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。

  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和工作过程。

  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，有些甚至到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。

  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

  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，并拥有非常良好的通风条件[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]。

  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，以充分的利用风的能量，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。

  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。风电场的控制管理系统由两部分组成：一部分为就地的计算机控制管理系统；另一部分为主控室计算机控制管理系统。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，微机做多元化的分析比较后，再按设定的程序发出各种执行指令。以此来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能轻松实现联网管理、互相通信，发生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，能够直接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。

  [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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