大功率同步风力发电机的结构设计

目录
1
风力发电机概述
2
风电机组传动系统
3
偏航系统
4
变桨系统
风力机主要部件
风轮
叶片 轮毂
Text in here
塔架
主要部件
机舱
齿轮箱 发电机 偏航系统 制动系统
基础
风力发电机分类
按风轮 结构划分
水平轴风力机 垂直轴风力机
叶片围绕一个水平轴旋转，旋转平面与风向垂直。 风轮围绕一个垂直轴进行旋转。
风力发电机分类
按功率调节方式划分:定桨距与变桨距
定桨距 风力机
叶片固定在轮毂上，桨距角不变，风力机的功率 调节完全依靠叶片的失速性能。当风速超过额定 风速时，在叶片后端将形成边界层分离，使升力 系数下降，阻力系数增加，从而限制了机组功率 的进一步增加。
优点: 缺点:
结构简单
不能保证功率恒定，并且由于阻力增大,导致叶片和 塔架等部件承受的载荷相应增大
变桨系统 功能
保障风机机组安全停机 气动刹车
超过安全风速时或故障停机、 紧急情况下，旋转桨叶到安全 位置，保护风力发电机组，实 现安全停车功能。
变桨系统相关部件
变桨轴承
变桨轴承安装在轮毂上， 通过外圈螺栓把紧。 其内齿圈与变桨驱动 装置啮合运动，并与 叶片联接。
外圈
内圈
变桨驱动装置
变桨齿轮箱
• 变桨驱动装置通过螺柱 与轮毂连接。
结构形式
由于要求的增速比往往很大，风电齿轮箱通 常需要多级齿轮传动。大型风电机组的增速 齿轮箱的典型设计，多采用行星齿轮与定轴 齿轮组成混合轮系的传动方案。
风电机组齿轮箱结构形式
图为一种一级行星+两级定轴齿轮传动的齿轮箱结构，低速轴为行 星齿轮传动后两级为平行轴圆柱齿轮传动，可合理分配传动比，提 高传动效率。

第 ２ ５卷 第 ５期 ２ １ 年 ９月 ０１
发 电没 备
Ｐ０Ｗ ＥＲ ＥＱＵＩ Ｅ ＰＭ ＮＴ
Ｖｏ ． ５。Ｎ Ｏ １２ ．５ Ｓ ｐ ｅ ．２ １ ０１
大 型 风 力 发 电机 塔 简计 算 设 计
卓 高柱 刘 刃 李 林 宋凤 芹。 ， ， ， （ ．济 南二机 床 集 团有 限公 司 ，济 南 ２ ０ ２ ； ２ １ ５ ０ ２ ．济 南锅 炉 集 团 ，济 南 ２ ０ ２ ） ５ ０ ３
够 安 全 运行 ， 能 节 约 成 本 ， 高 经 济 效 益 和 市 才 提 场竞 争 力 。这 就要 求 塔 筒 设 计 人 员 对 塔 筒 进 行
静强 度 计 算 、 态 分 析 和稳 定 性 屈 曲分 析 ， 据 模 依
相 关标 准 规 范 对 计 算 结 果 作 出 正 确 的评 估 ， 并
摘 要 ： 用 有 限元 分 析 软 件 ＡＮＳ Ｓ对 风 机 塔 筒 进 行 静 强 度 和 动 力 学 分 析 ， 据 德 国 ＧＬ规 范 对 塔 筒 利 Ｙ 依
进 行 稳 定性 屈 曲 计 算 通 过 对 计 算 结 果 的分 析 ， 出 了塔 筒 设 计 中应 注 意 的 问 题 ， 而 为 塔 架 结 构 设 计 和 优 提 从
直 向上 ； Ｙ轴 ， 据 右 手 定 则 确 定 其 方 向 ； 标 原 根 坐
点 为塔架 每个 截 面 圆的 圆心 。
同时 还 要 保 证 其 固 有 频 率 避 开 风 机 的 固 有 频 率， 以确 保 不 发 生 机 械 共 振 。只 有 设 计 合 理 的
塔 筒 ， 能 保 证 风 机 即 使 在 恶 劣 的 环 境 中也 能 才
ＺＨ Ｕ Ｏ ａ － ｈ Ｇ ｏｚ ｕ ， ＬＩ ｎ Ｕ Ｒｅ ， ＬＩ Ｌｉ 。 Ｓ ＮＧ ｎ — ｉ ｎ ， Ｏ Ｆｅ ｇ ｑ ｎ

风力发电机塔基设计算例Tjjg1设计概况风机塔的结构形式主要有钢、混凝土、预应力混凝土、钢/混凝土混合结构。

为了对比采用不同结构体系风力发电机塔的经济技术指标，对装机容量为3.6MW、风机轴线高100m的钢管及预应力钢筋混凝土两种结构形式分别进行设计。

其中钢塔的材料分别考虑Q235和Q390两种情况，混凝土塔采用C60。

风力发电机设备荷载取自LWST PhaseⅠProject Conceptual Design Study及WindPACT公开发布的研究报告。

风力发电机塔的结构设计依据中华人民共和国颁布的现行设计规范及标准，主要包括：建筑地基基础设计规范（GB50007－2002）、混凝土结构设计规范（GB50010－2002）、建筑抗震设计规范（GB50011－2001）、钢结构设计规范（GB50017－2003）、建筑结构荷载规范（GB50009－2001）。

两类钢塔（tower1、tower2）及预应力混凝土塔（tower3）的主要技术指标见表1。

其中钢塔的设计控制荷载是风荷载组合，混凝土塔的设计控制荷载为地震效应组合。

表 12钢塔设计钢塔的设计主要包括截面初选、模态分析、内力计算、截面验算、屈曲分析、疲劳验算等步骤。

主要荷载包括结构自重、风力发电机组荷载、风荷载、地震荷载。

机组拟建上海地区，抗震设防烈度为7度，基本风压设计值0.55kN/m2。

而且与混凝土结构相比钢结构自重较小，所以结构承载力极限状态设计时起控制作用的是风荷载。

由于缺乏可信的组合系数，所以不考虑风机荷载的效应的组合，将其与地震作用、风荷载效应分别直接组合确定最不利设计内力。

2.1设计荷载风机塔在使用过程中的设计荷载包括结构自重、风机荷载、风荷载、地震作用。

不考虑温度作用的影响。

2.1.1 结构自重根据钢结构设计规范（GB50017－2003）本设计钢材密度取ρ＝7800kg/m3，弹性模量Es＝200×109 N/m2，Q235设计强度取205MPa、Q390设计强度取335MPa。

风力发电机联轴器的结构及原理1. 引言嘿，朋友们，今天咱们聊聊风力发电机的联轴器，这个小家伙可是风力发电的关键角色哦。

想象一下，在广袤的田野上，风力发电机高高耸立，迎风招展，转动着大大的叶片。

可是，叶片和发电机之间可少不了一个小小的“桥梁”，那就是联轴器。

别小看它，这玩意儿可承担着巨大的责任呢！1.1 什么是联轴器简单来说，联轴器就是连接两个旋转部件的装置。

就像人和人之间的桥梁一样，它能保证力量的传递，让发电机正常运转。

风力发电机的联轴器主要是把风叶的旋转动能传递给发电机。

要是没有它，风在那儿转悠，电可就没法发出来了。

1.2 联轴器的种类联轴器可不是单一的款式哦，市场上有好多种类。

比如有弹性联轴器，它就像是弹簧一样，能吸收一些振动，减少冲击力；还有刚性联轴器，更加坚固，不容易损坏，适合于高速运转的场合。

每种类型都有自己的“拿手绝活”，我们得根据具体情况选择合适的。

2. 联轴器的结构接下来，我们来深度探讨一下联轴器的结构。

这小家伙的结构并不复杂，通常由两个部分和一些紧固件组成。

两个连接部分分别与风叶和发电机相连，中间有一个小小的连接器，像胶水一样把它们粘在一起。

这样一来，风叶转动时，动能就能顺利传递到发电机上，真是神奇得很！2.1 材料选择说到材料，那可是大有讲究的。

常用的材料有铝合金、钢铁等，它们各有优缺点。

铝合金轻巧，耐腐蚀，但承载能力稍差；而钢铁坚固，能承受更大的压力，但是重量比较大，得看具体需求。

可以说，选对材料，就像做菜时调对了味，成品才好吃嘛。

2.2 安装与维护安装联轴器的时候，要特别小心，确保它们对齐。

如果对不齐，那可就麻烦了，可能会导致震动加剧，甚至损坏设备。

日常维护也不能忽视哦，定期检查联轴器的磨损情况，及时更换损坏的部件，就像养护爱车一样，保持它的“青春活力”。

3. 联轴器的原理那么，联轴器到底是怎么工作的呢？其实原理非常简单。

风吹动叶片转动，叶片通过联轴器将旋转的力量传递给发电机，发电机再将这些机械能转化为电能。

风力发电机工作原理及原理图风力发电机工作原理及原理图风力发电机工作原理及原理图现代变速双馈风力发电机的工作原理就是通过叶轮将风能转变为机械转距(风轮转动惯量),通过主轴传动链,经过齿轮箱增速到异步发电机的转速后,通过励磁变流器励磁而将发电机的定子电能并入电网.如果超过发电机同步转速,转子也处于发电状态,通过变流器向电网馈电.最简单的风力发电机可由叶轮和发电机两部分构成,立在一定高度的塔干上,这是小型离网风机.最初的风力发电机发出的电能随风变化时有时无,电压和频率不稳定,没有实际应用价值.为了解决这些问题,现代风机增加了齿轮箱、偏航系统、液压系统、刹车系统和控制系统等.齿轮箱可以将很低的风轮转速(1500千瓦的风机通常为12-22转/分)变为很高的发电机转速(发电机同步转速通常为1500转/分).同时也使得发电机易于控制,实现稳定的频率和电压输出.偏航系统可以使风轮扫掠面积总是垂直于主风向.要知道,1500千瓦的风机机舱总重50多吨,叶轮30吨,使这样一个系统随时对准主风向也有相当的技术难度.风机是有许多转动部件的,机舱在水平面旋转,随时偏航对准风向;风轮沿水平轴旋转,以便产生动力扭距.对变桨矩风机,组成风轮的叶片要围绕根部的中心轴旋转,以便适应不同的风况而变桨距.在停机时,叶片要顺桨,以便形成阻尼刹车.早期采用液压系统用于调节叶片桨矩(同时作为阻尼、停机、刹车等状态下使用),现在电变距系统逐步取代液压变距.就1500千瓦风机而言,一般在4米/秒左右的风速自动启动,在13米/秒左右发出额定功率.然后,随着风速的增加,一直控制在额定功率附近发电,直到风速达到25米/秒时自动停机.现代风机的设计极限风速为60-70米/秒,也就是说在这么大的风速下风机也不会立即破坏.理论上的12级飓风,其风速范围也仅为32.7-36.9米/秒.风机的控制系统要根据风速、风向对系统加以控制,在稳定的电压和频率下运行,自动地并网和脱网;同时*齿轮箱、发电机的运行温度,液压系统的油压,对出现的任何异常进行报警,必要时自动停机,属于无人值守独立发电系统单元.风力发电机是将风能转换为机械功的动力机械，又称风车。

打下基 础．
能优 良， 行可靠 ， 运 易维 护 、 效率高 等． 由于稀 土永磁 材料、 电力 电子技术 和数 值计算 技术 的发 展 ， 磁 同 永
步 发 电 机 最 近 在 风 能 转 换 系 统 中 获 得 了 广 泛 的 应
１ 轴 向磁 场 永 磁 同步 发 电机 结构 特 点
摘 要 ：当电机 极数 足够 多， 电机 轴 向长度 与外径 的 比率足 够 小时 ， 向磁 场 电机 的转矩 和功率 密度 比 轴 传统径 向磁 场 电机 大． 另外 ， 向磁 场永磁 电机还 有许 多其 它优 点 ， 结 构 简单 ， 向 长度短 ， 轴 如 轴 节约材 料 等， 因此 轴向磁 场永磁 同步发 电机 特 别适合 于直驱 风 能转 换和 电动 车应 用场合． 阐述 轴 向磁 场永磁 同步
众 所周知 ， 如果 电机 的极数 足够 多 ， 向长度 与 轴 外 径 的比率足 够 小 时 ， 向磁 场 永 磁 （ Ｐ 电机 轴 ＡＦ Ｍ） 的转矩 和功率密 度 比传 统径 向磁 场永 磁 （ Ｆ Ｍ） Ｒ Ｐ 电 机 大雎 ． 向磁 场永 磁 电机还具 有结 构紧 凑 、 动惯 ］轴 转
可 以做 成多定 子 、 转子 的多气 隙结 构 ， 多 以提 高输 出
功率． 因此轴 向永磁 同步 发 电机 特 别 适 合 应用 于 风 能转换 和电动 车辆场合 ．
由于轴 向磁 场 电机 的结构 不 同于传 统径 向磁 场
的， 因此简称 为 Ｎ （ Ｓ方 案 ）Ｔｏｕ —Ｓ 开槽 ） ＳＮ ｒｓ （ 型．
量小 ， 节约材 料 ， 子 绕组 散热 条 件 良好 的优 点 ， 定 还
对 于有 三 个 盘 的轴 向磁 场 电机 ， 以形 成 两种 可
不 同 的磁 路 方案 ， 即所 谓 的 ＮＳ方案 ， 子两边 的正 定

设计一种高效的新型风力发电设备随着全球能源危机不断加剧，可再生能源的利用已经成为着眼于未来、从长远来看、适合环境、减少排放、维持生态平衡的不二选择。

而在各种可再生能源中，风能作为最为普遍、可靠、清洁的一种能源已经逐渐成为大家的关注对象。

在本文中，我尝试设计一种高效的新型风力发电设备。

一、风力发电的现状风能是指因地球自转引起的气流在地球表面的动力效应，将大风场上的风能转化为动力机械输出和电能等可用能源。

大约在20世纪20年代初，人们开始使用风力发电，20世纪70年代工、農、城建的超负荷需要促使人们重新关注风力发电的技术和应用。

但是目前风力发电还面临着一些问题：1. 风能资源的分布不均导致了风电站建设的不便。

2. 风能分布的灵活性使得群体控制风力发电的运作需要更为复杂的控制系统。

3. 风力的波动性及不稳定性使得风力发电难以承担负荷和稳定供电的问题。

二、高效新型风力发电设备的设计为了克服上述问题，我们需要设计一种既能克服风能资源分布不均的问题，又能稳定地发电的高效新型风力发电设备。

本文提出一种螺旋形风力发电机，该发电机能够有效地转化低速风能为高速旋转的轴能，其优点如下：1. 增加风力利用率螺旋形风力发电机的叶轮在相同风速条件下比三叶风力发电机更能吸收风能，因此其利用效率更高。

同时，由于在风速较低的情况下也可产生电能，因此利用范围更广。

2. 稳定性强螺旋形风力发电机采用的是有扭矩输出的旋转式密封结构，可以克服由风力引起的振动和噪声问题，使得风力发电机更加稳定、可靠。

3. 减少飞禽伤亡传统的风力发电机在工作时对鸟类以及其他飞禽产生较大的威胁，而螺旋形风力发电机因为没有旋转的叶轮，所以它不会产生同样的问题。

三、螺旋形风力发电机的工作原理螺旋形风力发电机的外形像一个螺旋形的围栏，通过风力带动围栏转动，在围栏的特殊结构下，通过转换机构，将低速的风能转化为高速旋转的轴能，并产生电能输出。

螺旋形风力发电机内部结构如下：1. 固定支架负责固定螺旋形风力发电机在地面或其他平面上。

《风力发电机组设计与制造》课程设计报告院系：可再生能源学院班级：风能0902班******学号：**********指导老师：田德、王永提交日期：一、设计任务书1、设计内容风电机组总体技术设计2、目的与任务主要目的：1)以大型水平轴风力机为研究对象，掌握系统的总体设计方法；2)熟悉相关的工程设计软件；3)掌握科研报告的撰写方法。

主要任务：每位同学独立完成风电机组总体技术设计，包括：1)确定风电机组的总体技术参数；2)关键零部件（齿轮箱、发电机和变流器）技术参数；3)计算关键零部件（叶片、风轮、主轴、连轴器和塔架等）载荷和技术参数；4)完成叶片设计任务；5)确定塔架的设计方案。

每人撰写一份课程设计报告。

3、主要内容每人选择功率范围在1.5MW至6MW之间的风电机组进行设计。

1）原始参数：风力机的安装场地50米高度年平均风速为7.0m/s，60米高度年平均风速为7.3m/s，70米高度年平均风速为7.6 m/s，当地历史最大风速为48m/s，用户希望安装1.5 MW 至6MW之间的风力机。

采用63418翼型，63418翼型的升力系数、阻力系数数据如表1所示。

空气密度设定为1.225kg/m3。

2）设计内容（1）确定整机设计的技术参数。

设定几种风力机的C p曲线和C t曲线，风力机基本参数包括叶片数、风轮直径、额定风速、切入风速、切出风速、功率控制方式、传动系统、电气系统、制动系统形式和塔架高度等，根据标准确定风力机等级；（2）关键部件气动载荷的计算。

设定几种风轮的C p曲线和C t曲线，计算几种关键零部件的载荷（叶片载荷、风轮载荷、主轴载荷、连轴器载荷和塔架载荷等）；根据载荷和功率确定所选定机型主要部件的技术参数（齿轮箱、发电机、变流器、连轴器、偏航和变桨距电机等）和型式。

以上内容建议用计算机编程实现，确定整机和各部件（系统）的主要技术参数。

（3）塔架根部截面应力计算。

计算暴风工况下风轮的气动推力，参考风电机组的整体设计参数，计算塔架根部截面的应力。

控制策略实施
实施效果评估
采用最大功率点跟踪和电网电压定向控制 策略，确保风力发电机在并网过程中能够 稳定运行，并实现对电网的友好接入。
通过实际运行数据对并网效果进行评估， 结果显示该并网方案和控制策略能够有效 提高风能利用率和电网稳定性。
06
运行维护与故障排除
运行维护管理体系建立
制定运行维护计划
02
风力发电机组成与工作原理
风轮结构与类型
01
02
03
水平轴风轮
风轮旋转轴与地面平行， 适用于大型风力发电机， 具有高风能利用率和稳定 性。
垂直轴风轮
风轮旋转轴与地面垂直， 适用于小型风力发电机， 具有结构简单、维护方便 等优点。
风轮叶片
叶片形状和材料对风能利 用率和噪音等性能有重要 影响，现代风力发电机多 采用复合材料叶片。
运行。
03
风力发电机组设计与选型
设计原则与方法
01
02
03
04
安全性原则
确保风力发电机组在各种恶劣 环境下的稳定运行，防止意外
事故发生。
经济性原则
在保障安全性的前提下，追求 经济效益最大化，降低度电成
本。
可靠性原则
提高风力发电机组的可利用率 和寿命，减少维护成本和停机
时间。
适应性原则
适应不同风资源和环境条件， 确保风力发电机组的良好运行
控制系统与辅助设备
控制系统
实现对风力发电机的启动、停机 、调速、并网等控制功能，保证
风力发电机的安全稳定运行。
偏航系统
根据风向变化调整风轮迎风角 度，提高风能利用率和减少风 轮载荷。
刹车系统
在紧急情况下实现风力发电机 的快速停机，保证设备安全。

课程设计说明书风力发电机组控制系统设计-最大功率点跟踪控制专业新能源科学与工程学生姓名喻绸绢班级能源121学号1210604122指导教师薛迎成完成日期2015年12月14日目录1。

控制功能设计要求 01。

1任务 02.设计 (2)2.1 介绍对象（风力发电系统的最大功率点跟踪控制技术研究）22.2控制系统方案 (2)2。

2.1风力机最大功率点跟踪原理 (2)2。

2.2风力机发电系统 (5)2.2.3风速变化时的系统跟踪过程 (10)3。

硬件设计 (12)4.软件设计 (15)5。

仿真或调试 (16)参考文献 (18)1。

控制功能设计要求1。

1任务能源与环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题而传统能源已被过度消耗，因此，可再生能源的开发利用越来越受到重视和关注,其中风能具有分布广、储量大、利用方便、无污染等优点是最具大规模开发利用前景的新能源之一.目前，变速恒频风力发电系统已经广泛用于实际风机中,在低于额定风速的情况下根据风速变化的情况调节风机转速，使其运行于最优功率点，从而捕获最大风能;在高于额定风速时,通过对桨距角的调节，使风机以额定功率输出。

常用最大功率捕获方法主要有功率反馈法、模糊控制法、混合控制法等。

为了充分利用风能，提高风电机组的发电总量，本文分析风机特性及最大功率点跟踪（maximum pow er point tracking MPPT）工作原理.众多的MPPT实现方法各有千秋，对于不同的应用场所各有所长，对于多种方案，需要进行大量细致的实验工作和数据分析.风能是一种具有随机性、不稳定性特征的能源，风能的获取不仅与风力发电机的机械特性有关,还与其采用的控制方法有关。

在某一风机转速情况下，风速越大时风力机的输出功率越大,而对某一风速而言，总有一最大功率点存在.只有当风力发电机工作在最佳叶尖速比时，才能输出最大功率.好的控制方法可使风轮的转速迅速跟踪风速变化，使风力发电机始终保持在最佳叶尖速比上运行，从而最大限度地获得风能.要保证最大限度地将捕获到的风能转化为电能，目前一般采用最大功率点追踪控制（MPPT）控制策略.最大功率点跟踪（MPPT)是在可变风速条件下提高风力机能量转换效率的有效方法. 变速风电系统目前一般采用最大功率点追踪（Maximum Power Point Tracking，MPPT）的控制策略.2。

电气工程新技术专题题目：风力发电机组基本结构与工作原理及其控制技术专业：电气工程及其自动化班级：*********姓名：*********学号：*********指导老师：*********本周的电气工程新技术专题中，主要讲解了一些关于风力发电机组的基本姐与工作原理方面的知识，使我们对此有了初步的认识，下面我将简单叙述一下我对风力发电机的了解。

风力发电机是将风能转换为机械功的动力机械，又称风车。

广义的说，它是一种以太阳微热源，以大气为工作介质的热能利用发电机。

风力发电机利用的是自然能源，相对柴油发电要好得多。

但若应急来用的话还是不如柴油发电机。

风力发电不可视为备用电源，但是却可以长期利用。

一、风力发电机的基本结构风力发电机组是由风轮、传动系统、偏航系统、液压系统、制动系统、发电机、控制与安全系统、机舱、塔架和基础等组成。

各主要组成部分功能简述如下：（1）叶片叶片是吸收风能的单元，用于将空气的动能转换为叶轮转动的机械能。

（2）变浆系统变浆系统通过改变叶片的桨距角，使叶片在不同风速时处于最佳的吸收风能的状态，当风速超过切出风速时，使叶片顺桨刹车。

（3）齿轮箱齿轮箱是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机，并使其得到相应的转速。

（4）发电机发电机是将叶轮转动的机械动能转换为电能的部件。

转子与变频器连接，可向转子回路提供可调频率的电压，输出转速可以在同步转速±30%范围内调节。

（5）偏航系统偏航系统采用主动对风齿轮驱动形式，与控制系统相配合，使叶轮始终处于迎风状态，充分利用风能，提高发电效率。

同时提供必要的锁紧力矩，以保障机组安全运行。

（6）轮毂系统轮毂的作用是将叶片固定在一起，并且承受叶片上传递的各种载荷，然后传递到发电机转动轴上。

轮毂结构是3个放射形喇叭口拟合在一起的。

（7）底座总成底座总成主要有底座、下平台总成、内平台总成、机舱梯子等组成。

通过偏航轴承与塔架相连，并通过偏航系统带动机舱总成、发电机总成、变浆系统总成。

2、塔架
1 风力机的塔架除了要支撑风力机的重量，还要承 受吹向风力机和塔架的风压，以及风力机运行中 的动载荷。它的刚度和风力机的振动有密切关系。 水平轴风力发电机的塔架主要可分为管柱型和桁 架型两类。
2 一般圆柱形塔架对风的阻力较小，特别是对于下 风向风力机，产生紊流的影响要比桁架式塔架小。 桁架式塔架常用于中小型风力机上，其优点是造 价不高，运输也方便。但这种塔架会使下风向风 力机的叶片产生很大的紊流。
风力发电机主要组成部分介绍
1、风轮
风力机区别于其他机械的最主要特 征就是风轮。风轮一般由2～3个叶 片和轮毂所组成，其功能是将风能 转换为机械能。 由于风力发电机的理论基础也是空 气动力学，故其叶片形状与机翼很 相似。风经过水平轴风力发电机的 叶片时由于叶片与风有一个夹角， 风在叶片上形成升力，风力发电机 就是依靠叶片上的升力把风能转换 为旋转的机械能，从而带动发电机 进行发电的。
航装置、控制系统、
塔架等部件组成， 其结构如右图所示
图3-7 并网运行的水平轴风力发电机组的原理框图
Байду номын сангаас
（3） 大型风力发电机组
并网运行的大型风力 发电机组的基本结构，它 由叶片、轮毂、主轴、增 速齿轮箱、调向机构、发 电机、塔架、控制系统及 附属部件（机舱、机座、 回转体、制动器）等组成， 结构如右图。
风机控制方式及内容
• 一个完整的风力发电机组通常由风轮、增速齿轮 箱、风力发电机、机座、塔架、调速器、调向器、 停车制动器、控制系统等构成，为使风力机组能 够稳定运行，必须对其进行有效的控制。考虑到 风力发电机组的特殊性，按重要性的顺序，控制 器应依次满足以下要求：
1）风能转换系统是稳定的； 2）运行过程中，在各种不确定的的因素如阵风、剪切风、负载变化 作用下具有鲁棒性； 3）控制代价小，即对不同输入信号的幅值有一定限制，如调向的时 间等；

目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章绪论 (1)1.1 开发利用风能的动因 (1)1.1.1 经济驱动力 (1)1.1.2 环境驱动力 (2)1.1.3 社会驱动力 (2)1.1.4 技术驱动力 (2)1.2 风力发电的现状 (2)1.2.1 世界风力发电现状 (2)1.2.2 中国风力发电现状[13] (3)1.3风力发电展望 (3)第2章风力发电系统的研究 (5)2.1 风力发电系统 (5)2.1.1 恒速恒频发电系统 (5)2.1.2 变速恒频发电机系统 (6)2.2 变速恒频风力发电系统的总体设计 (9)2.2.1 变速恒频风力发电系统的特点 (9)2.2.2 变速恒频风力发电系统的结构 (9)2.2.3 变速恒频风力发电系统运行控制的总体方案 (19)第3章风力发电机的设计 (25)3.1 概述[11] (25)3.2 风力发电机 (25)3.2.1 风力发电机的结构 (25)3.2.2 风力发电机的原理 (26)3.3 三相异步发电机的电磁设计 (27)3.3.1 三相异步发电机电磁设计的特点 (27)3.3.2 三相异步发电机和三相异步电动机的差异[2] (27)3.3.3 三相异步发电机的电磁设计方案 (28)3.3.4 三相异步发电机电磁计算程序 (29)结束语 (40)参考文献 (41)致谢 (43)风力发电机的设计及风力发电系统的研究摘要：本文对国内外风力发电的发展现状进行了概述。

指出了风力发电机的发展趋势和研究方向。

阐述了三相异步电机的结构与原理。

重点讲述了三相异步发电机的电磁设计方法，并列出了具体的电磁设计过程。

本课题所研究的异步发电机，是目前最理想的风力发电机，前景非常乐观重点介绍了目前风电场中所采用的风力发电机组 ,包括风力机、风力机的功率调节及恒速恒频和变速恒频发电系统。

介绍了风力发电机组的三种典型控制策略的理论依据技术路线。

设计了一个变速恒频风力发电系统。

风力发电机叶片的设计能源与环境的协调发展是实现国家现代化目标的必要条件。

随着全球气候变暖与化石能源的不断消耗及其对环境的影响问题，其他能源的开发越来越受到重视，如核能、地热能、风能、水能等新能源及生物质能、氢能的二次能源的开发应用也日益发展起来。

而在这些新兴的能源种类中，核能的核废料处理相当困难，并且其日污染相比火电厂更为严重，同时需要相当严密的监管控制能力以防止其泄露而产生不可估量的破坏，国际上这些例子也是相当多的。

而地热能的开发势必要依赖与高科技，在当今对地热开发利用还不完善的现状下，更是难以做到，并且其开发对地表的影响也相当大。

而风能则作为太阳能的转换形式之一，它是取之不尽、用之不竭的清洁可再生能源，不产生任何有害气体和废料，不污染环境。

海上，陆地可利用开发的可达2×1010kW，远远高于地球水能的利用，风能的发展潜力巨大，前景广阔。

自20世纪70年代中期以来，世界主要发达国家和一些发展中国家都在加紧对风能的开发和利用，减少二氧化碳等温室气体的排放，保护人类赖以生存的地球。

风力发电技术相对太阳能、生物质等可再生能源技术更为方便，成本更低，对环境破环更小，作为清洁能源的主要利用方式而飞速发展，且日益规模化。

一、叶片设计的意义在风力发电机中叶片的设计直接影响风能的转换效率，直接影响其年发电量，是风能利用的重要一环。

本文主要是设计气动性能较好的翼型与叶片并进行气动分析。

而翼型作为叶片的气动外形，直接影响叶片对风能的利用率。

现在翼型的选择有很多种，FFA-W系列翼型的优点是在设计工况下具有较高的升力系数和升阻比，并且在非设计工况下具有良好的失速性能。

叶片的气动设计方法主要有依据贝茨理论的简化设计方法，葛老渥方法与维尔森方法。

简化的设计方法未考虑涡流损失等因素的影响，一般只用于初步的气动方案的设计过程；葛老渥方法则忽略了叶尖损失与升阻比对叶片性能的影响，同时在非设计状态下的气动性能也并未考虑；维尔森方法则较为全面是现今常用的叶片气动外形设计方法。

风力发电机组基础设计研究摘要能源和环境是当今人类生存和发展需要解决的紧迫问题。

不可再生能源的大量开采、能源利用中环境的破坏等一系列问题迫使我们在开发利用常规能源的同时，应该更加注重开发可再生的清洁能源，如风能、太阳能、潮汐能、生物质能和水能等。

风力发电作为可再生的清洁能源受到世界各国政府、能源界和环保界的高度重视，发展风力发电事业是目前国内外电力事业发展趋势之一。

地球上风力资源蕴藏量大,清洁无污染，施工周期短，投资灵活，占地少，具有较好的经济效益和社会效益。

近年来，国内许多风电场工程已相继建成发电或正在建设，但涉及风电机组安全的风电机组基础设计却一直没有系统、详细的理论支持，设计中一般借鉴电力工程、建筑工程等设计理论，造成风电机组基础设计有的偏于保守，有的偏不安全，个别已建风电场风机机组在极端工况时甚至出现基础倾倒破坏的现象，经济损失较大。

关键词风机基础偏心受压基底允许脱开面积地基变形计算稳定性计算裂缝宽度验算疲劳强度验算1 风电发展概况世界上，欧洲国家最早开始利用风力发电。

19世纪末，丹麦首先开始探索风力发电，建立了世界上第一座风力发电试验站。

20世纪30年代，丹麦、瑞典、苏联和美国应用航空工业的旋翼技术，成功地研制了一些小型风力发电装置。

这种小型风力发电机，广泛在多风的海岛和偏僻的乡村使用。

20世纪70年代，美国、丹麦建成大中型发电机组电站。

自20世纪90年代以来，丹麦、德国大力发展风力发电站，每年风力发电量的增长率均在30%以上，并制定出长期发展规划。

除德国和丹麦外，荷兰、瑞典、法国、挪威、芬兰、意大利和西班牙等国家也出台了5年、10年风力发电普及计划。

20世纪90年代是我国风力发电的发展阶段，主要设备采用的是进口设备并由国外政府贷款协助完成。

“十五”期间，中国的并网风电得到迅速发展。

全国风电规划目标：国家发改委制定《国家风力发电中长期发展规划》，并广泛征集各省发改委（计委）和有关单位的意见，提出了到2020年全国建设2000万kW风电装机的宏伟目标，风电要在能源供应和减排温室气体方面起显著作用是2020年以后。

1.5兆⽡风⼒发电机组塔筒及基础设计1.5兆⽡风⼒发电机组塔筒及基础设计摘要：风能资源是清洁的可再⽣资源，风⼒发电是新能源中技术最成熟、开发条件最具规模和商业化发展前景最好的发电⽅式之⼀。

塔筒和基础构成风⼒发电机组的⽀撑结构，将风⼒发电机⽀撑在60—100m的⾼空，从⽽使其获得充⾜、稳定的风⼒来发电。

塔筒是风⼒发电机组的主要承载结构，⼤型⽔平轴风⼒机塔筒多为细长的圆锥状结构。

⼀个优良的塔筒设计，可以保证整机的动⼒稳定性，故塔筒的设计不仅要满⾜其空⽓动⼒学上得要求，还要在结构、⼯艺、成本、使⽤等⽅⾯进⾏综合分析。

基础设计与基础所处的地质条件密不可分，良好的地质条件可以为基础提供可靠的安全保证，从风机塔筒基础特点的分析可以看出，风机塔筒基础的重要性及复杂性是不⾔⽽喻的。

在复杂地质条件下如何确定安全合理的基础⽅案更是重中之重。

关键词：1.5兆⽡；风⼒发电机组；塔筒；基础；设计1、我国风机基础设计的发展历程我国风机基础设计总体上可划分为三个阶段，即2003年以前⼩机组基础的⾃主设计阶段，2003— 2007年MW机组基础设计的引进和消化阶段，2007年以后MW机组基础的⾃主设计阶段，在2003年以前，由于当时的⿎励政策⼒度不⼤，风电发展缓慢，2002年末累计装机容量仅为46.8万kw，当年新增装机容量仅为6.8万kw，项⽬规模⼩、单机容量⼩，国外风机⼚商涉⾜也较少，风机基础主要由国内业主或⼚商委托勘测设计单位完成，设计主要依据建筑类的地基规范。

从2003年开始，由于电⼒体制改⾰形成的电⼒投资主体多元化以及我国开始实施风电特许权项⽬，尤其是2006年《可再⽣能源法》⽣效以后，国外风机开始⼤规模进⼊中国，且有单机容量600kw、750kw很快发展到850kw、1.0MW、1.2MW、1.5MW 和2.0MW，国外⼚商对风机基础设计也⾮常重视，鉴于国内在MW风机基础设计⽅⾯的经验⼜不够丰富，不少情况下基础设计都是按照⼚商提供的标准图、国内设计院根据风电场地质勘测资料和国内建筑材料的具体情况进⾏设计调整、⼚商对国内设计院的设计调整成果进⾏复核确认模式。

风力发电机从结构上可分为两类其一是水平轴风力机，叶片安装在水平轴上，叶片接受风能转动去驱动所要驱动的机械。

水平轴风力机分多叶片低速风力机和1-3个叶片的高速风力机。

其二是垂直轴风力机，风轮轴是垂直布置的，叶片带动风轮轴转动再驱动所要驱动的机械。

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风力发电机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，主要原因是垂直轴风力发电机效率低、需启动设备，同时还有些技术问题尚待解决。

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。

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j＝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，称低速联铀器。

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，院需外电源外，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。

6. 塔架塔架是支撑风力发电机的支架。

塔架有钢架结构的，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。