及测量信号在机组本体系统与电控系统之间交互。“变桨控制系统”负责空气动力系统的“桨距”控制，其成本一般不超过整个机组价格5%，但对最大化风能转换、功率稳定输出及机组安全保护至关重要，因此是风机控制系统研究重点之一。“偏航控制系统”负责风轮自动对风及机舱自动解缆，一般分主动和被动两种偏航模式，而大型风电机组多采用主动偏航模式。“变 流控制系统”通常与变桨距系统配合运行，通过双向变流器对发电机进行矢量或直接转矩控制，独立调节有功功率和无功功率，实现变速恒频运行和最大(额定)功率控制。

(完整版)【速度收藏】风力发电机工作原理

风力发电机工作原理__图文 前言：由于环境污染，人类对大自然的过度开采，我们对无污染、可再生的能源越来越重视。风能就是这样一种无须燃料、无污染、可再生的能源。风力发电机作为把风能运用率较高的产品，受到世界各国的重视。为了让风力发电机更好的为人们服务，今天我们来研究一下风力发电机工作原理。 关键词：风力发电机，风力发电机工作原理，风力发电机结构 一、风力发电机结构 高 由电子控制器操作，电子控制器可以通过风向标来感觉风向。图中显示了风力发电机偏航。通常，在风改变其方向时，风力发电机一次只会偏转几度。 7、电子控制器：包含一台不断监控风力发电机状态的计算机，并控制偏航装置。为防止任何故障（即齿轮箱或发电机的过热），该控制器可以自动停止风力发电机的转动，并通过电话调制解调器来呼叫风力发电机操作员。 8、液压系统：用于重置风力发电机的空气动力闸。 9、冷却元件：包含一个风扇，用于冷却发电机。此外，它包含一个油冷却元件，用于冷却齿轮箱内的油。一些风力发电机具有水冷发电机。

10、塔：风力发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。现代600千瓦风汽轮机的塔高为40至60米。它可以为管状的塔，也可以是格子状的塔。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比较便宜。 11、风速计及风向标：用于测量风速及风向。 二、风力发电机原理 现代风力发电机采用空气学原理，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。 面向来风，从而令风轮刹车。 在风速很低的时候，风力发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。之后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，风电机会刹车，不再输出功率，为免受损。 青岛恒风风力发电机有限公司是一家专注研发、制造、销售为一体的科技型企业，公司始建于2004年，厂房占地面积5000 余平。公司主要生产150瓦至500千瓦的水平和垂直轴的中小型风力发电机组，风光互补供电系统，广泛应用于离网和并网型发电系统。生产中我们严格按照ISO9001国际标准生产管理体系，并拥有标准的生产线，自动包装流水线，严

风力发电机设计与研究综述

风力发电机设计与研究综述 在资源越来越贫乏的现代社会，工业化的迅速发展，使得人们对于电力资源的需求大大增加，对于资源的开发上是一个不小的压力。由此，现代社会努力寻找各种替代能源来缓解压力，而风能的利用开发就是新能源的一种，本文就将针对风力发电机设计理念进行详细的分析介绍，对其中蕴含的原理和知识进行综合论述，同时对未来风力发电的技术方向和研发方向进行分析预测，提出切实的建议。 标签：风力发电机；设计理念；未来前景 风力发电技术的发展其实不是特别久远，主要也是从国外发展而来的，而且这个技术的发展跟现代能源的开发也有关系，是生产力和生产资源的需要促使国外的集团机构进行资源开发技术上的研究，在技术上也是经过了几代人的磨炼探索，终于在对于新能源的资源利用上取得了突破。中国也在这样的背景下研制出来了风力发电机，事实上这是对风能转换成电力资源的完美利用。利用率高，并且不存在污染现象。但是在实际的运用中还是要分析一下风力发电机的工作情况，思考风力发电机设计原理的合理性和现实性，进行查漏补缺，实时抱有不断前进不断成长的学习态度。 一、风力发电机的设计概述 （一）了解风力发电的设计原理 风力发电实际上是对风能的有效利用，是对于风能的开发转换，而风力发电机就是针对这一需要进行技术支持的设备。它主要是利用风的流动对叶片产生的压力，促使内部轮轴进行转动，在经过不同的作用环节的催发下，生成最后所需要的电能资源。纵观一系列的作用环节，实际上主要就是一个从风能到机械能再到动能再到电能的转化过程。并且它的设计也是在原有传统能源利用的优缺点基础上进行的，吸取了原有的优势启发，但是在转换率和副作用上有了很大的改善，避免了很多原有能源开发可能会带来的问题，例如对环境的污染，对开采能源造成的地质破坏，对能源材料的集中运输难度等一系列问题，所以风力发电机绝对是一个较为科学且实际的合理设计。 （二）针对不同类型的不同设计 风力发电机是对于风能的采集利用，其实也存在类型上的不同，这也是针对电能的不同需求做出的改变。风力发电机大体上可以按照主轴方向和输出、功率调节形式和机械形式、发电机组几种区分标准进行分类，大大小小也是可以分为近十余种风力发电机的类型，这些有的是以发电目的为导向来进行输出功率大小的量比，有的是以内在结构的运作方式不同进行发电机类型的区分，其实这些类型都是基于现有技术和使用者的使用需求进行的设计生产，都是可以在不同环境不同使用期待下进行合理的风能向电能的转化的。风力发电机设计的更多类型也

风力发电机的分类

,风力发电机按叶片分类. 按照风力发电机主轴地方向分类可分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机. （）水平轴风力发电机：旋转轴与叶片垂直，一般与地面平行，旋转轴处于水平地风力发电机. 水平轴风力发电机相对于垂直轴发电机地优点；叶片旋转空间大，转速高.适合于大型风力发电厂.水平轴风力发电机组地发展历史较长，已经完全达到工业化生产，结构简单，效率比垂直轴风力发电机组高.到目前为止，用于发电地风力发电机都为水平轴，还没有商业化地垂直轴地风力发电机组. 资料个人收集整理，勿做商业用途 （）垂直轴风力发电机：旋转轴与叶片平行，一般与地面吹垂直，旋转轴处于垂直地风力发电机.垂直轴风力发电机相对于水平轴发电机地优点在于；发电效率高，对风地转向没有要求，叶片转动空间小，抗风能力强（可抗级台风），启动风速小维修保养简单. 垂直轴与水平式地风力发电机对比，有两大优势：一、同等风速条件下垂直轴发电效率比水平式地要高，特别是低风速地区；二、在高风速地区，垂直轴风力发电机要比水平式地更加安全稳定；另外，国内外大量地案例证明，水平式地风力发电机在城市地区经常不转动，在北方、西北等高风速地区又经常容易出现风机折断、脱落等问题，伤及路上行人与车辆等危险事故.资料个人收集整理，勿做商业用途 按照桨叶数量分类可分为“单叶片”﹑“双叶片”﹑“三叶片”和“多叶片”型风机. 凡属轴流风扇地叶片数目往往是奇数设计. 这是由于若采用偶数片形状对称地扇叶，不易调整平衡.还很容易使系统发生共振，倘叶片材质又无法抵抗振动产生地疲劳，将会使叶片或心轴发生断裂. 因此设计多为轴心不对称地奇数片扇叶设计.对于轴心不对称地奇数片扇叶，这一原则普遍应用于大型风机以及包括部分直升机螺旋桨在内地各种扇叶设计中.包括家庭使用地电风扇都是个叶片地，叶片形状是鸟翼型（设计术语），这样地叶片流量大，噪声低，符合流体力学原理.所以绝大多数风扇都是三片叶地.三片叶有较好地动平衡，不易产生振荡，减少轴承地磨损.降低维修成本.资料个人收集整理，勿做商业用途 按照风机接受风地方向分类，则有“上风向型”――叶轮正面迎着风向和“下风向型”――叶轮背顺着风向，两种类型.资料个人收集整理，勿做商业用途 上风向风机一般需要有某种调向装置来保持叶轮迎风. 而下风向风机则能够自动对准风向, 从而免除了调向装置.但对于下风向风机, 由于一部分空气通过塔架后再吹向叶轮, 这样, 塔架就干扰了流过叶片地气流而形成所谓塔影效应,使性能有所降低.资料个人收集整理，勿做商业用途 ,按照风力发电机地输出容量可将风力发电机分为小型，中型，大型，兆瓦级系列. （）小型风力发电机是指发电机容量为地风力发电机. （）中型风力发电机是指发电机容量为地风力发电机. （）大型风力发电机是指发电机容量为地风力发电机. 兆瓦级风力发电机是指发电机容量为以上地风力发电机. ,按功率调节方式分类.可分为定桨距时速调节型，变桨距型，主动失速型和独立变桨型风力发电机. （）定桨距失速型风机；桨叶于轮毂固定连接，桨叶地迎风角度不随风速而变化.依靠桨叶地气动特性自动失速，即当风速大于额定风速时依靠叶片地失速特性保持输入功率基本恒定.资料个人收集整理，勿做商业用途 （）变桨距调节：风速低于额定风速时，保证叶片在最佳攻角状态，以获得最大风能；当风速超过额定风速后，变桨系统减小叶片攻角，保证输出功率在额定范围内.资料个人收集整理，勿做商业用途 （）主动失速调节：风速低于额定风速时，控制系统根据风速分几级控制，控制精度低于变桨距控制；当风速超过额定风速后，变桨系统通过增加叶片攻角，使叶片“失速”，限制风轮吸收功率增加资料个人收集整理，勿做商业用途 （）独立变桨控制风力机：由于叶片尺寸较大，每个叶片有十几吨甚至几十吨，叶片运行在不同地位置，受力状况也是不同地故叶片中立对风轮力矩地影响也是不可忽略地.通过对三个叶片进行独立地控制，可以大大减小风力机叶片负载地波动及转矩地波动，进而减小传动机构与齿轮箱地疲劳度，减小塔架地震动，输出功率基本恒定在额定功率附近.资料个人收集整理，勿做商业用途

影响风力发电机出力的因素

影响风力发电机出力的因素 风力发电机在工作时由于受到环境或本身结构的影响，其功率会受到影响，目前大坝风场使用华锐3MW风机32台，现就一些影响风机出力的因素进行简单分析： 一、功率曲线与上网发电量 1、功率曲线反映了风力发电机组的功率特性，是衡量机组风能转换能力的指标之一，设备验收时功率曲线往往是被重点考核的对象。 下图为华锐3MW风机理论设计功率曲线 下图为风机实际功率曲线

从标准功率曲线与实际功率曲线对比可以看出，风机实际出力功率曲线与设计理论功率曲线趋近于相同（达到满发点有差异）。但实际风场中还有个别风机存在功率曲线异常情况，如下图所示：下图为风机异常功率曲线：

造成功率曲线异常有以下几点：一是华锐3MW远程监控系统数据记录错误或丢失。二是我风场由于受到功率限制，大风期部分风机风机停运。三是由于故障风机长时间停机，导致主控检测到的数据为零等。

2、因玉门地区发电量送出通道有限，导致我风场负荷受到严重限制，平常全厂出力为3万千瓦时左右（容量十万）,大风期我风场风机大部分不能满负荷发电。 二、风况及地理位置对风力发电机出力的影响 风力发电的原动力是不可控的，它是否处于发电状态以及出力的大小都决定于风速的状况，风速的不稳定性和间歇性决定了风电机组的出力也具有波动性和间歇性的特点。 1、目前我风场年平均风速为6.3m/s(以2013年为例，90m高度),设计之初年平均风速为7.86m/s（70m高度，出自大坝风场可研性报告），风场年平均风速有所下降。 2、目前我风场所处位置西南及南面均有山，成西高东低地理位置不理想，根据风场玫瑰图可以看出我风场主导风向为东风和西风，山对风的影响比较大。 3、因风场地理位置、环境等客观因素，风切变也是影响风机出力的不可抗力的原因之一。风切变，又称风切或风剪，是指风矢量(风向、风速)在空中水平和(或)垂直距离上的剧烈变化。现场风速及风向的剧烈变化，造成风机出力不稳定、偏航、变桨调整时间延长等，

风力发电系统及稳定性

风力发电系统及稳定性 2.1风力发电概述 风能是当今社会中最具竞争力，最有发展前景的一种可再生能源，将风能应用于发电（即风力发电）则是目前能源供应中发挥重要作用的一项新技术。研究风力发电技术对我国大型风力发电机组国产化及推动我国风力发电事业的不断发展有着重要意义。 与火力发电相比，风力发电有其自己的特点，具体表现在一下几个方面：1）：可再生的洁净资源。风力发电是一种可再生的洁净能源，不消耗资源，不污染环境，这是风力发电所无法比拟的优点。 2）：建设周期短。一个万千瓦级的风力发电场建设期不到一年。 3）：装机规模灵活。可根据资金情况决定一次装机规模，有一台的资金就可安装投产一台。 4）：可靠性高。把现代科技应用于风力发电机组可使风力发电可靠性大大提高。中大型风力发电机可靠性从20世纪80年代的50%提高到98%，高于火力发电，并且机组寿命可达20年。 5）造价低。从国外建成的风力发电场看，单位千瓦造价和单位千瓦时电价都低于火力发电，和常规能源发电相比具有竞争力。 6）运行维护简单。现在中大型风力机自动化水平很高，由于采用了微机技术，实现了风机自诊断功能，安全保护更加完善，并且实现了单机独立控制，多级群控和遥控，完全可以无人值守，只需定期进行必要的维护，不存在火力发电中的大修问题。 7）实际占地面积小。据统计，机组与监控，变电等建筑仅占火电场1%的土地，其余场地仍可供农，牧，渔使用。 8）发电方式多样化。风力发电既可并网运行，也可与其他能源，如柴油发电，太阳能发电，水力发电机组成互补系统，还可以独立运行，对于解决边远无电地区的用电问题提供了现实可行性。 2.11 国外风电发展现状 20世纪70年代石油危机发生以来，西方发达国家积极地寻求新的能源，风力发电应运而生。风电在国外发达国家相当普及，尤其是德国，西班牙，美国等国家，风电所占的比重很大。2011年全球新增装机容量超过4000万kw，累计装机容量超过2.37亿kw。据2012年世界风电报告，2011年全球风电累计装机容量排名前十位的国家如图2-1所示，2011年各国风电累计装机容量占比2-2所示。

风力发电机增速器

摘要 我国属于发展中国家，经济、能源与环境的协调发展是实现我国现代化目标的重要前提。我国是个能源大国，也是个能源消费大国，当前我国能源的发展面临着人均能耗水平低、环境污染严重、能源利用率以及可再生能源比例少等问题。因此，调整能源结构，减少温室气体排放，缓解环境污染，加强能源安全已成为全国关注的热点，对可再生能源的利用，特别是风能开发利用也给予了高度重视。风能是一种清洁的可再生能源，风力发电是风能利用的主要形式，也是目前可再生能源中技术最成熟、最具有规模化开发条件和商业化发展前景的发电方式之一。 风力发电机的传动机构主要由主轴、齿轮箱、输出轴等部分组成，首先对齿轮箱进行设计，根据某型风力发电机所要求的技术匹配参数，选择适当的齿轮传动方案，在此基础上进行传动比分配与各级传动参数如模数、齿数等的确定，对于齿轮箱中的轴进行设计，并对齿轮、轴以及轴承进行校核，再考虑行星架、箱体的选用问题，最后在考虑其他因素对风力发电机的影响，进行三维仿真模拟。 关键词：风力发电机传动机构；行星齿轮传动；模拟仿真

Abstract China is a developing country, the coordinated development of economy, energy and environment is an important prerequisite to realize our modernization goal. China is a big energy country, but also a large energy consumption, the current development of China's energy is facing a low level of per capita energy consumption, environmental pollution, energy efficiency and the proportion of renewable energy and other issues. Therefore, to adjust the energy structure, reduce greenhouse gas emissions, ease environmental pollution, strengthen energy security has become a hot topic of concern to the use of renewable energy, especially wind energy development and utilization has also given high priority. Wind energy is a clean renewable energy, wind power is the main form of wind energy utilization, but also the renewable energy in the most mature technology, the most large-scale development conditions and commercial development prospects of one of the power generation. The transmission mechanism of the wind turbine is mainly composed of the main shaft, gear box and output shaft. First, the gear box is designed. According to the technical matching parameters required by a certain type of wind turbine, the appropriate gear transmission scheme is selected. On this basis, The gear ratio and the transmission parameters such as modulus, the number of teeth, etc. to determine the shaft for the design of the gear box, and gears, shafts and bearings to check, and then consider the planetary planes, the selection of the box, and finally Three-dimensional simulation is carried out to consider the influence of other factors on wind turbines. Key words:Wind turbine transmission mechanism;Planetary gear drive; Simulation