2023年最新的风力发电机19篇

1、第 PAGE120 页 共 NUMPAGES120 页2023年最新的风力发电机19篇关键词：双馈发电机、ABB变频器、 引言：电机是利用电磁感应原理工作的机械。随着生产的发展而发展的，反过来，电机的发展又促进了社会生产力的不断提高。从19世纪末期起，电动机就逐渐代替蒸汽机作为拖动生产机械的原动机，一个多世纪以来，虽然电机的基本结构变化不大，但是电机的类型增加了许多，在运行性能，经济指标等方面也都有了很大的改进和提高，而且随着自动控制系统和计算机技术的发展，在一般旋转电机的理论基础上又发展出许多种类的控制电机，控制电机具有高可靠性好精确度快速响应的特点，已成为电机学科的一个独立分支。 它应用广

2、泛，种类繁多。性能各异，分类方法也很多。电机常用的分类方法主要有两种：一种是按功能用途分，可分为发电机电动机，变压器和控制电机四大类。 在现代化工业生产过程中，为了实现各种生产工艺过程，需要各种各样的生产机械。拖动各种生产机械运转，可以采用气动，液压传动和电力拖动。由于电力拖动具有控制简单调节性能好耗损小经济，能实现远距离控制和自动控制等一系列优点，因此大多数生产机械都采用电力拖动。 变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源的频率和幅度的方式来控制交流电动机的电力传动元件。变频器在中、韩等亚洲地区受日本厂商影响而曾被称作VVVF（Variable Voltage Variable

3、 Frequency Inverter）。 正文： 我们通常所讲的双馈异步发电机实质上是一种绕线式转子电机，由于其定、转子都能向电网馈电，故简称双馈电机。双馈电机虽然属于异步机的范畴，但是由于其具有独立的励磁绕组，可以象同步电机一样施加励磁，调节功率因数，所以又称为交流励磁电机，也有称为异步化同步电机。 同步电机由于是直流励磁，其可调量只有一个电流的幅值，所以同步电机一般只能对无功功率进行调节。交流励磁电机的可调量有三个：一是可调节的励磁电流幅值；二是可改变励磁频率；三是可改变相位。这说明交流励磁电机比同步电机多了两个可调量。 通过改变励磁频率，可改变发电机的转速，达到调速的目的。这样，在负荷

4、突变时，可通过快速控制励磁频率来改变电机转速，充分利用转子的动能，释放或吸收负荷，对电网扰动远比常规电机小。 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，本章的主要内容讲述一种基于定子磁链定向的矢量控制策略，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

5、力发电机组均是采用此种控制策略。 一、 双馈电机的基本工作原理 设双馈电机的定转子绕组均为对称绕组，电机的极对数为word/media/image1.gif，根据旋转磁场理论，当定子对称三相绕组施以对称三相电压，有对称三相电流流过时，会在电机的气隙中形成一个旋转的磁场，这个旋转磁场的转速word/media/image2.gif称为同步转速，它与电网频率word/media/image3.gif及电机的极对数word/media/image1.gif的关系如下： word/media/image4.gif （3-1） 同样在转子三相对称绕组上通入频率为word/media/image5.gif

6、的三相对称电流，所产生旋转磁场相对于转子本身的旋转速度为： word/media/image6.gif （3-2） 由式3-2可知，改变频率word/media/image5.gif，即可改变word/media/image7.gif，而且若改变通入转子三相电流的相序，还可以改变此转子旋转磁场的转向。因此，若设word/media/image2.gif为对应于电网频率为50Hz时双馈发电机的同步转速，而word/media/image8.gif为电机转子本身的旋转速度，则只要维持word/media/image9.gif，见式3-3，则双馈电机定子绕组的感应电势，如同在同步发电机时一样，其频率

7、将始终维持为word/media/image3.gif不变。 word/media/image9.gif （3-3） 双馈电机的转差率word/media/image10.gif，则双馈电机转子三相绕组内通入的电流频率应为： word/media/image11.gif （3-4） 公式3-4表明，在异步电机转子以变化的转速转动时，只要在转子的三相对称绕组中通入转差频率（即word/media/image12.gif）的电流，则在双馈电机的定子绕组中就能产生50Hz的恒频电势。所以根据上述原理，只要控制好转子电流的频率就可以实现变速恒频发电了。 根据双馈电机转子转速的变化，双馈发电机可有以下三

8、种运行状态： 1. 亚同步运行状态：在此种状态下word/media/image13.gif，由转差频率为word/media/image5.gif的电流产生的旋转磁场转速word/media/image7.gif与转子的转速方向相同，因此有word/media/image14.gif。 2. 超同步运行状态：在此种状态下word/media/image15.gif，改变通入转子绕组的频率为word/media/image5.gif的电流相序，则其所产生的旋转磁场的转速word/media/image7.gif与转子的转速方向相反，因此有word/media/image16.gif。 3. 同

9、步运行状态：在此种状态下word/media/image17.gif，转差频率word/media/image18.gif，这表明此时通入转子绕组的电流频率为0，也即直流电流，与普通的同步电机一样。 下面从等效电路的角度分析双馈电机的特性。首先，作如下假定： 1. 只考虑定转子的基波分量，忽略谐波分量 2. 只考虑定转子空间磁势基波分量 3. 忽略磁滞、涡流、铁耗 4. 变频电源可为转子提供能满足幅值、频率、功率因数要求的电源，不计其阻抗和损耗。 发电机定子侧电压电流的正方向按发电机惯例，转子侧电压电流的正方向按电动机惯例，电磁转矩与转向相反为正，转差率S按转子转速小于同步转速为正，参照异步电

10、机的分析方法，可得双馈发电机的等效电路，如图3-1所示： 根据等效电路图，可得双馈发电机的基本方程式： word/media/image20.gif （3-5） 式中： word/media/image21.gif、word/media/image22.gif分别为定子侧的电阻和漏抗 word/media/image23.gif、word/media/image24.gif分别为转子折算到定子侧的电阻和漏抗 word/media/image25.gif为激磁电抗 word/media/image26.gif、word/media/image27.gif、word/media/image28.g

11、if分别为定子侧电压、感应电势和电流 word/media/image29.gif、word/media/image30.gif分别为转子侧感应电势，转子电流经过频率和绕组折算后折算到定子侧的值。 word/media/image31.gif转子励磁电压经过绕组折算后的值，word/media/image32.gif为word/media/image33.gif再经过频率折算后的值。 普通的绕线转子电机的转子侧是自行闭合的， 根据基尔霍夫电压电流定律可以写出普通绕线式转子电机的基本方程式： word/media/image49.gif （3-6） 从等值电路和两组方程的对比中可以看出，双馈电机

12、就是在普通绕线式转子电机的转子回路中增加了一个励磁电源，恰恰是这个交流励磁电源的加入大大改善了双馈电机的调节特性，使双馈电机表现出较其它电机更优越的一些特性。下面我们根据两种电机的基本方程画出各自的矢量图，从矢量图中说明引入转子励磁电源对有功和无功的影响。 从矢量图中可以看出，对于传统的绕线式转子电机，当运行的转差率s和转子参数确定后，定转子各相量相互之间的相位就确定了，无法进行调整。即当转子的转速超过同步转速之后，电机运行于发电机状态，此时虽然发电机向电网输送有功功率，但是同时电机仍然要从电网中吸收滞后的无功进行励磁。但从图3-4中可以看出引入了转子励磁电压之后，定子电压和电流的相位发生了变

13、化，因此使得电机的功率因数可以调整，这样就大大改善了发电机的运行特性，对电力系统的安全运行就有重要意义。 双馈发电机(doubly-fed induction generator，简称DFIG)在结构上类似绕线式异步电机，具有定、转子两套绕组。在控制中，DFIG转子一般由接到电网上的变频器进行交流励磁。变频器对转子回路电流实现频率、幅值和相位的调节，起到了励磁电源的作用。同步发电机励磁电流的可调量只有幅值，所以一般只能调节无功功率。而DFIG实行交流励磁，可调量有三个:励磁电流幅值、励磁电流频率以及励磁电流相位。由于DFIG励磁电流的可调量比同步发电机多了两个，使其在控制上更加灵活。可实现变速

14、恒频运行、有功无功解祸等。 若双馈风力发电机转子的旋转速度为nr，转子外加励磁电源产生的旋转磁场相对于转子的旋转速度为n2，定子同步磁场的旋转速度为n,，他们之间的关系为n,=n2+ n,因f=n, /60及人二n2 /60，故有nr /60+人=f。 从上式可知，当发电机转速nr变化时，可通过调节转子励磁电流频率人保持定子输出电流频率厂恒定，这是变速恒频运行的原理。当发电机次同步运行时，f 0转子绕组电流相序与定子相同;当发电机超同步运行时，人 风力发电机(2) 风力发电机原理及结构 风力发电机是一种将风能转换为电能的能量转换装置，它包括风力机和发电机两大部分。空气流动的动能作用在风力机风轮

15、上，从而推动风轮旋转起来，将空气动力能转变成风轮旋转机械能，风轮的轮毂固定在风力发电机的机轴上，通过传动系统驱动发电机轴及转子旋转，发电机将机械能变成电能输送给负荷或电力系统，这就是风力发电的工作过程。 1、风机基本结构特征 风力机主要有风轮、传动系统、对风装置（偏航系统）、液压系统、制动系统、控制与安全系统、机舱、塔架和基础等组成。 （1）风轮 风力机区别于其他机械的主要特征就是风轮。风轮一班有23个叶片和轮毂所组成，其功能是将风能转换为机械能。 风力发电厂的风力机通常有2片或3片叶片，叶尖速度5070m/s，3也片叶轮通常能够提供最佳效率，然而2叶片叶轮及降低2%3%效率。更多的人认为3叶

16、片从审美的角度更令人满意。3叶片叶轮上的手里更平衡，轮毂可以简单些。 1）叶片 叶片是用加强玻璃塑料（GRP）、木头和木板、碳纤维强化塑料（CFRP）、钢和铝职称的。对于小型的风力发电机，如叶轮直径小于5m，选择材料通常关心的是效率而不是重量、硬度和叶片的其他特性，通常用整块优质木材加工制成，表面涂上保护漆，其根部与轮毂相接处使用良好的金属接头并用螺栓拧紧。对于大型风机，叶片特性通常较难满足，所以对材料的选择更为重要。 目前，叶片多为玻璃纤维增强负荷材料，基体材料为聚酯树脂或环氧树脂。环氧树脂比聚酯树脂强度高，材料疲劳特性好，且收缩变形小，聚酯材料较便宜它在固化时收缩大，在叶片的连接处可能存在

17、潜在的危险，即由于收缩变形，在金属材料与玻璃钢之间坑能产生裂纹。 2）轮毂 轮毂是风轮的枢纽，也是叶片根部与主轴的连接件。所有从叶片传来的力，都通过轮毂传到传动系统，在传到风力机驱动的对象。同时轮毂也是控制叶片桨距（使叶片作俯仰转动）的所在。 轮毂承受了风力作用在叶片上的推理、扭矩、弯矩及陀螺力矩。通常安装3片叶片的水平式风力机轮毂的形式为三角形和三通形。 轮毂可以是铸造结构，也可以采用焊接结构，其材料可以是铸钢，也可以采用高强度球墨铸铁。由于高强度球墨铸铁具有不可替代性，如铸造性能好、容易铸成、减振性能好、应力集中敏感性低、成本低等，风力发电机组中大量采用高强度球墨铸铁作为轮毂的材料。 轮毂

18、的常用形式主要有刚性轮毂和铰链式轮毂（柔性轮毂或翘翘板式露骨）。刚性轮毂由于制造成本低、维护少、没有磨损，三叶片风轮一班采用刚性轮毂，且刚性轮毂安装、使用和维护较简单，日常维护工作较少，只要在设计时充分考虑到轮毂的防腐蚀问题，基本上可以说是免维护的，是目前使用最广泛的一种形式。 在设计中，应保证轮毂有足够的强度，并力求结构简单，在可能条件下（如采用叶片失速控制），叶片采用定桨距结构，即将叶片固定在轮毂上（无俯仰转动），这样不但能简化结构设计，提高寿命，而且能有效地降低成本。 （2）传动系统 叶轮产生的机械能由机舱里的传动系统传递给发电机。风力机的传动系统一般包括低速轴、高速轴、齿轮箱、联轴器和

19、一个能是风力机在紧急情况下通知运行的刹车机构等。 齿轮箱用于增加叶片叶轮转速，从2050r/min增速到10001500r/min，驱动发电机。齿轮箱有两种：平行轴式和行星式，大型机组中多用行星式（重量和尺寸优势）。但有些风力机的轮毂直接连接到齿轮箱上，不需要低速传动轴。还有些风力机（特别是小型风力机）设计成无齿轮箱的，风轮直接连接到发电机。在整个传动系统中除了齿轮箱，其他部件基本上一目了然。 传动系统要按输出功率和最大动态扭矩载荷来设计。由于叶轮功率输出有波动，通过增加机械适应性和缓冲驱动来控制动态载荷，对大型的风力发电机来说是非常重要的，因其动态载荷很大，而且感应发电机的缓冲余地比小型风力

20、机小。 机械刹车机构由安装在低速轴或高速轴上刹车圆盘与布置在四周的液压夹钳构成。 液压夹钳固定，刹车圆盘随轴一起转动。刹车夹钳有一个预压的弹簧制动力，液压力通过油缸中的活塞将制动夹钳打开。机械刹车的预压弹簧制动力，一般要求在额定负载下脱网时能够保证风力发电机组安全停机。但在正常停机的情况下，液压力并不是完全释放，即在制动过程中只作用了一部分弹簧力，为此，在液压系统中设置了一个特殊的减压阀和蓄能器，以保证在制动过程中不完全提供弹簧的制动力。 为了监视机械刹车机构的内部状态，刹车钳内部装有温度传感器和指示刹车片厚度的传感器。 （3）偏航系统（对风装置） 风力机的偏航系统也成为对风装置，是上风向水平

21、轴式风力机必不可少的组成系统之一。而下风相风力机的风轮能自然地对准风向因此一般不需要进行调相对风控制。 偏航系统的主要作用有两个：其一是与风力发电机组的控制系统相互配合，使风力发电机组的风轮始终处于迎风状态，充分利用风能，提高风力发电机组的发电效率；其二是提供必要的锁紧力矩，以保障风力发电机组的安全运行。 风力发电机组的偏航系统一般分为主动偏航系统和被动偏航系统。被动偏指的是依靠风力通过相关机构完成机组风轮对风动作的偏航方式，常见的有尾翼、舵轮两种。主动偏航指的是采用电力或液压拖动来完成对风动作的偏航方式，常见的由齿轮驱动和滑动两种形式。对于并网型风力发电机组来说，通常都采用主动偏航的齿轮驱动

22、形式。 风力发电机(3) 自制风力发电机 叶子疏2023-01-28 13:39:00 春节假期就要结束了，反省一下，这个假期你放了多少烟花爆竹造成了多大程度的环境污染，放纵食欲浪费了多少粮食？惭愧了么？那么，我们应该做点什么让自己好受点呢？投身环保事业吧，来吧，我们一起做个风力发电机将来为一些小家电或者各种蓄电池充充电。 编译来源 我们建造了一台功率1kW的风力发电机组，用来给电池组充电并且为我们的不联电网节能住宅提供电能。这是一个永磁发电机，能够产生3相交流电，整流成直流电压并供给充电器。磁铁在转子上，随着微风吹过而旋转。线圈则固定着，所以不使用电刷或者滑环就能将产生的电能引出。 双向电梯

23、 1带磁铁的转子圆盘 2带线圈的定子圆盘 3制作并装配轴承 4制作浆叶 5把它们组装到一起 6DIYer签到处 1带磁铁的转子圆盘 我们用水刀切下了一个12英寸(30.48厘米)的钢制圆盘，之后在上面按照磁铁的尺寸切出合适的安装孔，最后围绕圆盘边缘等距安装了12个N50级别的铷铁硼方形磁铁。磁铁的磁力越强越好。 在安放磁铁时将N极和S极按照NSNS的顺序交叉排列，这样当转子旋转的时候线圈能更多地切割磁力线，从而将更多的机械能转化为电能。之后我们还做了一个外圈模具，浇灌树脂并固化，用来将磁铁和圆盘固定为结实的整体。这里要注意的是磁铁的磁极表面离线圈越近，磁力线越密集，感应出的电压也越高，所以在浇

24、灌树脂之前要将将磁铁露出的磁极表面整平。 2带线圈的定子圆盘 我们制作了9个分开的线圈，等距安装在定子圆盘上，并连接成3相星形配置，最后密封在固化的树脂中。每个线圈用两股14号漆包线平行绕35匝，这样能产生12V的电压。如果你想产生24V的电压，就需要绕上70匝。这里的相图中有3个定子线圈，实际上每个定子线圈是3个相同的线圈串联构成。具体的连接方式是线圈1/4/7，2/5/8，3/6/9串联。 线圈中导线的粗细影响载流量的大小，也就是发电机功率的大小，需要事先查找导线的载流量是否符合要求。每一次磁铁在线圈上方掠过时，线圈的每一圈都会切割磁力线感应出一定的电压，因此线圈匝数越多，就能收集到更多的

25、磁能，输出电压越高。但是在相同的线圈体积下，匝数和导线的载流量，也就是粗细程度的要求互相冲突。好在下面的文献里收集了导线的相关规格，有助于在设计时权衡这个问题。 线圈接法可以参考这里资料的第十五页，星形接法。资料里的其他部分对制作也很有帮助： 线圈接法 3制作并装配轴承 轴承用两个哈雷轮毂轴承套进尺寸恰好的钢管中即可，一小段直径比外层钢管略小的的钢管预先插入两个轴承之间，用来固定它们的相对距离。 4制作浆叶 浆叶是2英寸(5.08厘米)x6英寸(15.24厘米)的松木板，在台锯上切出10度的斜角，并打磨出粗略的翼型。不算很完美，但是大致差不多了。 更多的制作细节可以参考： 风力发电机(4) 风

26、力发电机主要类型 2023-02-16 11:36:31| 分类： 风力发电机|字号 订阅 根据风力发电机的运行特征， 风力发电机可分为恒速风力发电机( Fixed speed generator)、有限变速风力发电机( Limited variable speed generator) 和变速风力发电机(Variable speed generator) 。 1、恒速风力发电机 恒速风力发电机系统如下图所示，采用了笼型异步发电机, 发电机通过变压器直接接入电网。因为笼型异步发电机只能工作在额定转速之上很窄的范围内, 所以通常称之为恒速风力发电机。并网运行时, 异步发电机需要从电网吸收滞后的无

27、功功率以产生旋转磁场, 这恶化了电网的功率因数, 易使电网无功容量不足, 影响电压的稳定性。为此, 一般在发电机组和电网之间配备适当容量的并联补偿电容器组以补偿无功。由于笼型异步发电机系统结构简单、成本低且可靠性高, 比较适合风力发电这种特殊场合, 在风力发电发展的初期, 笼型异步发电机得到了广泛的应用, 有效地促进了风电产业的兴起。 笼型恒速发电机系统 随着风力发电应用的深入， 恒速笼型异步发电机具有的一些固有缺点逐步显现出来， 主要是笼型异步发电机转速只能在额定转速之上1% 5% 内运行，输入的风功率不能过大或过小，若发电机超过转速上限, 将进入不稳定运行区。因此，在多数场合需将2台分别为

28、高速和低速的笼型异步发电机组合。使用, 以充分利用中低风速的风能资源。另外，风速的波动使风力机的气动转矩随之波动， 因为发电机转速不变, 风力机和发电机之间的轴承、齿轮箱将会承受巨大的机械摩擦和疲劳应力。而且, 由于风力机的速度不能调节, 不能从空气中捕获最大风能, 效率较低. 齿轮箱的存在增加了风力机的重量和系统的维护性, 影响了系统效率, 增加了噪声。 2、有限变速风力发电机 有限变速风力发电机系统如下图所示, 发电机采用绕线式异步发电机。 绕线式异步发电机转子外接可变电阻, 其工作原理是通过电力电子装置调整转子回路的电阻, 从而调节发电机的转差率, 使发电机的转差率可增大至10% , 实

29、现有限变速运行, 提高输出功率。 同时, 采用变桨距调节及转子电流控制, 以提高动态性能, 维持输出功率稳定, 减小阵风对电网的扰动. 然而, 由于外接电阻消耗了大量能量, 电机效率降低了. 有些文献也把这种发电系统称为高转差率异步发电机系统。 绕线式有限变速发电机系统【转差率=（同步转速-异步转速）/同步转速】 3、变速风力发电机 3.1、有刷双馈异步发电机 由双馈异步发电机( Doubly fed induction generator,DFIG )构成的变速恒频控制方案是在转子电路实现的, 如下图所示。 流过转子回路的功率是双馈发电机的转速运行范围所决定的转差功率, 该转差功率仅为定子额

30、定功率的一小部分。 一般来说, 转差率为同步速附近30% 左右,因此, 与转子绕组相连的励磁变换器的容量也仅为发电机容量的30%左右,这大大降低了变换器的体积和重量。 采用双馈发电方式, 突破了机电系统必须严格同步运行的传统观念, 使原动机转速不受发电机输出频率限制, 而发电机输出电压和电流的频率、幅值和相位也不受转子速度和瞬时位置的影响, 变机电系统之间的刚性连接为柔性连接。 双馈式变速恒频风力发电机系统 相对于绕线式发电机, 双馈发电机的转子能量没有被消耗掉, 而是可以通过变换器在发电机转子与电网之间双向流通。变换器可以提供无功补偿, 平滑并网电流。正是DFIG具有上述优点, 目前大多数大

31、可变速风力发电系统都采用这种方式, 例如Vestas,Gamesa, GE, No rdex 等公司都有此类产品. 但其控制系统也相对复杂, 尤其是双向变换器的DFIG励磁控制技术和双向并网发电控制技。 双馈发电机系统具有的缺点: 存在多级齿轮箱及滑环、电刷, 不可避免地带来摩擦损耗, 增大了维护量及噪声等; 在电网故障瞬间, 骤然变大的定子和转子电流要求变换器增加保护措施, 增大了软硬件投入, 而且大的故障电流增加了风力机的扭转负荷。 3.2、电励磁同步发电机 电励磁同步发电机( Electrically excited synchronous generator, EESG )变速恒频直驱

32、风力发电系统如下图所示, 电压源型逆变器的直流侧提供电机转子绕组的励磁电流, 发电机发出的是电压和频率都在变化的交流电, 经整流逆变后变成恒压恒频的电能输入电网. 通过调节逆变装置的控制信号可以改变系统输出的有功功率和无功功率, 实时满足电网的功率需要. 在变速恒频直驱风力发电机组中, 整流逆变装置的容量需要与发电机容量相等。 电励磁同步发电机直驱风力发电系统 采取直驱方式, 发电机运行在低速状态, 其电磁转矩相对较大, 同时发电机极对数较多, 意味着发电机的体积也较大. 但由于省去了齿轮箱, 系统的效率 和可靠性都得到了提高。变换器为全功率变换器, 在整个调速范围能使并网电流平滑, 具有噪声

33、低、电网电压闪变小及功率因数高等优点。该系统主要缺点是系统成本较高, 功率变换器损耗较大。 3.3、永磁同步发电机 永磁同步发电机( Permanent magnet synchronous generator, PMSG )变速恒频直驱风力发电系统结构如下图所示, 它采用的电机是永磁发电机, 无需外加励磁装置, 减少了励磁损耗； 同时它无需电刷与滑环, 因此具有效率高、寿命长、免维护等优点。 在定子侧采用全功率变换器, 实现变速恒频控制. 系统省去了齿轮箱, 这样可大大减小系统运行噪声, 提高效率和可靠性, 降低维护成本。 所以, 尽管直接驱动会使永磁发电机的转速很低, 导致发电机体积很大,

34、 成本较高, 但其运行维护成本却得到了降低。 采用直接驱动永磁发电机具有传动系统简单、效率高以及控制鲁棒性好等优点, 因此具有越来越大的吸引力. 目前已有多家公司可以提供商业化的多极永磁风力发电机系统, 如Enercon, W inW ind等公司. 该系统的主要缺点是永磁材料价格较高, 且在高温下易被去磁, 功率变换器容量与发电机容量相同, 变换器成本较高。 永磁同步发电机直驱风力发电系统 随着风机单机容量的增大，齿轮箱的高速传动部件故障问题日益突出，于是没有齿轮箱而将主轴与低速多极同步发电机直接相接的直驱式布局应运而生。但是, 低速多极发电机重量和体积均大幅增加，为此, 采用折中理念的半直

35、驱布局在大型风力发电系统中得到了应用, 如下图所示。 一级齿轮箱驱动永磁同步发电系统 与直驱永磁同步发电系统不同是，半直驱永磁同步风力发电系统在风力机和PMSG之间增加了单级齿轮箱，综合了DFIG和直驱PMSG 系统的优点。与DG IG 系统相比, 减小了机械损耗; 与直驱PMSG系统相比, 提高了发电机转速, 减小了电机体积. 采用全功率变换器, 平滑了并网电流, 电网故障穿越能力得到提高。 风力发电机(5) 序号： 编码： 第三届大学生节能减排社会实践与科技竞赛作品申报书 科技作品类（含实物制作、软件、设计等） 作品名称： 垂直轴风力发电机 学校全称： 湖南科技大学潇湘学院 申报者代表：

36、黄嘉峰 研究生团队 本科生团队 说 明 1. 申报者应在认真阅读此说明各项内容后按要求详细填写。在填表之前请仔细阅读。 2. 申报者在填写申报作品情况时须完整填写A、B、C三类表格。同时打印D 、E表，将A、B、C、D、E五类表格按顺序排放装订。表内项目填写时一律用钢笔或打印，字迹要端正、清楚。 3. 序号、编码由第三届全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛组委会填写。 4. 科技作品类的作品说明书全文请附于申报书后，作品说明书格式见附件2第三届全国大学生节能减排社会实践与科技创新参赛作品说明书格式规范。 5. 作品申报书须由一位具备高级专业技术职称的专家提供推荐意见。 6. 作品申报书须按要求

37、由各参赛高校竞赛组织协调机构统一寄送。 7. 其他参赛事宜请于工作时间向竞赛组委会秘书处咨询。 第三届全国大学生节能减排 社会实践与科技竞赛组委会秘书处 2023年4月1日 A作品团队情况申报 说明：1.必须由申报者本人按要求填写,信息填写必须完整无空白。 2.申报者代表必须是作者中第一作者，其它作者按作品作者依次排列； 4.团队分为本科团队和研究生团队，其中有一位硕士或博士研究生的团队视为研究生团队。 3.本表中的学籍管理部门签章视为对申报者情况的确认。 B申报作品情况（科技作品类，含实物制作、软件、设计等） 说明： 1. 必须由申报者本人填写。 2. 本表只是对作品的简要情况申报，申请人还

38、必须提交详细的研究报告（说明书），并提供图表、曲线、试验数据、原理结构图、外观图（照片）等必要的说明资料，说明书的详细格式请参照附件2第三届全国大学生节能减排社会实践与科技创新参赛作品说明书格式规范，字数不限。 3. 本部分中的管理部门签章视为对申报者所填内容的确认。 C.推荐者情况及对作品的说明 说明：1由推荐者本人填写； 2推荐者必须具有高级专业技术职称，且是与申报作品相同或相关领域的专家学者或专业技术人员（系、所或教研组集体推荐亦可）； 3推荐者填写此部分，即视为同意推荐； 4推荐者所在单位签章仅被视为对推荐者身份的确认。 D竞赛组织委员会秘书处资格和形式审查意见 E竞赛专家委员会预审意

39、见 风力发电机(6) 风力发电机的优缺点 优点： 风力发电装备制造业前景光明 中国风电网 2023-06-04 随着能源与环境的压力增加，清洁可再生的新能源近年受到普遍重视。在各类绿色能源中，风能是前景潜力巨大的可再生能源之一，风力发电技术相对比较成熟，并且最具有大规模商业开发条件、成本相对较低。利用风能发电日益受到关注并展现出广阔的成长空间。中国风能丰富，风力发电装备制造业前景光明，但要科学发展，因应市场，以自主创新增强竞争力。 2023年12月26日，金风科技在中小板股市上市，开盘价即高达138元，盘中更是最高达到160元，报收于131元，成为中国上海和深圳两个股市上第一只首日开盘股价即超

40、过百元的股票，堪称史上最牛气的新股，更在一天之内成就了28名亿万富翁，金风科技董事长和总经理的身家均超过了10亿元。 金风科技是何方神圣呢？它是中国股市上第一家纯风力发电概念股。公开资料显示，金风科技2023年的市场占有率国内达到33%，全球达到2.8%，可称中国“风电龙头”。 风力发电装备制造企业金风科技受到资本市场的热烈追捧，试问风力发电会像前几年太阳能企业上市那样“蔚然成风”吗？ 迅速发展的风电产业 风能是最具商业潜力、最具活力的可再生能源之一，使用清洁，成本较低，取用不尽。风力发电具有装机容量增长空间大，成本下降快，安全、能源永不耗竭等优势。风力发电在为经济增长提供稳定电力供应的同时，

41、可以有效缓解空气污染、水污染和全球变暖问题。在各类新能源开发中，风力发电是技术相对成熟、并具有大规模开发和商业开发条件的发电方式。风力发电可以减少化石燃料发电产生的大量的污染物和碳排放。大规模推广风电可以为节能减排做出积极贡献。在全球能源危机和环境危机日益严重的背景下，风能资源开始受到普遍关注。风力发电规模化发展给风力发电装备制造业提供了广阔的市场空间和前景。 从国际国内形势看，风力发电产业的发展速度非常快，风电装备制造业面临着空前大好的发展机遇。全球风力发电产业装机量近10年来以25的速度飙升。风电已经形成了一个很大的产业，2023年全球新装风电装备价值达到230亿美元，2023年全球新增风

42、电装机容量约1800万千瓦，行业规模的增大和快速发展吸引了更多的企业投入到风电装备制造领域。例如，中国最大的清洁能源生产企业中广核集团将风电列为其第二主业。 中国近年的风力发电发展速度远超世界其它风电大国，投资项目从几千万元到几百亿元的都有。截止到2023年底，中国累计建设风电场100个，累计安装风电机组3307台，累计装机容量已经达到260万千瓦，当年新增装机容量为133万千瓦，同比增长166%，2023年风电装机容量就超过前20年的总和。可再生能源法、促进风电发展实施意见等政策法规的实施和节能减排风暴，助推了中国风电产业的大发展。据国际绿色和平组织和世界风能协会的一份报告显示，中国已位列在

43、全球风电市场未来发展中扮演领军角色的国家之一（其他国家包括美国、加拿大、澳大利亚、英国、法国、日本、意大利、法国、巴西、印度、菲律宾、土耳其和波兰）。2023年，中国风电行业发生了一连串引人注目的事情，例如： 河北省张家口市正在打造中国最大风力发电基地。张家口2023年年底在建的风力发电项目已并网发电20万千瓦，到2023年底风力发电装机容量有望突破200万千瓦。中广核、大唐国际、国华能源、河北建投等能源类企业在张家口均有开发项目，投资达数百亿元。重庆市已正式确定上马8个风力发电风场项目，总装机容量45万千瓦，5年内投入使用。 中国首个海上风电项目上海洋山港东海大桥海上风电场2023年年底揭标

44、，中电国际、中国大唐、中广核、上海绿色能源组成的投标联合体最终中标。洋山港海上风电场预计总装机容量10万千瓦，将于2023年上海世博会开幕前正式并网发电。据了解，上海市还可能建设的大型海上风电场包括奉贤海上风电场、南汇海上风电场和横沙海上风电场。 广阔的风电装备市场前景 据估计，全球潜在风力发电能力超过70万亿千瓦，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。随着未来常规能源成本持续上升，风电优势更为明显，发展会更快，估计未来多年内风电装机容量年均增速将高达20%。根据全球风能委员会的报告，目前德国、西班牙、美国、印度、丹麦、意大利、英国、荷兰、中国、日本和葡萄牙等国的风电装机容量相对较多。国际

45、绿色和平组织和世界风能协会发布的全球产业蓝皮书认为，到2023年全世界风能装机容量将达到12.6亿千瓦，届时风电电量达3.1万亿千瓦时，风电将占世界电力供应的12%（同时，这种清洁能源将减少约110亿吨的二氧化碳排放）。到2023年和2023年，全球风电装备市场容量将分别达到320亿美元和1200亿美元。如此光明的市场前景，大大激起了装备制造企业的投资热情。 风力发电机(7) 风力发电机变桨系统 1 综述 变桨系统的所有部件都安装在轮毂上。风机正常运行时所有部件都随轮毂以一定的速度旋转。 变桨系统通过控制叶片的角度来控制风轮的转速，进而控制风机的输出功率，并能够通过空气动力制动的方式使风机安全

46、停机。 风机的叶片（根部）通过变桨轴承与轮毂相连，每个叶片都要有自己的相对独立的电控同步的变桨驱动系统。变桨驱动系统通过一个小齿轮与变桨轴承内齿啮合联动。 风机正常运行期间，当风速超过机组额定风速时（风速在12m/s到25m/s之间时），为了控制功率输出变桨角度限定在0度到30度之间（变桨角度根据风速的变化进行自动调整），通过控制叶片的角度使风轮的转速保持恒定。任何情况引起的停机都会使叶片顺桨到90度位置（执行紧急顺桨命令时叶片会顺桨到91度限位位置）。 变桨系统有时需要由备用电池供电进行变桨操作（比如变桨系统的主电源供电失效后），因此变桨系统必须配备备用电池以确保机组发生严重故障或重大事故的

47、情况下可以安全停机（叶片顺桨到91度限位位置）。此外还需要一个冗余限位开关（用于95度限位），在主限位开关（用于91度限位）失效时确保变桨电机的安全制动。 由于机组故障或其他原因而导致备用电源长期没有使用时，风机主控就需要检查备用电池的状态和备用电池供电变桨操作功能的正常性。 每个变桨驱动系统都配有一个绝对值编码器安装在电机的非驱动端（电机尾部），还配有一个冗余的绝对值编码器安装在叶片根部变桨轴承内齿旁，它通过一个小齿轮与变桨轴承内齿啮合联动记录变桨角度。 风机主控接收所有编码器的信号，而变桨系统只应用电机尾部编码器的信号，只有当电机尾部编码器失效时风机主控才会控制变桨系统应用冗余编码器的信号

48、。 2 变浆系统的作用 根据风速的大小自动进行调整叶片与风向之间的夹角实现风轮对风力发电机有一个恒定转速；利用空气动力学原理可以使桨叶顺浆90与风向平行，使风机停机。 3 主要部件组成 4变桨系统各部件的连接框图 图 1：各部件间连接框图 变桨中央控制箱执行轮毂内的轴控箱和位于机舱内的机舱控制柜之间的连接工作。 变桨中央控制箱与机舱控制柜的连接通过滑环实现。通过滑环机舱控制柜向变桨中央控制柜提供电能和控制信号。另外风机控制系统和变桨控制器之间用于数据交换的 Profibus-DP 的连接也通过这个滑环实现。 变桨控制器位于变桨中央控制箱内，用于控制叶片的位置。另外，三个电池箱内的电池组的充电过

49、程由安装在变桨中央控制箱内的中央充电单元控制。 4.1 中控箱 图 2：中控箱 4.2 轴控箱 在变桨系统内有三个轴控箱，每个叶片分配一个轴控箱。箱内的变流器控制变桨电机速度和方向。 图 3：轴控箱 4.3 电池箱 和轴控箱一样，每个叶片分配一个电池箱。在供电故障或 EFC 信号（紧急顺桨控制信号）复位的情况下，电池供电控制每个叶片转动到顺桨位置。 图 4：电池箱 4.4 变桨电机 变桨电机是直流电机，正常情况下电机受轴控箱变流器控制转动，紧急顺桨时电池供电电机动作。 图 5：变桨电机 4.5 冗余编码器 图 6：冗余编码器 4.6 限位开关 每个叶片对应两个限位开关：91度限位开关和96度限

50、位开关。96度限位开关作为冗余开关使用。 图 7：限位开关 4.7 各部件间连接电缆 变桨中央控制箱、轴控箱、电池箱、变桨电机、冗余编码器和限位开关之间通过电缆进行连接。为了防止连接电缆时产生混乱，电缆有各自的编号。 5 变桨系统的保护种类 位置反馈故障保护：为了验证冗余编码器的可利用性及测量精度，将每个叶片配置的两个编码器采集到的桨距角信号进行实时比较，冗余编码器完好的条件是两者之间角度偏差小于2；所有叶片在91与95位置各安装一个限位开关，在0方向均不安装限位开关，叶片当前桨距角是否小于0，由两个传感器测量结果经过换算确定。 除系统掉电外，当下列任何一种故障情况发生时，所有轴柜的硬件系统应

51、保证三个叶片以10/s的速度向90方向顺桨，与风向平行，风机停止转动： 任意轴柜内的从站与PLC主站之间的通讯总线出现故障， 由轮毂急停、塔基急停、机舱急停、震动检测、主轴超速、偏航限位开关串联组成的风机安全链以及与安全链串联的两个叶轮锁定信号断开（24V DC信号）；无论任何一个编码器出现故障，还是同一叶片的两个编码器测量结果偏差超过规定的门限值；任何叶片桨距角在变桨过程中两两偏差超过2；构成安全链、释放回路中的硬件系统出现故障；任意系统急停指令。变桨调节模式时，预防桨距角超过限位开关的措施： 91限位开关；到达限位开关时，变桨电机刹车抱闸； 轴柜逆变器的释放信号及变桨速度命令无效，同样会使

52、变桨电机静止。 变桨电机刹车抱闸的条件：轴柜变桨调节方式处于自动模式下，桨距角超过91限位开关位置；轴柜上控制开关断开；电网掉电且后备电电源输出电压低于其最低允许工作电压；控制电路器件损坏。 图8：变浆机构机械连接 电机变桨距控制机构可对每个桨叶采用一个伺服电机进行单独调节，如图8所示。伺服电机通过主动齿轮与桨叶轮毅内齿圈相啮合，直接对桨叶的节距角进行控制。位移传感器采集桨叶节距角的变化与电机形成闭环PID负反馈控制。在系统出现故障，控制电源断电时，桨叶控制电机由蓄电池供电，将桨叶调节为顺桨位置，实现叶轮停转。 6 变桨系统故障分析 6.1变桨控制系统常见故障原因及处理方法 6.1.1变桨角度

53、有差异 叶片1变桨角度有差异 叶片2变桨角度有差异 叶片3变桨角度有差异 原因：变桨电机上的旋转编码器（A编码器）得到的叶片角度将与叶片角度计数器（B编码器）得到的叶片角度作对比，两者不能相差太大，相差太大将报错。 处理方法：1.由于B编码器是机械凸轮结构，与叶片的变桨齿轮啮合，精度不高且会不断磨损，在有大晃动时有可能产生较大偏差，因此先复位，排除故障的偶然因素；2.如果反复报这个故障，进轮毂检查A、B编码器，检查的步骤是先看编码器接线与插头，若插头松动，拧紧后可以手动变桨观察编码器数值的变化是否一致，若有数值不变或无规律变化，检查线是否有断线的情况。编码器接线机械强度相对低，在轮毂旋转时，在

54、离心力的作用下，有可能与插针松脱，或者线芯在半断半合的状态，这时虽然可复位，但转速一高，松动达到一定程度信号就失去了，因此可用手摇动线和插头，若发现在晃动中显示数值在跳变，可拔下插头用万用表测通断，有不通的和时通时断的，要处理，可重做插针或接线，如不好处理直接更换新线。排除这两点说明编码器本体可能损坏，更换即可。由于B编码器的凸轮结构脆弱，多次发生凸轮打碎，因此对凸轮也应做检查。 6.1.2叶片没有到达限位开关动作设定值 原因：叶片设定在91触发限位开关，若触发时角度与91有一定偏差会报此故障。 处理方法：检查叶片实际位置。限位开关长时间运行后会松动，导致撞限位时的角度偏大，此时需要一人进入叶

55、片，一人在中控器上微调叶片角度，观察到达限位的角度，然后参考这个角度将限位开关位置重新调整至刚好能触发时，在中控器上将角度清回91。限位开关是由螺栓拧紧固定在轮毂上，调整时需要2把小活扳手或者8mm叉扳。 6.1.3某个桨叶91或95触发 有时候是误触发，复位即可，如果复位不了，进入轮毂检查，有垃圾卡主限位开关，造成限位开关提前触发，或者91度限位开关接线或者本身损坏失效，导致95限位开关触发。 叶片1限位开关动作 叶片2限位开关动作 叶片3限位开关动作 原因：叶片到达91触发限位开关，但复位时叶片无法动作或脱离限位开关。 处理方法：首先手动变桨将桨叶脱离后尝试复位，若叶片没有动作，有可能的原

56、因有：机舱柜的手动变桨信号无法传给中控器；可在机舱柜中将141端子和140端子下方进线短接后手动变桨检查轴控柜内开关是否有可能因过流跳开，若有合上开关后将桨叶调至90即可复位轴控箱内控制桨叶变将的6K1接触器损坏，检查如损坏更换，同时检查其他电器元件是否有损坏。 6.1.4 变桨电机温度高 变桨电机1温度高 变桨电机2温度高 变桨电机3温度高 变桨电机1电流超过最大值 变桨电机2电流超过最大值 变桨电机3电流超过最大值 原因：温度过高多数由于线圈发热引起，有可能是电机内部短路或外载负荷太大所致，而过流也引起温度升高。 处理方法：先检查可能引起故障的外部原因：变桨齿轮箱卡瑟、变桨齿轮夹有异物；再

57、检查因电气回路导致的原因，常见的是变桨电机的电器刹车没有打开，可检查电气刹车回路有无断线、接触器有无卡瑟等。排除了外部故障再检查电机内部是否绝缘老化或被破坏导致短路。 6.1.5变浆控制通讯故障 原因：轮毂控制器与主控器之间的通讯中断，在轮毂中控柜中控器无故障的前提下，主要故障范围是信号线，从机舱柜到滑环，由滑环进入轮毂这一回路出现干扰、断线、航空插头损坏、滑环接触不良、通讯模块损坏等。 处理方法：用万用表测量中控器进线端电压为230v左右，出线端电压为24v左右，说明中控器无故障，继续检查，将机舱柜侧轮毂通讯线拔出，红白线、绿白线，将红白线接地，轮毂侧万用表一支表笔接地，如有电阻说明导通，无

58、断路，有断路启用备用线，若故障依然存在，继续检查滑环，我场风机绝大多数变桨通讯故障都由滑环引起。齿轮箱漏油严重时造成滑环内进油，油附着在滑环与插针之间形成油膜，起绝缘作用，导致变桨通讯信号时断时续，冬季油变粘着，变桨通讯故障更为常见。一般清洗滑环后故障可消除，但此方法治标不治本，从根源上解决的方法是解决齿轮箱漏油问题。滑环造成的变桨通讯还有可能有插针损坏、固定不稳等原因引起，若滑环没有问题，得将轮毂端接线脱开与滑环端进线进行校线，校线的目的是检查线路有无接错、短接、破皮、接地等现象。滑环座要随主轴一起旋转，里面的线容易与滑环座摩擦导致破皮接地，也能引起变桨故障。 6.1.6变桨错误 原因：变桨

59、控制器内部发出的故障，变桨控制器OK信号中断，可能是变桨控制器故障，或者信号输出有问题。 处理方法：此故障一般与其他变桨故障一起发生，当中控器故障无法控制变桨时，PITCH CONTROLLER OK信号为0，可进入轮毂检查中控器是否损坏，一般中控器故障，会导致无法手动变桨，若可以手动变桨，则检查信号输出的线路是否有虚接、断线等，前面提到的滑环问题也能引起此故障。 6.1.7变桨失效 原因：当风轮转动时，机舱柜控制器要根据转速调整变桨位置使风轮按定值转动，若此传输错误或延迟300ms内不能给变桨控制器传达动作指令，则为了避免超速会报错停机。 处理方法：机舱柜控制器的信号无法传给变桨控制器主要由

60、信号故障引起，影响这个信号的主要是信号线和滑环，检查信号端子有无电压，有电压则控制器将变桨信号发出，继续查机舱柜到滑环部分，若无故障继续检查滑环，再检查滑环到轮毂，分段检查逐步排查故障。 变浆电机1转速高 变浆电机2转速高 变浆电机3转速高 原因：检测到的变桨转速超过31每秒，这样的转速一般不会出现，大多数由于旋转编码器故障引起。或者由轮毂传出的RPM OK信号线问题引起。 处理方法：可参照检查变桨编码器不同步的故障处理方法编码器问题，编码器无故障则转向检查信号传输问题。 6.2变桨机械部分常见故障原因及处理方法 变桨机械部分的故障主要集中在减速齿轮箱上，保养不到位加之质量问题，使减速齿轮箱有