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第四讲 风力发电机的结构与分类 2．1 风力发电机的分类 风力发电机分类按照不同的标准有不同的分类方法： 按风力机的功率分类，可分为： 微型风力发电机，其额定功率为50~100W。 小型风力发电机，其额定功率为1~10KW。 中型风力发电机，其额定功率为10~100KW。 大型风力发电机，其额定功率为100KW以上。 按风轮轴安装形式分类，可分为： 水平轴风力发电机。 垂直轴风力发电机。 本次论文在进行仿真时采用了600KW水平轴风力发电机(主要参数来自于美国的BONUS 600KW风力机，具体参数见附录一)，因此在下一节我将具体介绍大型水平轴风力发电机的构造。 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，虽然垂直轴风力发电机一些优点但垂直轴风力发电机效率低、需重启设备。 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。 叶片又可分为变桨距叶片和固定桨距叶尖可变桨距或叶尖有阻尼器两种叶片，其作用都是为了调速。 从叶片结构上又可分为木制叶片、铝合金挤压成型的等弦长叶片、钢制叶片、钢纵梁玻璃钢叶片、玻璃钢叶片等。 由于叶片在转动中，距转动中心不同半径的线速度也不同，接受风能也不同。为了叶片各部接受风能大体一致，叶片往往做成从叶根至叶尖是渐缩的，并且扭转一定角度，这种叶片称扭曲叶片。现代大、中型风力发电机都采用扭曲叶片。 叶片安装在轮毂上，有些调速装置就安装在轮毂内。如图(2-4)(b)。 （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I=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，称低速联轴器。如图(2-4)(a)中4和9。 （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，除需外电源外，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。 风力发电机土常用的发电机有四种： ①直流发电机，常用在微、小型风力发电机上。直流电压12，24，36V等。中型风力发电机也有用直流发电机的 ②永磁发电机，常用在小型风力发电机上，电压一般为115，127V等，有直流也有交流。永磁交流发电机在中、大型风力发电机上尚未得到使用，主要有些技术问题还未解决。现在我国已经发明了交流电压440／240V的高效永磁交流发电机，可以做成多极低转速，特别适合风力发电机。 ③同步交流发电机，它的电枢磁场与主磁场同步旋转，同步转速nD=60f／p。 ④异步交流发电机，它的电枢磁场与主磁场不同步旋转，其转速比同步转速略低。当并网时转速应提高。 （6）塔架 塔架是支撑风力发电机的支架。塔架有型钢桁架结构的，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，其中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。 目前世界各国所采用的调速装置主要有以下几种。 ①可变桨距调速装置。变桨距调速装置是现代风力掣电机主要调速方式之一。在图2-4中，微机发出指令让叶片增大安装角以减少由于风速增大使叶片转速加快的趋势，电磁阀打开，变桨距液压油缸动作，拉动叶片向叶片安装角增大的方向转动一定角度使叶片接受风能减少，维持风轮运转在额定转速范围内。当风速减小时，微机指令的动作与上述相反，减小叶片的安装角以使叶片接受风能增加，维持风轮转速在额定转速的范围内。变桨距调速装置也有多种形式，上述为液压变桨距调速装置，变桨距调速装置还有一种由调速电机来驱动的。这种由调速电机驱动的变桨距调速也是当