风力发电机型结构特点介绍讲解33页PPT

验和水平承载力试验合格
b.桩位偏差合格（1/3D） c.桩头清理（油污，砼碎块）
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2．2．钢筋检验 a．出厂合格证 b．复检合格证明 c．.钢筋机械连接抗 拉试验合格证明 d．表面清理
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2．3．基础环的检验和固定
a．基础环合格证明，外观检查
b．基本尺寸的现场检验（L法兰）
风力发电机机组对基础的所产生的载荷主要 应考虑机组自重Q和倾覆力矩Mn
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7．REpower对风机基础的具体要求 混凝土和钢筋用量（如图）
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8．预埋管
布置保护电缆，但同时对基础结构 不利，施工时布置均匀相互间留有间 距，尽量减少对基础结构的影响。
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预埋管
2021
2021
8
3．基础设计满足以下两个条件
3．1．要求作用于地基上的载荷不超 过地基的容许应力，保证地基有足够 的安全储备
3．2．控制基础的沉降，使其不超过 地基容许变形值
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4．风电机组基础的种类
风力发电机基础均为钢筋混凝土独立基础， 根据风电场工程地质条件和地基承载力和风 机载荷的不同分为：天然重力基础和桩基础 （本风场选用桩基础）。
提供必要的锁紧力矩，以保障风 力发电机组的安全运行
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风机偏航系统的组成
偏航系统由风向标传感器、偏航轴承、 偏航驱动电机、偏航制动器、扭缆保护 装置等几个部分组成。
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风向标传感器
MM82风机有两个待加热的风速 计安装在气象塔上。气象塔被接 地并具有围绕风速计的雷电捕获 回路。
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解缆和扭缆保护装置

电机用途及分类
电机：进行机、电能量转换的电磁耦合装置。
分类：
电机
变压器
旋转电机
电机可逆原理。
直流电机
交流电机 同步电机
异步电机
同步发电机原理结构—模型图
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小型同步发电机的基本结构
定子：定子铁芯，定子绕组，机座 转子：转子铁芯，转子绕组，轴，集电环 电刷 其它
同步发电机工作原理总结
改变转子励磁的相位时，由转子电流产生的转子磁场在气隙空间的位置上有 一个位移，这就改变了发电机电势与电网电压相量的相对位移，也就改变了电机 的功率角。这说明电机的功率角也可以进行调节。所以交流励磁不仅可调节无功 功率，还可以调节有功功率。
交流励磁电机之所以有这么多优点，是因为它采用的是可变的交流励磁电 流。但是，实现可变交流励磁电流的控制是比较困难的，该控制策略可以实现机 组的变速恒频发电而且可以实现有功无功的独立解耦控制，当前的主流双馈风力 发电机组均是采用此种控制策略。
绕线式
转子绕组接线方式：星型
转子额定电压：
419
V
转子堵转电压：
2018
V
最大转子电流：
450
A
绝缘等级：
H
级
结构型式：
IM B3
极数：
4
极
冷却方式：
机壳水泠
绕组温升限值：
105
K
转向：
从输出轴方向观察
为逆时针
防护等级：
IP54
重量：
不大于 6350 kg
异步电动机的工作原理
(1-s)Pem Pem 变压器 双馈电机
(1+s)Pem 机械功率
(1转+s子)Pe频m 率 机械功率f2 = sf1

风轮旋转平面与风向垂直 叶片径向安装，与风轮旋转平面成 一角度 大型风力机叶片数少，转速高，用 于发电 小型风力机叶片数多，转速低，用 于提水
5.2 风力机基本型式
5.2 风力机
5.2 风力机基本型式
达里厄式风力机 利用翼型的升力做功 Φ型风轮弯叶片只承受张力， 不承受离心力载荷 Φ型叶片重量轻，转速高 不便采用变桨矩方法实现自启 动和控制转速 扫掠面积小
功功率；
（3）通过调节转子电流的幅值，可控制发电机定子输出的无
04
电压决定的定子磁场，从而在转速高于和低于同步转速时都能保持发电状态；
（2）通过调节转子电流的相位，控制转子磁场领先于由电网
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单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，为了演示发布的良好效果，请言简意赅地阐述您的观点。
（1）转子电流的频率为转差频率，跟随转子转速变化；
风力发电技术
PART 1
风力机系统： 桨叶 轮毂 主轴 调桨机构（液压或电动伺服 机构） 偏航机构（电动伺服机构） 刹车、制动机构 风速传感器
风力发电机系统
发电机系统： 发电机 励磁调节器（电力电子变换器） 并网开关 软并网装置 无功补偿器 主变压器 转速传感器
风力发电机系统
5.1 风力发电机组分类
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双馈异步发电机的运行原理— 转子交流励磁
01
与转差率有关（约为电磁功率的0.3倍，|s|<0.3）
（4）转子绕组参与有功和无功功率变换，为转差功率，容量
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系统特点：
变速恒频双馈异步风力发电机系统
连续变速运行，风能转换率高； 部分功率变换，变频器成本相对较低； 电能质量好（输出功率平滑，功率因数高）； 并网简单，无冲击电流； 降低桨距控制的动态响应要求； 改善作用于风轮桨叶上机械应力状况； 双向变频器结构和控制较复杂； 电刷与滑环间存在机械磨损。

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二、风力发电机结构特点及工作原理
2、双馈风力发电机结构特点及工作原理
双馈异步风力发电机系统组成如下图所示，图中 省略了变压器、滤波器等构件。其中转子通过变频器 接入电网，当系统检查到定子电压、频率及相位与电 网一致时，定子通过并网开关直接接入电网，转子上 装配有编码器。
1、笼型风力发电机工作原理
定子由定子绕组、定子铁心和机座组 成。定子绕组是导电部分，有三相绕组， 在空间上彼此相差120°电角度，绕组一 般是叠绕组，毎相绕组匝数相同，定子可 结成三角形或星形。
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1、笼型风力发电机工作原理
定子铁心是电机的磁路部分，由经过 冲制的硅钢片叠成 。
定子绕组嵌在定子铁心槽内，嵌线完 成进行浸漆（主要是真空压力浸漆），最 后热套在机座内进行联线。
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二、风力发电机结构特点及工作原理
1、笼型风力发电机结构特点及工作原 理
转子是转子铁心、转子绕组和转轴 等组成。转子铁心是电机中的磁路部分， 由硅钢片叠成，安装在转轴上。转子绕 组采用铜条端环焊接成笼型结构。
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2、绕线式双馈风力发电机
1.5MW水冷双馈 1.5MW空空冷双馈 2MW空空冷双馈 3MW水冷双馈 2.5空水冷双馈 3MW水冷双馈 5MW空水冷双馈
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3.永磁风力发电机
1.5MW直驱； 2.5MW直驱； 3 MW直驱； 3 MW半直驱整机； 3 MW高速永磁整机； 1.5 MW高速永磁整机； 2.5 MW高速永磁整机。
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❖ 偏航的驱动机构
❖ 几乎所有水平轴的风电机都会强迫偏航。即使 用一个带有电动机及齿轮箱的机构来保持风电机 对着风偏转。1.5兆瓦风电机上的偏航机构上可以 看到环绕内圈的偏航轴承，当系统接到偏航指令 时，偏航电机开场运转，通过偏航驱动减速齿轮 箱减速之后驱动偏航轴承已实现偏航。
❖ 解缆
❖ 电缆用来将电流从风电机运载到塔下。但是当 风电机偶然沿一个方向偏转太长时间时，电缆将 越来越扭曲。此时我们的风机上安装有一个偏航 计数器，当风机同一个方向转动一定的圈数之后， 计数器给系统一个指令，系统控制风机往回转动， 偏航刹车主机室的转动按照指令的方向，偏航电 机转动，液压刹车系统处于释放状态，当偏航电 机停顿转动时，液压刹车系统处于刹车状态，将 主机室固定在相应的位置上，实现解缆。
❖ 偏航刹车钳：它固定在 风机机座上。
❖ 我们使用的偏航刹车 钳有两个油缸，其大致 构造如以下图所示：当 液压油通过液压油管和 进入液压管道后，液压 油推动活塞，然后活塞 再推动刹车片，上下刹 车片抱紧刹车盘实现刹 车。
❖ 刹车盘：刹车盘和塔筒相连，当风机需要刹车， 刹车钳就抱紧它的内缘。
❖ 偏航轴承：偏航轴承总成是风机及时追踪风向变 化的保证。采用“零游隙〞设计的四点接触球轴 承，沟道进展特别设计及加工，要承受大的轴向 载荷和力矩载荷。采取有针对性的热处理措施， 提高齿面强度，以保证轴承具有良好的耐磨性和 耐冲击性。同时风机暴露在野外，轴承良好的密 封性也是风机使用寿命的保障。
❖ 偏航电机、偏航齿轮箱：我公司目前使用的偏航 驱动电机是电磁制动三项异步电动机，该机采用 全封闭、自扇冷、鼠笼型、具有附加直流电磁制 动器的三项异步电坳动，制动迅速、定位准确等 优点。偏航齿轮箱为四级行星齿轮箱、继承了行 星齿轮传动的一贯优点。

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水平轴风力
机随风轮与塔架相对位置的不同而有上风 向与下风向之分。
风轮在塔架的前面迎风旋转, 叫做上风向风 力机。
风轮安装在塔架的下风位置的, 则称为下风 向风力
机。
上风向风力机必须有某种调向装置来保持
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112 垂直轴风力机
垂直轴风力机的风轮围绕一个垂直轴旋转, 其主要优点是可以接受来自任何方向的风, 因而当风向改变时,无需对风。由于不需要 调向装置,使它们的结构设计简化。
通过叶片的气流总是保持流线形式的，可保护桨叶。 三个叶片都有独立的刹车系统、控制灵活、安全。 功率调整变的简单
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风力发电机组内部结 构
变速风力发电机的优点
桨距调整更加便利 更高的动态速度控制和可变转差使风轮叶片的调节时间变成为可能 。这就使变桨系统工作次数减少。 噪音减少，速度的特定调节方式，使得减少噪音的发出成为可能。 机械元件的冲击载荷减少
全球市场份额(%)
12.5 12.4 9.2 8.5 7.2 6.7 6.5 6.4 5.9 3.4 18.5
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第二部分风力发电机的类型 和结构
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从能量转换的角度看, 风力发电机组由两大部分组成。 其一是风力机, 它的功能是将风能转换为机械能; 其二是发电机,它的功能是将机械能转换为电能。
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风力机的结构组 成
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风力机的结构组 成
控制系统
主控制系统（变频控制系统） 变桨控制系统 偏航控制系统 温度、压力、振动的监控和报
警系统
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风力机的结构组成
其他厂家的风机结构
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R1
I1 U1
R2 / s
jX1
jX 2
R2
I0
I 2
Rm
E1 E2
jXm
1
s
s
R2
P1 pCu1
PM pFe
pCu2
Pm
P2
pm+ p1a5
笼型异步发电机的机械特性曲线
n
发
电
机
Smax
0 n1
电 动 机
电磁 －Tm
10
制动
s
电磁转矩：
T

2πf1[(R1
m1 pU12
Байду номын сангаас
R2 s
10
电机 正反 转控 制图
11
笼型异步发电机的等值电路
R1 jX1
R2 jX 2
U1
I1
I0 Rm
I2'
jXm E1= E'2
1
s
s
R2
一相等值电路
定子漏阻抗、转子漏阻抗（折合）、励磁阻抗
转子可变电阻反映发电机的负载状况
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铁损和铜损
• 铁损：电机的铁损包括磁滞损失和 涡流 损失两部分，电机空载时所消耗的功率 。
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转子电流受控的异步风力发电机 系统(Rotor Current Control， RCC)
转子电流斩波控制电路：
原理： 控制附加电阻的接入时间，从而控制转子电21流
RCC异步风力发电机系统的特点
优点：
（1）风速变化引起风轮转矩脉动的低频分量由变 桨调速机构调节，其高频分量由RCC调节，可 明显减轻桨叶应力，平滑输出电功率;
整发电机的机械特性。
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水平轴（风轮）风力发电机组，是指风轮轴线基本与地面平 行安置在垂直地面的塔架上。水平轴风力发电机机舱里主要设 备有主传动轴、齿轮箱、发电机、刹车装置、机架、控制设备 等。
水平轴风力机的风轮转轴与风向平行，其风能利用系数高， 技术非常成熟，水平轴风力发电机是目前应用最广泛的风力发 电机。
水平风力发电机机舱结构与设备布置图
(2)调节励磁电流的有功分量和无功分量，可以独立调节发电机 的有功功率和无功功率。这样不但可以调节电网的功率因数，补偿 电网的无功需求，还可以提高电力系统的静态和动态性能。
(3)由于采用了交流励磁，发电机和电力系统构成了“柔性连接”，即 可以根据电网电压、电流和发电机的转速来调节励磁电流，精确的 调节发电机输出电压，使其能满足要求。
双馈感应发电机组是具有定、转子两套绕组的双馈型异步发电 机（DFIG），定子接入电网，转子通过电力电子变换器与电网相连， 如下图所示。
在风力发电中采用交流励磁双馈风力发电方案，可以获得以下 优越的性能：
(1)调节励磁电流的频率可以在不同的转速下实现恒频发电，满 足用电负载和并网的要求，即变速恒频运行。这样可以从能量最大 利用等角度去调节转速，提高发电机组的经济效益。
双馈式风力发电机基本结构图
双馈风力发电机一般采用4极或6极，2MW以下的发电机多采用4 极，2MW以上的发电机多采用6极，本节介绍的是4极发电机，定子铁 心与转子铁心都由硅钢片叠成，图1是定子铁心与转子铁心的冲片。
在定子铁芯的槽内嵌放着三相交流绕组，三相绕组按4极绕制， 连接成星形，下图是嵌有三相绕组的定子。当绕组接入三相交流电
源就可在定子内产生旋转磁场。
定子固定在机座内，机座外壳上有通风孔，便于电机散热
在转轴上安装三个集电环的凹槽连接到三 个集电滑环上。在转轴上安装两个轴流风扇用于发电机散热，发电 机整个旋转部分（转子）。

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五、冷却润滑系统
• 作用 1、对齿轮箱各轴承、各齿面提供足够的润滑。 2、对齿轮箱进行冷却散热。
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• 冷却润滑系统组成 润滑油泵：将齿箱润滑油吸入，输出压力油。
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滤油器：将油液过滤，给齿箱提供清洁的润滑 油，通常精度为10μm。 冷却器：通过与空气的热交换，将热油冷却。 连接管路：连接各个部件。 附件：提供滤油器堵塞报警，显示回油压力。
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刹车系统的控制机构－液压系统
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四、支承系统
• 塔架的作用 支承风力发电机组的机械部件，承受各部件作用在塔 架上的力和风载
• 基础的作用 安装、支承风力发电机组，平衡运行过程中产生的各 种载荷。
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• 塔架 材料：Q345 轮毂高度：依据项目和当地风切变指数综合考虑 而定
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• 基础 钢筋混凝土
叶
失速、定桨 玻璃钢 23.5m 、24m 49m、50m
3 2.5° 5°
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轮
毂
• 轮毂材料: QT400－18或 QT350－22L
• 涂层：
HEMPEL
• 与桨叶连接： 高强度螺栓
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主轴、轴承、轴承座 • 轴承：SFK 或FAG • 主轴：材料42CrMoA • 轴承座：材料QT400－18AL
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• ３、通过过滤器的油液进入阀组，当油液温度较低时， 油液直接流回齿轮箱各个轴承和齿面的润滑点，这时 系统只起润滑作用。当油液温度达到设定值时，通过 阀的调配，油液全部强行通过冷却器，给油液进行冷 却后再流回齿轮箱各个润滑点。
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偏航齿箱
参数： • 型式： 法兰联接的同轴行星（摆线）齿轮箱 • 额定输入功率: 1.5kW • 额定输入转速: 940rpm • 额定输出转速: 1.245rpm • 额定传动比: 755 • 额定输入扭矩: 15Nm • 使用环境温度 ： -30℃～+40℃ • 噪声（声功率级）：≤90 dB（A） • 润滑油： Mobil或Shell、BP的合成齿轮油

c）切向式转子磁路结构 d）混合转子磁路结构
b）磁极凹入式
图13-5 径向磁通永磁风力发电机
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
13.风力发电机
二、直驱式永磁风力发电机——结构类型
图13-6 轴向磁通永磁风力发电机
图13-7 横向磁通永磁风力发电机
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
13.风力发电机
3）同步运行状态：此时n =ns, f2为零，转子中的电流为直流，电网与转子绕组之 间无功率交换，励磁变换器向转子提供直流励磁，此时可等效为同步发电机。
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13.风力发电机
三、双馈式异步风力发电机——基本方程
1.假定条件 2.基本方程
U 1 E1 I1(r1 jx1 )
3. 比较永磁风力发电机和双馈式异步发电机的结构差异。 4. 试分析直驱式永磁发电机中采用永磁材料所带来的问题。
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
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定速度，45段对应恒功率阶段。 0
1
ωs
并网阶段
恒功率阶段
4
5
3
ωn
ω
图13-20 双馈式异步发电机的运行区间
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
13.风力发电机
➢思考题
1. 低速运行对直驱式永磁风力发电机的设计提出了什么样 的要求？
2. 为什么双馈式异步发电系统变流器的体积、容量一般要 小于同功率等级直驱式风力发电系统变流器？
➢ 直驱式永磁风力发电机由定子 和转子两部分组成，定、转子 之间为气隙。
➢ 电机定子包括铁心和绕组，绕 组为三相对称绕组，各相绕组 轴线空间相差120角度。
➢ 电机转子包括转轴、转子轭和 永磁材料。