风力发电机的各种型式

风力发电机的分类总结随着环保意识的不断提高，人们对可再生能源的需求也日益增加，风力发电作为可再生能源中的一种，正受到越来越多的关注与研究。

在风力发电的核心部件中，风力发电机起着至关重要的作用，不同类型的风力发电机也各具特点，本文将对风力发电机的分类作出总结。

1.风轮式发电机风轮式发电机是风力发电机中最常见的一种，主要是通过风轮将风的动能转换成机械能，从而驱动发电机发电。

风轮式发电机可以进一步分为两种类型：水平轴和垂直轴。

水平轴风轮式发电机的主轴安装在地面水平方向上，风轮则安装在轴的上方，垂直轴风轮式发电机则是主轴和风轮都在垂直方向上。

前者具有转速高、功率大等特点，而后者则具有耐风性强、适用范围广等优势。

2.柔性摆臂式风力发电机柔性摆臂式风力发电机是利用风能的背景下发展起来的创新型风力发电技术，它可以在低风速的情况下获得更高的效率。

柔性摆臂式风力发电机使用了独特的柔性摆臂设计，使得每个摆臂能够自由活动，从而最大程度地捕捉到风的能量，从而达到更高的效率。

该技术目前正处于实验研究阶段，但相信未来在风力发电的市场应用中将会有重要的地位。

3.桁架式风力发电机桁架式风力发电机是利用桁架牵引运动的原理来捕捉风能，其外形比较特殊，由于其设计的特殊性，可以在大风、台风等恶劣天气下依然保持安全、稳定的状态。

对于风力发电机而言，长时间的稳定发电是至关重要的，而桁架式风力发电机正是解决了这个问题。

4.喷气式风力发电机喷气式风力发电机是一种比较新颖的风力发电技术，它采用了长方体的设计，内部设有马达和喷射器，可以将风能转化为气压能，并进一步转化为机械能、电能。

该技术具有较高的效率，能够更好地获得平稳的发电量，适合应用于各种不同的风速环境。

除了以上几种类型的风力发电机外，还有一些比较小众的技术，比如带有大型水箱的垂直轴风力发电机、划船式风力发电机等，这些技术虽然规模较小，但从实用性和创新性来讲也不容忽视。

总的来说，不同类型的风力发电机在实际使用中各有特点，而未来风力发电技术的发展也将会有更加创新性、高效率的发展趋势。

风力发电机的种类尽管风力发电机多种多样，但归纳起来可分为两类：①水平轴风力发电机，风轮的旋转轴与风向平行；②垂直轴风力发电机，风轮的旋转轴垂直于地面或者气流方向。

水平轴风力发电机水平轴风力发电机可分为升力型和阻力型两类。

升力型风力发电机旋转速度快，阻力型旋转速度慢。

对于风力发电，多采用升力型水平轴风力发电机。

大多数水平轴风力发电机具有对风装置，能随风向改变而转动。

对于小型风力发电机，这种对风装置采用尾舵，而对于大型的风力发电机，则利用风向传感元件以及伺服电机组成的传动机构。

风力机的风轮在塔架前面的称为上风向风力机，风轮在塔架后面的则成为下风向风机。

水平轴风力发电机的式样很多，有的具有反转叶片的风轮，有的再一个塔架上安装多个风轮，以便在输出功率一定的条件下减少塔架的成本，还有的水平轴风力发电机在风轮周围产生漩涡，集中气流，增加气流速度。

垂直轴风力发电机垂直轴风力发电机在风向改变的时候无需对风，在这点上相对于水平轴风力发电机是一大优势，它不仅使结构设计简化，而且也减少了风轮对风时的陀螺力。

利用阻力旋转的垂直轴风力发电机有几种类型，其中有利用平板和被子做成的风轮，这是一种纯阻力装置； S 型风车，具有部分升力，但主要还是阻力装置。

这些装置有较大的启动力矩，但尖速比低，在风轮尺寸、重量和成本一定的情况下，提供的功率输出低。

达里厄式风轮是法国 G.J.M 达里厄于 19 世纪 30 年代发明的。

在 20 世纪 70 年代，加拿大国家科学研究院对此进行了大量的研究，现在是水平轴风力发电机的主要竞争者。

达里厄式风轮是一种升力装置，弯曲叶片的剖面是翼型，它的启动力矩低，但尖速比可以很高，对于给定的风轮重量和成本，有较高的功率输出。

现在有多种达里厄式风力发电机，如Φ型，型， Y 型和 H 型等。

这些风轮可以设计成单叶片，双叶片，三叶片或者多叶片。

双馈型发电机随着电力电子技术的发展，双馈型感应发电机（ Double-Fed Induction Generator ）在风能发电中的应用越来越广。

(4)由于控制方案是在转子电路实现的，而流过转子电路的功率是由交 流励磁发电机的转速运行范围所决定的转差功率，它仅仅是额定功 率的一小部分，这样就大大降低了变频器的容量，减少了变频器的 成本。
齿轮箱
DFIG
电网
转子侧 变换器
网侧 变换器
双馈式变速恒频风力发电系统结构框图
电气工程与自动化学院
第三章 风力发电
3）运动部件少，由磨损等引起的 故障率很低，可靠性高。
4）采用全功率逆变器联网，并网、 解列方便。
5）采用全功率逆变器输出功率完 全可控，如果是永磁发电机则 可独立于电网运行。
缺点是： 由于直驱型风力发电机组 没有齿轮箱，低速风轮直接 与发电机相连接，各种有害 冲击载荷也全部由发电机系 统承受，对发电机要求很高。 同时，为了提高发电效率， 发电机的极数非常大，通常 在100极左右，发电机的结构 变得非常复杂，体积庞大， 需要进行整机吊装维护。
风力发电机分类及特点
李少龙
第三章 风力发电
课件
2020/3/3
了解风力发电机的分类 双馈式和直驱式风力发电机介绍
电气工程与自动化学院
第三章
课件
按照风轮形式分类
风力发电
2020/3/3
（1）垂直轴风力发电机组
垂直轴风轮按形成转矩的机理分为阻力型和升力型。 阻力型的气动力效率远小于升力型，故当今大型并网型垂 直轴风力机的风轮全部为升力型。
直驱式风力发电系统大多都使用永磁同步发电机发电，无需励磁 控制，电机运行速度范围宽、电机功率密度高、体积小。随着永磁 材料价格的持续下降、永磁材料性能的提高以及新的永磁材料的出 现，在大、中、小功率、高可靠性、宽变速范围的发电系统中应用 的越来越广泛。

风力发电机组按运行方式可以分为恒速恒频（Constant Speed Constant Frequency，简称CSCF）风力发电机组和变速恒频（Variable Speed Constant Frequency，简称VSCF）风力发电机组两大类。

当风力发电机组与电网并联时，要求风力发电机的频率与电网频率保持一致，这便是恒频的含义。

下面分别介绍恒速恒频和变速恒频风力发电机组。

1 恒速恒频风力发电机组恒速恒频风力发电系统的基本结构如下图所示：图1 恒速鼠笼异步风力发电系统可以看出，这里采用的是异步电动机，也正是基于此，恒速恒频风力发电系统也称作异步风力发电系统。

异步发电机尽管带一定滑差运行，但在实际运行中滑差s是很小的，不仅输出频率变化较小，而且叶片转速变化范围也很小，看上去似乎是在“恒速”，故称之为恒速恒频。

就风力机的调节方式而言，恒速恒频风力发电系统又分为定桨距失速调节型和变桨距调节型两种。

1.1 定桨距失速调节型风力发电机组定桨距是指桨叶与轮毅之间是固定连接，即当风速变化时，桨叶的迎风角不能随之变化。

失速调节是指桨叶翼型本身所具有的失速特性，当风速高十额定风速时，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。

定桨距失速调节型风力发电机组的优点是失速调节简单，运行可靠性高，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，使控制系统大为减化。

其缺点是机组的整体效率较低，对电网影响大，常发生过发电现象，加速机组的疲劳损坏。

目前这种机组在欧美国家已经停产，但是在中国还有一定需求。

1.2 变桨距型风力发电机组变桨距是指风机的控制系统可以根据风速的变化，通过桨距调节机构，改变其桨距角的大小以调整输出电功率，以便更有效地利用风能。

其工作特性为：在额定风速以下时，桨距角保持零度附近，可认为等同十定桨距风力发电机，发电机的输出功率随风速的变化而变化；当风速达到额定风速以上时，变桨距机构发挥作用，调整桨距角，保证发电机的输出功率在允许的范围内。