第三讲+风力发电机组的结构及组成
风力发电机组的基本构成
风力发电机组的基本构成
风力发电机组是将风能转化为电能的装置，通常由以下几个部分构成：
1. 风轮：风轮是风力发电机组的核心部件，它由叶片、轮毂和轴组成。
风轮的作用是捕捉风能并将其转化为机械能。
2. 机舱：机舱内装有风力发电机组的主要设备，如发电机、变速器、控制器等。
机舱通常安装在塔顶，通过塔筒与地面相连。
3. 塔筒：塔筒是支撑机舱和风轮的结构，它通常由钢材制成，具有足够的强度和稳定性，以承受风轮和机舱的重量以及风载荷。
4. 发电机：发电机是将机械能转化为电能的设备，它通常采用异步发电机或同步发电机。
发电机的输出功率与风轮的转速和风速有关。
5. 变速器：变速器的作用是将风轮的低速旋转转化为高速旋转，以适应发电机的转速要求。
变速器通常采用齿轮箱或液力耦合器。
6. 控制器：控制器是风力发电机组的控制中心，它负责监测风速、风向、风轮转速、发电机输出功率等参数，并根据预设的控制策略对风力发电机组进行调节和控制。
7. 基础：基础是支撑塔筒和风力发电机组的结构，它通常由混凝土制成，具有足够的承载能力和稳定性。
8. 电缆：电缆用于将发电机的输出电能传输到地面的变压器或配电柜。
以上是风力发电机组的基本构成部分，不同类型和规格的风力发电机组可能会有所不同，但总体结构和功能基本相似。
风力发电机的结构与组成
风力发电机的结构与组成风力发电机是一种利用风能转化为电能的装置，它由多个部件组成。
本文将介绍风力发电机的结构与组成。
一、塔架风力发电机的塔架是支撑整个设备的基础结构，通常由钢铁或混凝土建造而成。
塔架的高度往往决定了风力发电机的发电效率，因为高度可以使其处于更高的风速区域。
二、风轮风轮是风力发电机的核心部件，也被称为风力涡轮机。
它由多个叶片组成，通常为三片或更多片。
叶片的材料通常是复合材料，如玻璃纤维和碳纤维。
风轮的主要作用是捕捉风能并转化为旋转动能。
三、发电机发电机是将旋转的机械能转化为电能的设备。
在风力发电机中，发电机通常位于塔架的顶部，与风轮相连。
它通过叶片的旋转运动产生电流，将机械能转化为电能。
四、变速器变速器是控制风轮旋转速度的装置。
由于风速的不稳定性，风力发电机需要根据风速的变化来调整旋转速度，以保持发电效率。
变速器可以根据需要调整风轮旋转的速度，使其始终在最佳工作状态。
五、控制系统风力发电机的控制系统负责监测和控制整个发电过程。
它可以实时监测风速、风向、温度等参数，并根据这些参数来调整发电机的工作状态。
控制系统还可以进行故障检测和保护，确保风力发电机的安全运行。
六、电力传输系统电力传输系统将发电机产生的电能传输到电网中。
它包括变压器、电缆和开关装置等设备。
变压器用于提高或降低电压，以适应电网的要求。
电缆用于连接发电机和电网，将电能传输到用户。
七、基础设施除了上述主要部件外，风力发电机还需要一些基础设施来支持其正常运行。
例如，风力发电机需要道路或平台来进行维护和保养。
此外，还需要配套的风能资源评估系统和监测系统，以提高发电效率和安全性。
总结起来，风力发电机的结构与组成主要包括塔架、风轮、发电机、变速器、控制系统、电力传输系统和基础设施。
这些部件相互协作，将风能转化为电能，实现可持续发展的清洁能源。
风力发电机的不断发展和推广将对环境保护和能源安全产生积极影响。
风力发电机组的结构及组成
风力发电机组的结构及组成在当今追求清洁能源的时代，风力发电作为一种可再生、无污染的能源获取方式，正发挥着越来越重要的作用。
要了解风力发电的原理和运作，首先得清楚风力发电机组的结构及组成。
风力发电机组主要由以下几个部分构成：叶片、轮毂、机舱、塔筒和基础。
叶片是风力发电机组中最为关键的部件之一。
它们的形状和设计直接影响着风能的捕获效率。
通常，叶片采用复合材料制造，如玻璃纤维增强塑料或碳纤维增强塑料。
叶片的外形就像飞机的机翼，具有特定的翼型和扭转角度。
这样的设计能够使风在叶片表面产生升力和阻力，从而推动叶片旋转。
而且，叶片的长度和数量会根据风力发电机组的功率大小而有所不同。
一般来说，功率越大的机组，叶片越长，数量也可能更多。
轮毂则是连接叶片和机舱的重要部件。
它负责将叶片所捕获的风能传递到机舱内部的传动系统。
轮毂的结构强度要求很高，以承受叶片旋转时产生的巨大力量和扭矩。
机舱内部包含了众多核心部件。
首先是主轴，它将轮毂传递过来的旋转动力传递给增速箱。
增速箱的作用是将主轴的低速旋转提高到适合发电机工作的高速旋转。
发电机是将机械能转化为电能的关键设备。
目前，常见的风力发电机有异步发电机和同步发电机两种类型。
除了这些，机舱内还有刹车系统、偏航系统和控制系统等。
刹车系统用于在紧急情况下停止风机的转动，保障设备和人员的安全。
偏航系统则可以使机舱根据风向的变化自动调整方向，以最大程度地捕获风能。
控制系统就像是风机的大脑，负责监测和控制整个机组的运行状态，确保其稳定、高效地工作。
塔筒是支撑机舱和叶片的结构。
它通常由钢材制成，高度可达数十米甚至上百米。
塔筒的高度越高，所接触到的风速通常也越大，从而能够捕获更多的风能。
但同时，塔筒的高度也受到制造工艺、运输条件和成本等因素的限制。
基础是风力发电机组的根基，它要能够承受整个机组的重量以及风荷载等外力的作用。
常见的基础形式有混凝土基础和桩基础等。
基础的设计和施工质量直接关系到整个风力发电机组的稳定性和安全性。
风力发电机组的结构及组成
4 玻璃钢叶片的优点
可充分根据叶片的受力特点设计强度和刚度 容易成型，易于达到最大气动效果的翼型 优良的动力性能和较长的使用寿命 维修简便，以节省大量人力物力 耐腐蚀性和耐气候性好 易于修补
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3.2.2 轮毂
轮毂是将叶片和叶片组固定到转轴上的装置。它 将风轮的力和力矩传递到主传动机构中
• 轮毂是用铸钢或钢板焊接而成。铸钢在加工前 要对其进行探伤，绝不允许有夹渣，缩孔，砂 眼，裂纹等缺陷。焊接的轮毂，其焊缝必须经 过超声波检查，并按浆叶可能承受的最大离心 力载荷确定钢板的厚度。此外，还要考虑交变 应力引起的焊缝疲劳
叶片的主要材料特性
纤维增强复合材料 玻璃纤维复合材料 碳纤维复合材料 玻璃钢复合材料
3 玻璃钢叶片
用于叶片制造的材料一般有木材、金属，如 钢和铝，以及玻璃钢。由于叶片的木材一般要选 用优质木材，如桦木、核桃木等，材料来源困难、 取材率低、造价高、维修不便。钢金属材料制造， 又存在加工复杂、工艺装备多、生产周期长、产 品不耐腐蚀等一系列问题。因此，目前在国内已 很少选用木材或金属制造叶片，大多数采用玻璃 钢。
轮箱；7－刹车机构；8－联轴器；9－发电机；10－散热器；11－冷却风扇 ；12－风速仪和风向标；13－控制系统；14－液压系统；15－偏航驱动； 16－偏航轴承；17－机舱盖；18－塔架；19、变桨距部分
3.2.1 风轮及其组成
叶片
风轮 轮毂
风轮 轴
风轮的组成图
风轮是风力机最重要的部件，它是风力机区别 于其它动力机的主要标志。风轮的作用是捕捉和 吸收风能。并将风能转变成机械能。再由风轮轴 将能量送给传动装置以水平轴升力型风力机的风 轮为例(下图)来说明风轮功率的计算。
第三讲 风力发电机组的结构及组成
风力发电知识
(c)用玻璃纤维作蒙皮的管状梁叶片结构；(d)典型的帆翼结构
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十、风轮防雷系统
十一、塔架
叶片防雷方法 Type A and B: 有限感受器； C and D: 防护整叶片
对维护人员而言安全、
用料省，成本低，塔
重量轻，成本低，
舒适，美观；
影小，但外观差。大
但难以靠近。适
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但用料多，成本高
极端情况下的安全停机问题。
失速
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五、风力机功率控制
影响风力机输出功率的其他因素 ¾ 海拔高度 ¾ 温度
标准状态下的空气密度： ρ = 1.225 kg/m3
温度变化10°C，空气密度就变化±4%。 而桨叶的失速性能只与风速有 关，因此，海拔高度和温度会影响风机输出功率。
同样的风机安装在不同地点， 其桨叶角度不应该相同。
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风轮直径增大一倍，功率增大4倍！
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四、风力机特性
四、风力机特性
风力机直径越做越大的原因：
P：功率 D：风轮直径 H：塔高
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五、风力机功率控制
五、风力机功率控制
定桨距失速型风力机(Stall control) 主动失速型定桨距风力机(active stall control) 变桨距风力机(Pitch control) 变速风力机组(Variable speed)
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三、风能转换基本原理
三、风能转换基本原理
无论采用何种风轮，都不可能将风 能全部转化成机械能！
当攻角增加到某一临界值时， 升力突然减小，而阻力急剧 增加，此时叶片突然丧失支 承力，这种现象称为失速。
贝茨理论（贝茨极限）
风力发电机组内部结构
风力发电机组内部结构
风力发电机组内部结构主要由风轮、发电机、机舱、塔架和控制系统等部分组成。
风轮：包括叶片、轮毂和加固件等，是风力发电机组中最重要的部分之一，其作用是将风的动能转换为机械能。
当风吹动叶片时，叶片会带动轮毂旋转，进而带动发电机发电。
发电机：发电机是风力发电机组中的核心部分，其作用是将风轮旋转的机械能转换为电能。
发电机通常由定子和转子两部分组成，定子固定不动，而转子则随着风轮的旋转而旋转。
机舱：机舱是安装风力发电机组的主要部位之一，通常由钢板制成封闭的箱形结构，内部安装有发电机、齿轮箱、刹车系统、偏航系统等关键部件。
机舱的作用是保护内部设备免受外部环境的影响，并确保设备的安全运行。
塔架：塔架是支撑风力发电机组的重要部分，通常由钢管或角钢制成，其高度和直径根据机组的功率和风速等条件而定。
塔架的作用是支撑风轮和机舱，并将它们固定在适当的高度上，以便捕获更多的风能。
控制系统：控制系统是风力发电机组的“大脑”，负责监测和控制机组的运行状态。
控制系统通常由传感器、控制器和执行机构等部分组成，可以实时监测风速、风向、发电机转速等参数，并根据这些参数调整机组的运行状态，确保机组的稳定运行和最
大发电量的输出。
除了上述主要部分外，风力发电机组还包括变速箱、主轴承、电气系统、液压系统、冷却系统、刹车系统等辅助部分，这些部分共同协作，确保风力发电机组的正常运行和高效发电。
风电机组的构成
风电机组的构成
风电机组的构成：
风力发电机组包括风轮、发电机；风轮中含叶片、轮毂、加固件等组成；它有叶片受风力旋转发电、发电机机头转动等功能。
风力发电电源由风力发电机组、支撑发电机组的塔架、蓄电池充电控制器、逆变器、卸荷器、并网控制器、蓄电池组等组成。
1、机舱。
机舱包容着风力发电机的关键设备，包括齿轮箱、发电机。
维护人员可以通过风力发电机塔进入机舱。
机舱左端是风力发电机转子，即转子叶片及轴。
2、低速轴。
风力发电机的低速轴将转子轴心与齿轮箱连接在一起。
在现代600千瓦风力发电机上，转子转速相当慢，大约为19至30转每分钟。
轴中有用于液压系统的导管，来激发空气动力闸的运行。
3、高速轴及其机械闸。
高速轴以1500转每分钟运转，并驱动发电机。
它装备有紧急机械闸，用于空气动力闸失效时，或风力发电机被维修时。
4、偏航装置。
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。
图
中显示了风力发电机偏航。
通常，在风改变其方向时，风力发电机一次只会偏转几度。
风力发电结构组成
风力发电结构组成
风力发电结构主要由以下几个部分组成：
1. 风力发电机：风力发电机是风力发电系统的核心部分，它通过捕捉和利用风能来产生电能。
风力发电机通常由塔架、转子、发电机和控制系统等部分组成。
2. 塔架：塔架是支撑风力发电机的结构物，通常由钢铁或混凝土等材料构成。
塔架的高度决定了风力发电机的叶片能够捕捉到的风能量。
3. 叶片：叶片是风力发电机中最重要的部分，它通过受到风的作用而转动，将机械能转化为电能。
叶片一般由纤维复合材料或铝合金等材料制成，具有良好的强度和轻巧的特点。
4. 发电机：发电机是将机械能转化为电能的装置，它由转子、定子和输出电路等部分组成。
风力发电机中常用的发电机是永磁直驱发电机和同步发电机，具有高效率和可靠性。
5. 控制系统：控制系统用于监测和控制风力发电机的运行状态，包括风速、叶片角度、输出电压等参数的监测和调节。
控制系统还可以实现风力发电机的启动和停机等功能，保证发电机的安全和高效运行。
6. 输电系统：输电系统用于将风力发电机产生的电能输送到
电网中，包括变压器、电缆和输电线路等部分。
输电系统需要
将风力发电机的输出电压提升到适合输送的电压，并保证电能的传输安全和稳定。
风力发电机结构组成
风力发电机结构组成
风力发电机的结构主要由以下几个部分组成：
1. 风叶：风叶是风力发电机的关键部件，它由轻质材料如玻璃纤维和碳纤维制成，通常有两至三片。
风叶通过捕捉风能将其转化为机械能。
2. 主轴：主轴是风力发电机的中心轴，它连接着风叶和发电机。
当风叶受到风力推动旋转时，通过主轴将转动的动力传递给发电机。
3. 发电机：发电机是将机械能转化为电能的装置。
在风力发电机中，发电机通过接收主轴传递的旋转动力，将其转换为电能。
4. 风向调节装置：风向调节装置能够使风力发电机始终面向风的方向，从而最大限度地利用风能。
常见的风向调节装置有风向舵和零位保持器。
5. 塔架：塔架是风力发电机安装的基础结构，用于支撑整个风力发电机系统。
塔架一般由钢材制成，高度可以根据需要进行调整。
6. 控制系统：控制系统用于监控和控制风力发电机的运行状态，包括风向调节、电能输出调整等功能。
控制系统能够使发电机在不同的风速下运行并保持稳定。
以上是常见的风力发电机的主要组成部分，不同型号的风力发电机可能会有所不同。
第3章风力发电机组的结构
3.2.1 3.2.2 3.2.3
ห้องสมุดไป่ตู้
叶片 轮毂 变桨机构
3.2 风轮
3.2.1 叶片
1)良好的空气动力外形，能够充分利用风电场的风资源条件，获得尽可能多的风能。 2)可靠的结构强度，具备足够的承受极限载荷和疲劳载荷能力；合理的叶片刚度、叶 尖变形位移，避免叶片与塔架碰撞。 3)良好的结构动力学特性和气动稳定性，避免发生共振和颤振现象，振动和噪声小。 4)耐腐蚀、防雷击性能好，方便维护。 5)在满足上述目标的前提下，优化设计结构，尽可能减轻叶片重量、降低制造成本。 1.叶片几何形状及翼型 2.叶片结构、材料及制造 3.气动制动系统 4.叶根连接 5.叶片失效与防护措施
2.基本性能
图3-3 变速风力发电机组的功率曲线
3.主要机组类型
(1)上风向机组和下风向机组 水平轴风电机组根据在运行中风轮与塔架的相对位置， 分为上风向风力发电机组和下风向风力发电机组，如图3-4所示。 (2)失速机组与变桨机组 当风速超过额定风速时，为了保证发电机的输出功率维持 在额定功率附近，需要对风轮叶片吸收的气动功率进行控制。 (3)带增速齿轮箱的风电机组、直驱风电机组和半直驱风电机组 风电机组通过传动 系统连接风轮和发电机，把风轮产生的旋转机械能传输到发电机，并使发电机转子达 到所需要的转速。 (4)陆地风电机组和海上风电机组 由于陆地地形地貌限制以及风电场噪声等对环境 的影响，自20世纪90年代起，国外开始建造近海风电场，并且成为未来风电发展的一 个趋势。
5.叶片失效与防护措施
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图3-17 叶片故障实例 0.TIF
5.叶片失效与防护措施
0318.TIF 图3-18 叶片故障统计
5.叶片失效与防护措施
图3-19 叶片对气动性能的影响
风力发电机的结构与组成
风力发电机的结构与组成风力发电机是一种利用风能转化为电能的设备。
它由风轮、传动系统、发电机和控制系统等部分组成。
风力发电机的核心部件是风轮。
风轮由数片叶片组成，叶片的形状和材料选择对风力发电机的性能有着重要影响。
一般来说，叶片采用空气动力学设计，以最大程度地捕捉和利用风能。
叶片通常采用轻质但坚固的材料，如纤维增强塑料或复合材料，以提高强度和耐久性。
传动系统是将风轮的旋转动能传递给发电机的关键部分。
传动系统通常由主轴、齿轮箱和发电机轴组成。
主轴将风轮的旋转动能传递给齿轮箱，齿轮箱通过齿轮的配合将速度和扭矩转化为适合发电机工作的转速。
齿轮箱的设计要考虑到转速变化范围、传动效率和可靠性等因素。
发电机是将机械能转化为电能的关键部件。
风力发电机常用的发电机类型有同步发电机和异步发电机。
同步发电机是将风轮的旋转速度与电网频率同步，通过控制风轮的转速来调整发电机的输出电压和频率。
异步发电机则通过变频器控制转速和电压频率的匹配。
发电机的设计和选型要考虑到风轮的转速、电压和功率等要求。
控制系统是风力发电机的重要组成部分。
控制系统能够监测风速、风向和发电机的运行状态，根据实时数据调整风轮的转速和发电机的输出功率。
控制系统还能对风力发电机进行故障检测和保护，确保其安全稳定地运行。
现代风力发电机通常配备智能化的控制系统，具备远程监控和自动化调节的功能。
除了以上核心部件，风力发电机还包括塔架和基础等支撑结构。
塔架是风力发电机安装的基础，用于提高风轮的高度，以获取更强的风能。
塔架的高度和结构要考虑到风力发电机的维护和运输等因素。
基础是将风力发电机固定在地面的结构，需要具备足够的稳定性和承载能力。
总结起来，风力发电机的结构与组成包括风轮、传动系统、发电机和控制系统等核心部件，以及塔架和基础等支撑结构。
这些部件相互配合，实现了风能到电能的转化，为清洁能源的发展做出了积极贡献。
随着技术的不断创新和进步，风力发电机的效率和可靠性将进一步提高，为可持续发展做出更大的贡献。
风力发电机组的工作原理及主要组成部分
风力发电机组的工作原理及主要组成部分
风力发电机组的工作原理是利用风能驱动风轮旋转，然后通过传动装置将旋转的能量转化为电能。
主要组成部分主要包括风轮、发电机、传动装置和控制系统。
1. 风轮：风力发电机组的核心部件，通常由多个叶片组成。
风轮受到风力的作用而旋转，将风能转换为机械能。
2. 发电机：将风轮转动产生的机械能转化为电能。
风力发电机组通常采用同步发电机或异步发电机来发电。
这些发电机通过转子磁场的旋转产生感应电动势，然后将其输出为交流电。
3. 传动装置：将风轮转动的机械能传递给发电机。
通常会采用齿轮或链条传动来实现转速的传递和适应风速的变化。
4. 控制系统：监控风力发电机组的运行状态和风速变化，并根据实际情况调整发电机的负载和转速。
控制系统还包括机舱内的传感器、仪表和自动控制装置，用于确保风力发电机组的安全和高效运行。
风力发电机组的工作原理是通过将风能转化为机械能，再将机械能转化为电能的过程，利用的是自然界的可再生能源，具有环保和可持续发展的特点。
风力发电机组的组成部分
风力发电机组的组成部分风力发电机组是一种利用风能将其转化为电能的设备。
它主要由风轮、传动装置、发电机、控制系统和支架等几部分组成。
在接下来的文章中，我们将逐一对风力发电机组的这几个组成部分进行详细的介绍。
风轮风轮是风力发电机的核心组成部分，它承担着转化风能为机械能的任务。
它通常是由多个叶片组成，且尺寸和形状各异，一般有二、三、四、五等不同叶片数。
在风能的作用下，叶片旋转，通过传动装置将旋转的能量传递到发电机中。
传动装置传动装置是将叶轮旋转能量传递给发电机的一个重要组成部分，它由减速器和轴系组成。
减速器是将叶轮高速旋转的转速减低至适合发电机的转速。
轴系是机组整个旋转系统的支撑，也是组织叶片旋转的“传动桥梁”。
发电机发电机是将叶轮通过传动装置所传递过来的机械能转化为电能的关键部分。
它的工作原理是利用磁场和电流的相互作用，将机械能转化为电能，这样才能将风能转为可用的能源。
发电机的容量决定了风力发电机组的发电量和输出功率的大小。
控制系统控制系统是风力发电机组的大脑，它可以控制机组安全和高效的运转。
它主要由风速测量系统、偏航控制系统和保护控制系统三个部分组成。
风速测量系统从风速仪接收风速信息，控制机组的转动；偏航控制系统使风能在不同方向吹来时，机组转向对准风源；保护控制系统可以监测机组的运行情况，检测可能出现的故障，保护整个机组安全运行。
支架支架是风力发电机组的支撑系统，不仅支持机组转动和发电，还要承受外界风的冲击和风压。
支架的稳定性和结构的合理性是机组运行的保证，它直接决定机组的寿命和运行安全性。
最后，风力发电机组需要完整、可靠的网络系统对每个部件进行监控和管理。
在低效率的情况下，风力发电机组的维护和管理非常昂贵，这一点需要重视。
维护保养包括检查和更换零部件，也包括保持机组的清洁，尤其是叶片的定期清洗。
只有保证每个部分的正常运行，才能摆脱燃煤和核能等传统能源的依赖，更好地利用风能进行能源转换。
简述风力发电机组的组成
简述风力发电机组的组成
风力发电机组由多个主要部分组成：
1. 风轮（又称风叶或葉片）：通常由3片或更多的葉片组成，葉片安装在轮毂上，随着风的吹动而旋转。
2. 轴：连接风轮与发电机的重要组成部分。
3. 发电机：将风能转换成电能的设备，根据风轮的旋转产生电力。
4. 风向传感器：用于监测风的方向，以便自动调整风轮的角度和方向。
5. 控制系统：由电子设备组成，用于监测和控制风力发电机组的运行情况，包括自动调整风轮角度、限制风速、维护和故障诊断等。
6. 塔或支架：支撑整个风力发电机组的结构，将风轮置于合适的高度以获取更强的风能。
7. 变频器：将风力发电机产生的电力转换为交流电，并控制电流、电压和频率等参数。
8. 储能设备：用于存储发电机组产生的电力，以便在风力不稳定或不可用时提供持续的电能供应。
以上是风力发电机组主要的组成部分，不同的风力发电机组可能还有其他部件和组件，但整体的工作原理和基本组成大致相同。
风力发电机的组成
风力发电机的组成风力发电机是一种利用风能转化为电能的设备，由多个部件组成。
下面将对其主要组成部分进行详细介绍。
1. 风轮叶片风轮叶片是风力发电机最重要的部分之一，也是最容易看到的部分。
它们通常由玻璃纤维、碳纤维或木材等材料制成，具有良好的强度和耐久性。
叶片的形状和大小可以根据不同的设计需求进行调整，以提高效率和稳定性。
2. 发电机发电机是将旋转运动转换为电能的核心部件。
它通常由永磁体、线圈、转子和定子等组成。
当风轮旋转时，发电机内的永磁体产生磁场，线圈在此磁场中旋转并产生电流。
这些电流被输送到逆变器中进行处理，并最终输出为交流电。
3. 塔架塔架是支撑风轮和发电机的结构，通常由钢筋混凝土或钢制材料制成。
塔架高度可以根据地形和气象条件进行调整，以确保风轮叶片在最佳位置旋转，从而提高发电效率。
4. 控制系统控制系统是风力发电机的大脑，它可以监测风速、温度和电压等参数，并控制叶片的角度和转速。
这些参数的变化会影响发电机的输出功率和稳定性，因此控制系统非常重要。
5. 逆变器逆变器是将直流电转换为交流电的设备。
它可以将发电机产生的直流电转换为标准的交流电，并将其输送到电网中。
逆变器还可以监测发电机的输出功率和质量，并保持其在合理范围内。
6. 基础基础是支撑整个风力发电机设备的底座结构。
它通常由混凝土或钢筋混凝土制成，具有良好的承载能力和稳定性。
基础必须经过严格设计和施工，以确保风力发电机能够安全地运行。
综上所述，风力发电机是由多个部件组成的复杂设备，每个部件都起着重要作用。
只有这些部件协同工作，才能使风力发电机高效稳定地运行，并为我们提供绿色、可持续的电力。
第三讲风力发电机组的结构及组成
3.2.1 风轮及其组成
风轮
风轮的组成图
风轮是风力机最重要的部件，它是风力机区别 于其它动力机的主要标志。风轮的作用是捕捉和 吸收风能。并将风能转变成机械能。再由风轮轴 将能量送给传动装置以水平轴升力型风力机的风 轮为例(下图)来说明风轮功率的计算。
风以速度V吹向风轮时，风轮转动。设旋 转着的风轮其扫掠面积为A，空气密度为 ， 在1 s中内流向风轮的空气所具有的动能为
微型风力机
小，中型风 力机
中，大小型 风力机
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3.7 控制系统及附属部件
3.7.1 机舱
3.7.2 机头座
3.7.3 回转体
回转体(转盘)是塔架与机头座的连接 部件，通常由固定套、回转圈以及位于 它们之间的轴承组成。固定套销定在塔 架上部，回转圈与机头座相连，通过它 们之间的轴承和对风装置相连， 在风向 变化时，机头便能水平地回转，使风轮 迎风工作。
水平轴及垂直轴风力发电机组
3.2 水平轴风力发电机组的结构
大型风电机组基本结构 1－叶片；2－轮毂；3－机舱；4－叶轮轴与主轴连接；5－主轴；6－齿
轮箱；7－刹车机构；8－联轴器；9－发电机；10－散热器；11－冷却风扇 ；12－风速仪和风向标；13－控制系统；14－液压系统；15－偏航驱动； 16－偏航轴承；17－机舱盖；18－塔架；19、变桨距部分
大、中型风力机的回转体常借用塔式吊车上的回 转机构。
小型风力机的回转体通常是在上、下各设一组轴 承，可采用圆锥滚子轴承。也可以上面用向心球轴 承承受径向载荷。下面用推力轴承来承受机头的全 部重量。
微型风力机的回转体不宜采用滚动轴承，而采用 青铜加工的滑动轴承。这是为了防止机头对瞬时变 化的风向过于敏感而导致风轮的频繁回转。
风力发电机组构成
大小。
单叶片：转速提高，但动态不平衡问题突出，系统震动增强，噪音增大，基 本无应用。
双叶片：结构成本较低，叶片实度小，转速较高，但工作过程中支撑塔架的 受力影响较大；
此外，瓦轴和洛轴可以生产变桨轴承。
2.3刹车系统
风力机刹车系统有三种形式：
（1）主轴刹车（2）紧急停止用刹车（3）偏航刹车
※主轴刹车：在平时运行中不使用，在停机或进行维护保养时使用，可 将风力发电机的主轴制动，通常设在低速轴一侧。
※紧急停止用刹车：当发生过转速等紧急情况时，为安全起见，使风力
发电机组紧急停车用的刹车装置。因为是用于紧急情况，所以安装在 扭矩小的发电机一侧的轴系上。
当风速上升风轮转速超过允许的 转速时，翼型的攻角大于17度后 就进入失速状态，尽管风速v加大 许多，但升力Fl却下降了、阻力 Fd大大增加了，结果是F反而减 小了，从而抑制了转速的上升。
翼型弦线与风轮旋转平面的固定夹角β称为浆距角，对于固定浆叶浆距角是不变 的。相对翼型的风速是外来风速v与翼型线速度u合成的相对风速w，相对风速w与 翼型弦线间的夹角α是翼型的攻角。
7、变频器
平衡这一利弊，一般说来攻角为8 至15度较好。超过15度后翼片上方 气流会发生分离，产生涡流，升力会 迅速下降，阻力会急剧上升，这一现 象称为失速。
对于小型风力发电机多用定浆变速模式， 即浆叶是固定在转轴上的，风小转速低、 风大转速高，当风速过高时还可以通过失 速来扼制转速的飙升、保护发电机，也可 认为是定浆变速加失速模式，这种模式在 中型风力机也有应用。
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3.5 发电机
发电机是将由风轮轴传来的机械能转变成电能的 设备。
直流发电机
永磁发电机
同步交流发 电机
异步交流发 电机
3.6 塔架
塔架的功能是支撑位于空中的风力发电系统， 塔架与基础相连接，承受风力发电系统运行引起的 各种载荷，同时传递这些载荷到基础，使整个风力 发电机组能稳定可靠地运行。
3.4 调速装臵
自然界的风速经常变化。风轮的转速随风速的增 大而变快，发电机的输出电压、频率、功率也增加； 当风轮的转速超过额定值时，有可能影响机组的使 用寿命，甚至造成设备的毁坏。为使风轮能以一定 的转速稳定地工作，风力发电机组上设有调速装臵。 调速装臵是在风速大于设计额定风速时才起作用 因此，又被称为限速装臵。当风速增至停机风速时， 调速装臵能使风轮顺桨(风向与风轮旋转平面平行) 停机。
单管拉线 式 衍架拉 线式塔 架
塔架的 基本形 式
锥筒式塔 架
衍架式 塔架
微型风力机 小，中型风 力机
中，大小型 风力机
大型风力机
3.7 控制系统及附属部件
3.7.1 机舱
风力机常年 在野外运转 狂风暴雨 的袭击
为了使塔架上方 的主要设备不受 风沙的直接侵害
尘砂磨损和 盐雾侵蚀
罩壳——机 舱
叶片是风力机捕捉风能的最重要部件。风能利用效率取 决于良好的叶片的空气动力外型，以及具有高强度、高硬度、 低密度以及较长使用寿命等优良特点的制造材料。
平板型
风力发电机 组的叶片 风力提水机 的叶片
叶片横截 面形状基 本类型
流线型
弧板型
常见的风力机叶片的横截面结构图
3.2.1.2 叶片材料选择的要求及选择规则
4
玻璃钢叶片的优点
可充分根据叶片的受力特点设计强度和刚度 容易成型，易于达到最大气动效果的翼型 优良的动力性能和较长的使用寿命 维修简便，以节省大量人力物力 耐腐蚀性和耐气候性好 易于修补
20
3.2.2 轮毂
轮毂是将叶片和叶片组固定到转轴上的装臵。它 将风轮的力和力矩传递到主传动机构中 • 轮毂是用铸钢或钢板焊接而成。铸钢在加工前 要对其进行探伤，绝不允许有夹渣，缩孔，砂 眼，裂纹等缺陷。焊接的轮毂，其焊缝必须经 过超声波检查，并按浆叶可能承受的最大离心 力载荷确定钢板的厚度。此外，还要考虑交变 应力引起的焊缝疲劳 • 焊接的轮毂，其焊缝必须经过超声波检查，并 按浆叶可能承受的最大离心力载荷确定钢板的 厚度。此外，还要考虑交变应力引起的焊缝疲 劳
3.7.3 回转体
回转体(转盘)是塔架与机头座的连接 部件，通常由固定套、回转圈以及位于 它们之间的轴承组成。固定套销定在塔 架上部，回转圈与机头座相连，通过它 们之间的轴承和对风装臵相连， 在风向 变化时，机头便能水平地回转，使风轮 迎风工作。
大、中型风力机的回转体常借用塔式吊车上的回 转机构。 小型风力机的回转体通常是在上、下各设一组轴 承，可采用圆锥滚子轴承。也可以上面用向心球轴承 承受径向载荷。下面用推力轴承来承受机头的全部重 量。
风力机调速装臵调速原理
减少风轮迎风面积
改变叶片翼型攻角值
• 侧翼装臵
• 偏心装臵 • 缩小风轮圆形迎风 面积
• 配重(飞球)与弹簧配 合装臵
• 叶片重量与弹簧配 合装臵
利用空气在风轮圆周 切线方向的阻力 • 阻力翼 • 阻尼板
• 变桨距调速装臵
侧翼及偏心装臵调速原理示意图
缩小风轮圆形迎风面积原理图
3.3 齿轮箱
齿轮箱是风力发电机组关键零部件之一。由于 风力机工作在低转速下，而发电机工作在高转速下， 为了实现风力机和发电机的匹配，采用增速齿轮箱。
齿轮箱的分类
圆柱齿轮箱 按传动的级数 按传统类型
单级齿轮箱
多级齿轮箱
行星齿轮箱
互相组合的 齿轮箱
按照传动的方式可以分为：展开式，分流式，同 轴式以及混合式
微型风力机的回转体不宜采用滚动轴承，而采用 青铜加工的滑动轴承。这是为了防止机头对瞬时变化 的风向过于敏感而导致风轮的频繁回转。
3.7.4 制动装臵
制动装臵是使风力发电机停止运转的装 臵(也称刹车系统)。对于微型和小型风力发 电机，可采用如图所示的刹车机构。
在中型和大型风力发电机组中，有 采用叶尖气动刹车和机械式刹车组成的 制动系统。 功率较大的风力发电机组，应用电 磁制动器和液压制动器的，当采用电磁 制动器时，需要有外电源；当采用液压 制动器时，除了需要外电源，还需要油 泵，电磁阀，液压油缸和管路等。
3
玻璃钢叶片
用于叶片制造的材料一般有木材、金属，如 钢和铝，以及玻璃钢。由于叶片的木材一般要选 用优质木材，如桦木、核桃木等，材料来源困难、 取材率低、造价高、维修不便。钢金属材料制造， 又存在加工复杂、工艺装备多、生产周期长、产 品不耐腐蚀等一系列问题。因此，目前在国内已 很少选用木材或金属制造叶片，大多数采用玻璃 钢。
3.7.5 传动装臵
风力发电机组的传动装臵包括增速器与联轴器等。
通常，风轮的转速低于发电机转子需要的转速， 所以要增速(有的微型风力发电机组不设增速器而直 接连接)。增速器与发电机之间用联轴器连接，为了 少占用空间，往往将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 轴器。
3.7.6 控制系统
控制系统的功能
控制系统利用DSP微机处理机，在正常运 行状态下，主要通过对运行过程模拟量和开 关量的采集、传输、分析，来控制风电机组 的转速和功率；如发生故障或其他异常情况 能自动地监测并分析确定原因，自动调整排 除故障或进入保护状态。
控制系统的任务
控制系统主要任务就是能自动控制风电 机组依照其特性运行，自动检测故障并根据 情况采取相应的措施。 根据风电机组的结构载荷状态、风况、变 浆变速风电机组的特点及其它外部条件，将风 电机组的运行情况主要分为以下几类：待机状 态；发电状态；停机状态。
3.2.1.1 叶片及叶片材料
叶片是风力机的关键部件，其良好的设计、可靠的质 量和优越的性能是保证机组正常稳定运行的决定因素
叶片材料经历了木制叶片 布蒙皮叶片 钢梁玻璃纤维蒙皮叶片 铝合金叶片 复合材料叶片 新型复合材料叶片
。
3.2.1.1 叶片发展趋势
风力机风轮叶片向大功率、长叶片方向发展 风力机风轮叶片不断的更新设计，以有好的气动性能 碳纤维复合材料在风力机风轮叶片上的应用不断扩大 在风力机叶片上大量采用碳纤维复合材料，但是又取 决于碳纤维的价格
轮毂有固定式和铰链式两种
3.2.3 主轴
主轴也ห้องสมุดไป่ตู้为低速轴，安装在风轮和齿轮箱之间。 前端通过螺栓与轮毂刚性连接，后端与齿轮箱低速连 接，承力大而且复杂。
轴向 力 剪切 力 径向 力
受力 形式
弯矩 转矩
风机每经历一次起动和停机，主轴所受的各种 力，都将经历一次循环
因此会产生循环疲劳
主轴有较高的综合机械性
待机状态
没有发电（风速一般为0－3m/s），刹车释放
发电状态
发电状态Ⅰ：启动后，到额定风速前，刹车释放 发电状态Ⅱ：额定风速到切出风速
停车状态
故障停机方式；人工停机方式；紧急停机方式
1 水平轴风力发电机组由哪几部分组成？ 2 风力机最重要的部件是哪部分？ 3 风力机调速装臵的调速原理有哪些？ 4 控制系统主要任务是什么？ 5 风电发电机组的运行情况主要分为哪 几类？
运行要 求 安全性
材料特 性
经济性
叶片材 料选择 要求
可靠性
回收再 利用性
可处理 性
物理属 性
2
叶片材料选择规则
良好的力学、热学及化学特性
高硬度、高强度、低密度
使用寿命长、良好的耐腐蚀性 要易于生产加工、要价格合理 加工助剂的价格要尽量低廉并且操作时不污染环境
叶片的主要材料特性
纤维增强复合材料 玻璃纤维复合材料 碳纤维复合材料 玻璃钢复合材料
1 1 2 NV mV AV 3 2 2
（1）
若风轮的直径为D ，则
2 1 1 D 3 3 2 NV AV V D V 3 2 2 4 8 这些风能不可能全部被风轮捕获。
（2）
风轮捕获风能并将之转换成机械能．再由 风轮轴输出的功率为N（称之为风轮功率)。它 与 NV 之比，称为风轮功率系数(或风能利用系 数)，用CP 表示，即
第三讲 风力发电机组的结构及组成
3.1 风力发电机组概述 3.2 水平轴风力发电机组结构组成 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 齿轮箱 调速装臵 发电机 塔架 控制系统及附属部件
3.1 风力发电机组概述
小型（10KW以下)
按其容量划分
风力发电机组是将 风能转化为电能的 装臵 按其主轴与地面 的相对位臵
N N CP NV D2 V 3 8
（3 ）
2 3 N D V C P 8
式中 CP 的值为0.2～0.5。
（4）
由式（3）得知：
风轮功率与风轮直径的平方成正比 风轮功率与风速的立方成正比
风轮功率与风轮的叶片数目无直接关系
风轮功率与风轮功率系数成正比
因此，当风轮大小、工作风速一定时，应尽可能提 高CP 值，以增大风轮功率。这是从事风能开发利用 的科技人员追求的主要目标之一。
3.7.2 机头座
它用来支撑塔架上方的所有装臵及附属部件 它牢固与否将直接关系到风力机的安危与寿命 由于微、小型风力机塔架上方的设备重量轻。一般是由 钢板焊接而成， 即根据设计要求在底板上焊上加强肋 中、大型风力机的机头座要复杂一些，它通常由以纵梁、 横梁为主，再辅以台板、腹板、肋板等焊接而成 焊接质量要高。台板面要刨平，安装孔的位臵要精确
3.2.1 风轮及其组成
叶片
风轮
轮毂
风轮 轴