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1、一.风力发电原理风力机是将风的动能转换成机械能或电能的装置。风力机风轮叶片在风的作 用下产成空气动力使风轮旋转，将动能转换成机械能，再通过传动系统和电气 系统将机械能转换成电能。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转 的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三公尺 的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染。风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行；我国也在西部地区大力提倡。小型风力 发电系统效率很高，但它不是只由一个发电机头组成的，而是一个有一定科 技含量的小系统：风力发电机
2、+充电器+数字逆变器。风力发电机由机头、 转体、尾翼、叶片组成。每一部分都很重要，各部分功能为：叶片用来接受 风力并通过机头转为电能；尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的 风能；转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能；机头的转子是永磁体，定子绕组切割磁力线产生电能。风力发电机因风量不稳定，故其输 出的是1325V变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力 发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的 化学能转变成交流220V市电，才能保证稳定使用。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
3、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。机舱：机舱包容着风力发电机的关键设备，包括齿轮箱、发电机。维护人员可以通过风力发电机塔进入机舱。 机舱左端是风力发电机转子，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600千瓦风力发电 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：转子轴心附着在风力发电机的低速轴上。低速轴：风力发电机的低速轴将转子轴心与齿轮箱连接在一起。在现代 600千瓦风力发电机上，转子转速相当慢，大约为 19至30转每分钟。轴中 有用于液压
4、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，或风力发电机被维修时。发电机：通常被称为感应电机或异步发电机。在现代风力发电机上，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。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
5、。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。液压系统：用于重置风力发电机的空气动力闸。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。一些风力发电机具有水冷发电机。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。风速计及风向标：用于测量风速及风向Nacftll
6、fr frameYaw bearing yaw drive传统风力发电机组成图三.风机类型按风力机风轮转轴相对地面的位置可分为垂直轴风力机和水平轴垂直轴风力机垂直轴风力机垂直轴风力机的转轴垂直于地面。优点：可以吸收来自任意方向风的能量，不需要调向机构；另外齿轮箱和发电机可以安装在地面，结构简单，维护方面。缺点：最大功率系数较低；要在相对较低的尖速比下运行；不能自行启动；大型垂直轴风力机的气弹性问题和机械振动问题也较为复杂。水平轴风力机缺点：需要调向机构;齿轮箱和发电机安装在位于塔顶的机舱内，安装维护不方便。水平轴风力机按风力机功率调节方式可分为:a. 定桨距失速型风力发电机组b. 变桨矩失速型
7、风力发电机组c. 变速恒频型风力发电机组l定桨距失速调节型风力发电机组定奖距是指桨叶与轮载的连接是固定的，桨距角固定不变，即当风速变化时， 桨叶的迎风角度不能随之变化。失速型是指桨叶翼型本身所具有的失速特性，当 风速高于额定风速69，气流的攻角增大到失速条件，使桨叶的表面产生涡流， 效率降低，来限制发电机的功率输出。为了提高风电机组在低风速时的效率，通 常采用双速发电机（即大/小发电机）。在低风速段运行的，采用小电机使桨叶县 有较高的气动效率，提高发电机的运行效率。失速调节型的优点是失速调节简单可靠，当风速变化引起的输出功率的变化 只通过桨叶的被动失速调节而控制系统不作任何控制，使控制系统大为
8、减化。其 缺点是叶片重晏大（与变桨距风机叶片比较），桨叶、轮载、塔架等部件受力较 大，机组的整体效率较低。2变桨距调节型风力发电机组变桨距是指安装在轮载上的叶片通过控制改变其桨距角的大小。其调节方法 为：当风电机组达到运行条件时，控制系统命令调节桨距角调到45”，当转速达 到一定时，再调节到0“，直到风力机达到额定转速并网发电；在运行过程中， 当输出功率小于额定功率时，桨距角保持在0位置不变，不作任何调节；当发 电机输出功率达到额定功率以后，调节系统根据输出功率的变化调整桨距角的大 小，使发电机的输出功率保持在额定功率。随着风电控制技术的发展，当输出功率小于额定功率状态时，变桨距风力发 电机组
9、采用OptitiP技术，即根据风速的大小，调整发电机转差率，使其尽量运 行在最佳叶尖速比，优化输出功率。变桨距调节的优点是桨叶受力较小，桨叶做的较为轻巧。桨距角可以随风速 的大小而进行自动调节，因而能够尽可能多的吸收风能转化为电能，同时在高风 速段保持功率平稳输出。缺点是结构比较复杂，故障率相对较高。3主动失速调节型风力发电机组将定桨距失速调节型与变桨距调节型两种风力发电机组相结合，充分吸取了 被动失速和桨距调节的优点，桨叶采用失速特性，调节系统采用变桨距调节。在 低风速肘，将桨叶节距调节到可获取最大功率位置，桨距角调整优化机组功率的 输出；当风力机发出的功率超过额定功率后，桨叶节距主动向失速
10、方向调节，将 功率调整在额定值以下，限制机组最大功率输出，随着风速的不断变化，桨叶仅 需要微调维持失速状态。制动刹车时，调节桨叶相当于气动刹车，很大程度上减 少了机械刹车对传动系统的冲击。主动失速调节型的优点是其言了定奖距失速型的特点，并在此基础上进行变 桨距调节，提高了机同频率后并入电网。机组在叶片设计上采用了变桨距结构。 其调节方法是：在起动阶段，通过调节变桨距系统控制发电机转速，将发电机转 速保持在同步转速附近，寻找最佳并网时机然后平稳并网；在额定风速以下时， 主要调节发电机反力转矩使转速跟随风速变化，保持最佳叶尖速比以获得最大风 能；在额定风速以上时，采用变速与桨叶节距双重调节，通过变
11、桨距系统调节限 制风力机获取能量，保证发电机功率输出的稳定性，获取良好的动态特性；而变 速调节主要用来响应快速变化的风速，减轻桨距调节的频繁动作，提高传动系统 的柔性。风力发电机发展趋势：变速恒频的优点是大范围内调节运行转速，来适应因 风速变化而引起的风力机功率的变化，可以最大限度的吸收风能，因而效率较高; 控制系统采取的控制手段可以较好的调节系统的有功功率、无功功率，但控制系 统较为复杂。变速恒频这种调节方式是目前公认的最优化调节方式，也是未来风 电技术发展的主要方向。四.小型风力发电机由于本项目主要对象是用于水上航标设施等小型的风力发电机，下面就主要 介绍一下小型风力发电机的状况。国内主要
12、厂家及产品型号：青岛风之翼风力发电机有限公司600W风力发电机(FD2.5-600W)600W 风力发电机(FD2.5-600W )产品简介功率：600瓦风轮直径：2.5米叶片数量：3片叶片材质：增强玻璃钢额定转速：400转/分钟额定输出功率：600瓦最大输出功率：750瓦输出电压：直流24伏/交流220伏启动风速：3米/秒额定风速：8米/秒工作风速：3-25米/秒安全风速：40米/秒调速方式：偏尾和电磁阻力充电控制：自动智能控制风力发电机类型：永磁三相交流发电机工作温度：零下40度一一0度年平均产生能量：1500度推荐蓄电池容量：300安时充满蓄电池时间：8小时塔架类型：拉锁塔架或独立杆塔架
13、塔架高度：6米机体重量：40公斤可以给如下电器提供电源：电视，照明，风扇，充电器。300W风力发电机(FD2.2-300W)300W 风力发电机(FD2.2-300W)产品简介功率：300瓦风轮直径：2.2米叶片数量：3片叶片材质：增强玻璃钢额定转速：400转/分钟额定输出功率：300瓦最大输出功率：450瓦输出电压：直流24伏/交流220伏启动风速：3米/秒额定风速：8米/秒工作风速：3-25米/秒安全风速：40米/秒调速方式：偏尾和电磁阻力充电控制：自动智能控制风力发电机类型：永磁三相交流发电机工作温度：零下40度一一0度年平均产生能量：750度推荐蓄电池容量：200安时充满蓄电池时间：8
14、小时塔架类型：拉锁塔架或独立杆塔架塔架高度：6米机体重量：20公斤 可供负载：照明，风扇，充电器。哈尔滨九洲风力发电机有限公司风力发电机（FD-400）产品简介型号：FD-400启动风速:2m / s额定风速:8m / s额定电压:28V额定功率:400W最大功率:550W叶片直径:2.5m额定转速:400r / min限速方式:上仰电磁整套重量:75kg用途：可以用于家居照明，小手电钻，电视，电饭锅等。扬州神州风力发电机有限公司风力发电机（Q600W）风力发电机（Q600W）产品简介型号：Q-600产品名称：光芒牌 额定电压（DCV） : 24/48额定电流（DCA）: 25/12.5额定功
15、率（W）: 600启动风速（米/秒）：2.5额定风速（米/秒）：10.5安全风速（米/秒）：45发电机工作形式：永磁同步发电机风轮直径（米）：1.6叶片数（片）：3叶片材料：碳纤维复合材料风机寿命（年）：15-20包装形式：胶合板、纸箱包装尺寸（mm）： 1030*590*250毛重（kg）： 36型号Q600W桨叶数量三片桨叶受力方式阻力型风机旋转主轴水平轴式风机公司名称扬州神州风力发电机有限公司风力发电机（S400W）风力发电机（S400W）产品简介型号：S-400产品名称：光芒牌额定电压（DCV） : 24/48额定电流（DCA）: 16/8额定功率（W）: 400启动风速（米/秒）：2.5额定风速（米/秒）：9.6安全风速（米/秒）：45 发电机工作形式：永磁同步发电机风轮直径（米）：1.5叶片数（片）：3/5叶片材料：碳纤维复合材料风机寿命（年）：15-20包装形式：胶合板、纸箱包装尺寸（mm）：1030*590*250毛重（kg）： 38型号S400W三片桨叶数量桨叶受力方式阻力型风机旋转主轴水平轴式风机公司名称扬州神州风力发电机有限公司
风力发电原理结构组成及主要的小型风力发电机型和厂家
