1.3.2 水平轴风力发电机的结构

大中型风力发电机组是由叶片、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)组成的。

(1)机舱

机舱包含着风力发电机的关键设备，包括齿轮箱、发电机等。

(2)风轮

叶片安装在轮毂上称作风轮，它包括叶片、轮毂、主轴等。风轮是风力发电 机接受风能的部件。

叶片是风力发电机组最关键的部件， 现代风力发电机上每个转子叶片的测量 长度大约为 20 米叶片数通常为 2 枚或 3 枚，大部分转子叶片用玻璃纤维强化塑 料(GRP)制造。叶片可分为变浆距和定浆距两种叶片，其作用都是为了调速， 当风力达到风力发电机组设计的额定风速时，在风轮上就要采取措施，以保证风 力发电机的输出功率不会超过允许值。 轮毂是连接叶片和主轴的零部件。

轮毂一般由铸钢或钢板焊接而成，其中不 允许有夹渣、砂眼、裂纹等缺陷，并按桨叶可承受的最大离心力载荷来设计。

主轴也称低速轴，将转子轴心与齿轮箱连接在一起，由于承受的扭矩较大，其转速一般小于 50r/min，一般由 40Cr 或其他高强度合金钢制成。

(3)增速器

增速器就是齿轮箱， 是风力发电机组关键部件之一。由于风轮机工作在低转 速下，而发电机工作在高转速下，为实现匹配采用增速齿轮箱。使用齿轮箱可以 将风电机转子上的较低转速、 较高转矩转换为用于发电机上的较高转速、较低转 矩。

(4)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。

(5)制动器

制动器是使风力发电机停止转动的装置，也称刹车。

(6)发电机

发电机是风力发电机组中最关键的部件，是将风能最终转变成电能的设备。 发电机的性能好坏直接影响整机效率和可靠性。大型风电机(100-150 千瓦)通 常产生 690 伏特的三相交流电。然后电流通过风电机旁的变压器(或在塔内)， 电压被提高至 1-3 万伏， 这取决于当地电网的标准。风力发电机上常用的发电机 有以下几种：

① 直流发电机，常用在微、小型风力发电机上。

② 永磁发电机，常用在小型风力发电机上。现在我国已经发明了交流电压 440/240V 的高效永磁交流发电机，可以做成多对极低转速的，特别适合风力发 电机。

③ 同步或异步交流发电机，它的电枢磁场与主磁场不同步旋转，其转速比 同步转速略低，当并网时转速应提高。

(7)塔架

塔架是支撑风力发电机的支架。塔架有型钢架结构的，有圆锥型钢管和钢筋 混凝土的等三种形式，风电机塔载有机舱及转子。

(8)调速装置

风速是变化的， 风轮的转速也会随风速的变化而变化。为了使风轮运转所需 要额定转速下的装置称为调速装置，调速装置只在额定风速以上时调速。目前世 界各国所采用的调速装置主要有以下几种：

1 ○可变浆距的调速装置;

2 ○定浆距叶尖失速控制的调速装置;

3 ○离心飞球调速装置;

4 ○空气动力调速装置;

5 ○扭头、仰头调速装置。

(9)调向(偏航)装置

调向装置就是使风轮正常运转时一直使风轮对准风向的装置。 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。通常在风改变其方向时，风电机一次只会偏转几度。

(10)风力发电机微机控制系统

风力发电机的微机控制属于离散型控制，是将风向标、风速计、风轮转速、 发电机电压、频率、电流、发电机温升、增速器温升、机舱振动、塔架振动、电 缆过缠绕、电网电压、电流、频率等传感器的信号经 A/D 转换，输送给单片机再 按设计程序给出各种指令实现自动启动、自动调向、自动调速、自动并网、自动 解列、运行中机组故障的自动停机、自动电缆解绕、过振动停机、过大风停机等 的自动控制。 自我故障诊断及微机终端故障输出需维修的故障，由维修人员维修 后给微机以指令， 微机再执行自动控制程序。 风电场的机组群可以实现联网管理、 互相通信， 出现故障的风机会在微机总站的微机终端和显示器上读出、调出程序 和修改程序等，使现代风力发电机真正实现了现场无人职守的自动控制。

(11)电缆扭缆计数器

电缆是用来将电流从风电机运载到塔下的重要装置。 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，导致电缆扭断或出现其他故障。因 此风力发电机配备有电缆扭曲计数器，用于提醒操作员应该将电缆解开了。风力 发电机还会配备有拉动开关在电缆扭曲太厉害时被激发，断开装置或刹车停机， 然后解缆。