风力发电机构成及运行原理

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运行原理基础知识

风-->带动叶轮-->增速-->发电机发电-->整流成直流电-->逆变成交流-->并电入网

1.风能发电的动力学原理

风力发电采用空气动力学原理,并非风推动叶轮叶片,而是风吹过叶片形成叶片正反面的压力差 ,这种压力差会产升力 ,令叶轮旋转并不断横切风流。该原理类似于飞机上升时的原理,空气通过机翼,产生向上的升力和向前的阻力。

2.风力发电机的组成部分及特点:

2.1 叶轮

叶片是用加强玻璃塑料(GRP)、碳纤维强化塑料(CFRP)、钢和铝构成的。叶轮是将风能转化为动能的机构,风力带动风车叶片旋转,再通过齿轮箱将旋转的速度提升,来促使发电机发电。

2.2 传动装置

风力机的传动机构一般包括低速轴、高速轴、齿轮箱、联轴节和制动器等。

齿轮箱是传动装置的主要部件。 齿轮箱主要功用是将叶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。通常叶轮的转速很低,远达不到发电机发电所要求的转速,必须通过齿轮箱齿轮副的增速作用来实现,故也将齿轮箱称之为增速箱。

2.3 刹车系统

风力发电制动分两部分,气动制动与机械制动。风的速度很不稳定,在大风的作用下,叶轮会越转越快,系统就可能被吹跨,常常在齿轮箱的输入端或输出端设置刹车装置,配合叶尖制动(定浆距叶轮)或变浆距制动装置共同对机组传动系统进行联合制动。

2.4 偏航系统 偏航系统可以使叶轮扫掠面积总是垂直于主风向。 中小型风机可用舵轮作为对风装置,其工作原理大致如下:当风向变化时,位于风轮后面两舵轮(其旋转平面与风轮旋转平面相垂直)旋转,并通过一套齿轮传动系统使风轮偏转, 当风轮重新对准风向后, 舵轮停止转动, 对风过程结束。

2.5 控制系统

控制系统是现代风力发电机的神经中枢。现代风机是无人值守的。就兆瓦级风机而言,一般在4米/秒左右的风速自动启动,在14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。现代风机的存活风速为60-70 米/秒,也就是说在这么大的风速下风机也不会被吹坏。通常所说的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,要在这样恶劣的条件下,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。并监视齿轮箱、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。

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(齿轮箱)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。