直驱风力发电机分类
直驱式永磁同步风力发电机概述
直驱式永磁同步风力发电机概述永磁同步发电机是一种以永磁体进行励磁的同步电机，应用于风力发电系统，称为永磁同步风力发电机。
永磁同步风力发电机一般不用齿轮箱，而将风力机主轴与低速多极同步发电机直接连接，为“直驱式”，所以称为直驱式永磁同步风力发电机，以下本章除特指外均简称为永磁同步发电机。
一、永磁同步发电机的特点1.与传统电励磁同步发电机比较同步发电机是一种应用广泛的交流电机，其显著特点是转子转速n与定子电流频率f之间具有固定不变的关系，即n=n0=60f/p，其中n为同步转速，p为极对数。
现代社会中使用的交流电能几乎全部由同步发电机产生。
永磁同步发电机是一种结构特殊的同步发电机，它与传统的电励磁同步发电机的主要区别在于：其主磁场由永磁体产生，而不是由励磁绕组产生。
与普通同步发电机相比，永磁同步发电机具有以下特点：（1）省去了励磁绕组、磁极铁芯和电刷-集电环结构，结构简单紧凑，可靠性高，免维护。
（2）不需要励磁电源，没有励磁绕组损耗，效率高。
（3）采用稀土永磁材料励磁，气隙磁密较高，功率密度高，体积小，质量轻。
（4）直轴电枢反应电抗小，因而固有电压调整率比电励磁同步发电机小。
（5）永磁磁场难以调节，因此永磁同步发电机制成后难以通过调节励磁的方法调节输出电压和无功功率（普通同步发电机可以通过调节励磁电流方便地调节输出电压和无功功率）。
（6）永磁同步发电机通常采用钕铁硼或铁氧体永磁，永磁体的温度系数较高，输出电压随环境温度的变化而变化，导致输出电压偏离额定电压，且难以调节。
（7）永磁体存在退磁的可能。
目前，永磁同步发电机的应用领域非常广泛，如航空航天用主发电机、大型火电站用副励磁机、风力发电、余热发电、移动式电源、备用电源、车用发电机等都广泛使用各种类型的永磁同步发电机，永磁同步发电机在很多应用场合有逐步代替电励磁同步发电机的趋势。
2.与非直驱式双馈风力发电机比较虽然双馈风力发电机是目前应用最广泛的机型，但随着风力发电机组单机容量的增大，双馈型风力发电系统中齿轮箱的高速传动部件故障问题日益突出，于是不用齿轮箱而将风力机主轴与低速多极同步发电机直接连接的直驱式布局应运而生。
风力发电机分类及特点分析
齿轮箱
DFIG
电网
转子侧 变换器
网侧 变换器
双馈式变速恒频风力发电系统结构框图
电气工程与自动化学院
第三章 风力发电
3）运动部件少，由磨损等引起的 故障率很低，可靠性高。
4）采用全功率逆变器联网，并网、 解列方便。
5）采用全功率逆变器输出功率完 全可控，如果是永磁发电机则 可独立于电网运行。
缺点是： 由于直驱型风力发电机组 没有齿轮箱，低速风轮直接 与发电机相连接，各种有害 冲击载荷也全部由发电机系 统承受，对发电机要求很高。 同时，为了提高发电效率， 发电机的极数非常大，通常 在100极左右，发电机的结构 变得非常复杂，体积庞大， 需要进行整机吊装维护。
风力发电机分类及特点
李少龙
第三章 风力发电
课件
2020/3/3
了解风力发电机的分类 双馈式和直驱式风力发电机介绍
电气工程与自动化学院
第三章
课件
按照风轮形式分类
风力发电
2020/3/3
（1）垂直轴风力发电机组
垂直轴风轮按形成转矩的机理分为阻力型和升力型。 阻力型的气动力效率远小于升力型，故当今大型并网型垂 直轴风力机的风轮全部为升力型。
直驱式风力发电系统大多都使用永磁同步发电机发电，无需励磁 控制，电机运行速度范围宽、电机功率密度高、体积小。随着永磁 材料价格的持续下降、永磁材料性能的提高以及新的永磁材料的出 现，在大、中、小功率、高可靠性、宽变速范围的发电系统中应用 的越来越广泛。
直驱式风力发电机简介
直驱风力发电机简介
•齿轮箱增速的水平轴风力发电机组
•不用齿轮箱用风力机浆叶直接带动发电机旋转发电是可行的，这必须采用专用的低转速发电机，称之为直驱式风力发电机。
•低转速发电机都是多极结构，水轮发电机就是低速多极发电机，目前风力机用的直驱式发电机主要采用多极构造，有多极内转子结构与多极外转子结构等，只是要求在结构上更轻巧一些。
•采用永磁体技术的直驱式发电机结构简单、效率高。
永磁直驱式发电机在结构上主要有轴式结构与盘式结构两种，轴式结构的磁场方向为径向气隙磁通，又分为内转子、外转子等；盘式结构的磁场方向为轴向气隙磁通，又分为中间转子、中间定子、多盘式等；
内转子永磁直驱式风力发电机
外转子永磁直驱式风力发电机
盘式永磁直驱式风力发电机
内转子永磁直驱式风力发电机
外转子永磁直驱式风力发电机的发电绕组外转子电机的特点是定子固定在靠轴中间位置不动，转子在定子的外围旋转，也属径向气隙磁通结构，与内转子结构相比是转子与定子换了个位置。
盘式永磁直驱式风力发电机
定子与转子都呈平面圆盘结构，定子与转子轴向排列，有中间转子、中间定子、多盘式等结构。
双馈、直驱、半驱风力发电机工作原理
双馈、直驱、半驱风力发电机工作原理双馈、直驱和半驱风力发电机是目前常见的几种风力发电机构。
它们分别采用不同的工作原理来转换风能为电能，并在风力发电行业中得到广泛应用。
我们来了解一下双馈风力发电机的工作原理。
双馈风力发电机是一种采用异步发电机的结构，其转子由两部分组成：一个是固定子，另一个是转子。
风力通过叶片传递给转子，转子通过传动系统将机械能转化为电能。
在双馈风力发电机中，转子的定子通过拖动转子的磁场，使得风力发电机可以实现变频调速。
双馈风力发电机具有转矩平稳、响应速度快的优点，可以适应不同风速下的工作状态。
接下来，我们介绍一下直驱风力发电机的工作原理。
直驱风力发电机是一种采用永磁同步发电机的结构，其转子由永磁体构成。
风力通过叶片传递给转子，转子通过直接驱动发电机产生电能。
直驱风力发电机不需要传动系统，减少了能量转换的损失，提高了发电效率。
直驱风力发电机具有结构简单、体积小、维护成本低等优点，逐渐成为风力发电领域的主流技术。
我们来了解一下半驱动风力发电机的工作原理。
半驱动风力发电机是双馈风力发电机和直驱风力发电机的结合体，它采用了双馈发电机的转子结构和直驱发电机的永磁体。
风力通过叶片传递给转子，转子通过传动系统将机械能转化为电能。
半驱动风力发电机兼具双馈风力发电机和直驱风力发电机的优点，具有较高的发电效率和稳定性。
双馈、直驱和半驱风力发电机是目前常见的几种风力发电机构。
它们分别采用不同的工作原理来转换风能为电能，并在风力发电行业中发挥重要作用。
双馈风力发电机通过变频调速实现转矩平稳，响应速度快；直驱风力发电机通过永磁同步发电机实现高效发电；半驱动风力发电机兼具双馈和直驱的优点，具有较高的发电效率和稳定性。
随着风力发电技术的不断发展，这些风力发电机构将进一步完善和提升，为可持续能源的开发和利用做出更大贡献。
直驱风力发电机分析
主要零部件
变距系统设计方案
• 驱动装置： 采用三个相互独立的变 频调速电机传动机构。
• 后备储能单元： 采用大容量电容， 免维护，可靠性高。
• 传动方式： 同步齿型带，免维护， 成本低。
主要零部件
机舱底座
主要零部件
轮毂
永磁电机效率对比
1.2MW永磁直接驱动风机功率曲线
发电 量 对 比
MW永磁直驱发电机特点
零部件
• 定子支架
轴 加 工 完 的 定 子 支 架
多极永磁发电机发电系统
变速恒频闭环控制模型
风
发电机
转速
测量
转速
传感器 转速
风机
控制器
叶片 桨距
发电机 转矩需求
桨距执 桨距 行机构 需求
需求 转矩 转速
变流系统原理框图
1
MA
~~
永磁 发电机
2 B
三相 整流
3
=C =
升降 压
4
=D 逆变~~~
小带来的好处就是重量轻，易于运输。
直接驱动永磁发电机
磁钢Leabharlann 铁心绕组风
无需励磁能量
长寿命的低速发电机 高效 抗环境侵蚀和腐蚀保护
外转子发电机,利于磁钢散热 自然空气冷却,大的外表面， 利于散热不必使用强迫风冷
冷却风道 定子
转子
直接驱动风力发电机组 — 结构形式及工作原理
径向永磁电机结构
轴向永磁电机结构
变流器
5 E
滤波 器
6
变压 器
7 F
电网
•
多极永磁发电机型风力发电系统结构如图所示。风力
机与发电机直接相连,风力机采用变桨距功率控制方式实
风力发电机的分类及各自特点总结
风力发电机的分类及各自特点总结风力发电机的分类及各自特点总结广州绿欣风力发电机提供更多绿色环保服务请登录查询风力发电机的分类及各自特点总结风力发电机组的分类及各自特点风力发电机组主要由两大部分组成：风力机部分——它将风能转换为机械能；发电机部分——它将机械能转换为电能。
根据风机这两大部分采用的不同结构类型、以及它们分别采用的技术方案的不同特征，再加上它们的不同组合，风力发电机组可以有多种多样的分类。
(1)如依风机旋转主轴的方向（即主轴与地面相对位置）分类，可分为：“水平轴式风机”——转动轴与地面平行，叶轮需随风向变化而调整位置；“垂直轴式风机”——转动轴与地面垂直，设计较简单，叶轮不必随风向改变而调整方向。
(2)按照桨叶受力方式可分成“升力型风机”或“阻力型风机”。
(3)按照桨叶数量分类可分为“单叶片”“双叶片”“三叶片”和“多叶片”型风机；叶片的数目由很多因素决定，其中包括空气动力效率、复杂度、成本、噪音、美学要求等等。
大型风力发电机可由1、2或者3片叶片构成。
叶片较少的风力发电机通常需要更高的转速以提取风中的能量，因此噪音比较大。
而如果叶片太多，它们之间会相互作用而降低系统效率。
目前3叶片风电机是主流。
从美学角度上看，3叶片的风电机看上去较为平衡和美观。
(4)按照风机接受风的方向分类，则有“上风向型”——叶轮正面迎着风向（即在塔架的前面迎风旋转）和“下风向型”——叶轮背顺着风向，两种类型。
上风向风机一般需要有某种调向装置来保持叶轮迎风。
而下风向风机则能够自动对准风向,从而免除了调向装置。
但对于下风向风机,由于一部分空气通过塔架后再吹向叶轮,这样,塔架就干扰了流过叶片的气流而形成所谓塔影效应,使性能有所降低。
(5)按照功率传递的机械连接方式的不同，可分为“有齿轮箱型风机”和无齿轮箱的“直驱型风机”。
有齿轮箱型风机的桨叶通过齿轮箱及其高速轴及万能弹性联轴节将转矩传递到发电机的传动轴,联轴节具有很好的吸收阻尼和震动的特性，可吸收适量的径向、轴向和一定角度的偏移，并且联轴器可阻止机械装置的过载。
双馈、直驱、半驱风力发电机工作原理
双馈、直驱、半驱风力发电机工作原理双馈风力发电机、直驱风力发电机和半驱风力发电机是目前常见的风力发电机类型。
它们分别采用不同的工作原理，以实现风能的高效转化为电能。
双馈风力发电机是一种常用的风力发电机类型。
它由风轮、发电机和变频器组成。
风轮通过叶片将风能转化为机械能，驱动发电机旋转。
发电机是双馈结构，即具有两个馈线圈：一个是固定转子上的主馈线圈，另一个是转子上的副馈线圈。
主馈线圈与电网相连，副馈线圈通过变频器与电网相连。
当风力发电机转速变化时，电网电压和频率不变，主馈线圈的电流也保持不变。
副馈线圈的电流则通过变频器调节，以使发电机输出的电流和电网电压保持同步，实现电能的高效输送和稳定输出。
直驱风力发电机则是将风轮直接连接到发电机上，取消了传统的传动装置。
风轮通过叶片将风能转化为机械能，直接驱动发电机旋转。
直驱风力发电机通常采用永磁同步发电机作为发电机，它具有结构简单、高效率等优点。
此外，直驱风力发电机还可以在变速范围内实现高效的风能转化，适应不同风速下的发电需求。
半驱风力发电机是双馈风力发电机和直驱风力发电机的结合。
它采用了一种带有齿轮箱的直驱发电机，以实现风能的高效转化。
风轮通过叶片将风能转化为机械能，经过齿轮箱的变速作用后，驱动发电机旋转。
半驱风力发电机既兼具了直驱风力发电机的高效率特点，又克服了直驱风力发电机在变速范围内的限制。
通过合理设计齿轮箱的传动比，可以使发电机在不同风速下都能实现高效的发电。
总结起来，双馈风力发电机、直驱风力发电机和半驱风力发电机都是通过将风能转化为机械能，再将机械能转化为电能的方式实现风力发电。
它们分别采用了不同的工作原理，以实现风能的高效转化和稳定输出。
在不同的应用场景中，可以根据具体需求选择合适的风力发电机类型，以实现风能的最大利用和经济效益的最大化。
风力发电机组的分类介绍
风力发电机组的分类介绍风力发电机一般按风轮轴安装形式、功率控制方式、风轮转速调节、主传动驱动方式等进行分类。
1、风轮轴安装形式按照风轮轴安装形式可分为水平轴风力机和垂直轴风力机。
（1）水平轴风力机风轮的旋转轴线与风向平行。
水平轴风力机必须具有对风装置，跟随风向的变化而转动，以便吸收来自各个方向的风能。
对于小型风力机，这种对风装置常采用尾舵，而对于大型风力机，则利用风向传感器测量风向，经微处理器调整后控制偏航系统进行对风。
水平轴风力机按照风轮相对于塔架的位置可分为上风向风力机和下风向风力机。
风轮位于塔架前面的为上风向风力机，风轮位于塔架后面的为下风向风力机。
目前风电场采用并网型风力发电机组多为上风向水平轴风力机。
（2）垂直轴风力机风轮的旋转轴线垂直于地面或气流方向。
垂直轴风力机能吸收来自各个方向的风能，无需对风装置，这是相对于水平轴风力机的一大优点，并且传动装置和发电设备均安装在地面，便于维护；但是受叶片制造工艺的限制及拉线式塔架占用大量土地面积等因素，垂直轴风力机一直未得到发展。
2、功率控制方式按照功率控制方式可分为定桨距风力机、变桨距风力机和主动失速风力机。
（1）定桨距风力机叶片与轮毂固定连接。
在风轮转速恒定的条件下，风速增加超过额定风速时，随着叶片攻角的增加，气流与叶片表面分离，叶片将处于失速状态，叶片吸收的风能不但不会增加，反而有所下降，以确保风轮输出功率在额定范围以内。
定桨距风力机的特点：结构简单不需要变桨机构，同时控制系统也较简单。
但风轮吸收风能的效率较低，特别在风速超过额定风速后，由于叶片的失速作用，输出功率还会有所下降；机组承受的载荷大；机组重量比同类型变桨距风力机重。
（2）变桨距风力机叶片与轮毂通过变桨轴承连接，可以通过变桨系统控制叶片的安装角。
当风速低于额定风速时，保证叶片在最佳攻角状态，以获得最大风能；当风速超过额定风速后，变桨系统减小叶片的攻角，保证输出功率在额定范围内。
变桨距风力机的特点：结构复杂，需要增加变桨轴承和一套变桨驱动装置，同时控制系统也变得很复杂。
风力发电机组的分类
按风轮桨叶分类：•失速型：高风速时，因桨叶形状或因叶尖处的扰流器动作，限制风力机的输出转矩与功率；•变桨型：高风速时通过调整桨距角，限制输出转矩与功率。
按风轮转速分类：•定速型：风轮保持一定转速运行，风能转换率较低，与恒速发电机对应；•变速型：（1）双速型：可在两个设定转速运行，改善风能转换率，与双速发电机对应；（2）连续变速型：在一段转速范围内连续可调，可捕捉最大风能功率，与变速发电机对应。
按传动机构分类：•齿轮箱升速型：用齿轮箱连接低速风力机和高速发电机；（减小发电机体积重量，降低电气系统成本）•直驱型：直接连接低速风力机和低速发电机。
（避免齿轮箱故障）按发电机分类：•异步型：（1）笼型单速异步发电机；（2）笼型双速变极异步发电机；（3）绕线式双馈异步发电机；•同步型：（1）电励磁同步发电机；（2）永磁同步发电机。
按并网方式分类：•并网型：并入电网，可省却储能环节。
•离网型：一般需配蓄电池等直流储能环节，可带交、直流负载。
或与柴油发电机、光伏电池并联运行。
典型风力发电机系统笼型异步发电机的运行特点（1）发电机励磁消耗无功功率，皆取自电网。
应选用较高功率因数发电机，并在机端并联电容；（2）绝大部分时间处于轻载状态，要求在中低负载区效率较高，希望发电机的效率曲线平坦；（3）风速不稳，易受冲击机械应力，希望发电机有较软的机械特性曲线，Ｓmax绝对值要大；（4）并网瞬间与电动机起动相似，存在很大的冲击电流，应在接近同步转速时并网，并加装软起动限流装置；转子电流受控的异步风力发电机系统(Rotor Current Control，RCC)定义：转子电流控制技术是指通过电力电子开关和脉宽调制（PWM）来控制绕线型异步发电机转子电流的一项技术。
系统的结构特征：（1）采用变桨风力机；（2）采用绕线型异步发电机，但没有滑环；（3）采用旋转开关器件斩波控制转子电流，动态调整发电机的机械特性。
原理：控制附加电阻的接入时间，从而控制转子电流RCC异步风力发电机系统的特点优点：（1）风速变化引起风轮转矩脉动的低频分量由变桨调速机构调节，其高频分量由RCC调节，可明显减轻桨叶应力，平滑输出电功率;（2）利用风轮作为惯性储能元件，吞吐伴随转子转速变化形成的动能，提高风能利用率；（3）电力电子主回路结构简单，不需要大功率电源。
垂直轴风力发电机
垂直轴风力发电机增加概述及概述图片垂直轴风力发电机在风向改变的时候无需对风，在这点上相对于水平轴风力发电机是一大优势，它不仅使结构设计简化，而且也减少了风轮对风时的陀螺力。
目录垂直轴风力发电机的分类垂直轴风力发电机发展风力发电设备行业的发展新型垂直轴风力发电机（H型）一、技术原理二、功率特性三、结构附：现有垂直轴风力发电电源比较：垂直轴风力发电机的特点现状垂直轴风力发电机的分类垂直轴风力发电机发展风力发电设备行业的发展新型垂直轴风力发电机（H型）一、技术原理二、功率特性三、结构附：现有垂直轴风力发电电源比较：垂直轴风力发电机的特点现状展开编辑本段垂直轴风力发电机的分类尽管风力发电机多种多样，但归纳起来可分为两类：①水平轴风力发电机，风轮的旋转轴与风向平行；②垂直轴风力发电机，风轮的旋转轴垂直于地面或者气流方向。
利用阻力旋转的垂直轴风力发电机有几种类型，其中有利用平板和被子做成的风轮，这是一种纯阻力装置；S型风车，具有部分升力，但主要还是阻力装置。
这些装置有较大的启动力矩，但尖速比低，在风轮尺寸、重量和成本一定的情况下，提供的功率输出低。
达里厄式风轮是法国G.J.M达里厄于19世纪30年代发明的。
在20世纪70年代，加拿大国家科学研究院对此进行了大量的研究，现在是水平轴风力发电机的主要竞争者。
达里厄式风轮是一种升力装置，弯曲叶片的剖面是翼型，它的启动力矩低，但尖速比可以很高，对于给定的风轮重量和成本，有较高的功率输出。
现在有多种达里厄式风力发电机，如Φ型，Δ型，Y型和H型等。
这些风轮可以设计成单叶片，双叶片，三叶片或者多叶片。
其他形式的垂直轴风力发电机有马格努斯效应风轮，他由自旋的圆柱体组成，当它在气流中工作时，产生的移动力是由于马格努斯效应引起的，其大小与风速成正比。
有的垂直轴风轮使用管道或者漩涡发生器塔，通过套管或者扩压器使水平气流变成垂直气流，以增加速度，偶写还利用太阳能或者燃烧某种燃料，是水平气流变成垂直方向的气流。
直驱式风力发电机知识
是我们初中学的磁极数，一个发电机是有南北极的（货是正负极），就是指的这个，但是3相的就不是了，你可以通过数住绕组的个数来辨别是多少级数，或者说发电机的转速也可以看出来是多少级数以50HZ为例，2级的就是3000转，4级就3000/2，1500转这样就好理解了直驱永磁风力发电机组特点直驱式风力发电机（Direct-driven Wind Turbine Generators），是一种由风力直接驱动发电机，亦称无齿轮风力发动机，这种发电机采用多极电机与叶轮直接连接进行驱动的方式，免去齿轮箱这一传统部件。
由于齿轮箱是目前在兆瓦级风力发电机中属易过载和过早损坏率较高的部件，因此，没有齿轮箱的直驱式风力发动机，具备低风速时高效率、低噪音、高寿命、减小机组体积、降低运行维护成本等诸多优点。
直驱式（无齿轮）风力发电机始于20多年前，由于电气技术和成本等原因，发展较慢。
随着近几年技术的发展，其优势才逐渐凸现。
德国、美国、丹麦都是在该技术领域发展较为领先的国家，其中德国西门子公司开发的（直驱式）无齿轮同步发电机安装在世界最大的挪威风力发电场，最高效率达98%。
1997年的风机市场上出现了兼具无齿轮、变速变桨距等特征的风力发电机,这些高产能、运行维护成本低的先进机型有E-33、E-48、E-70等型号，容量从330千瓦至2兆瓦，由德国ENERCONGmbH公司制造，它们的研制始于1992年。
2000年，瑞典ABB公司成功研制了3兆瓦的巨型可变速风力发电机组，其中包括永磁式转子结构的高压风力发电机Wind former，容量3兆瓦、高约70米、风扇直径约90米。
2003年，在Okinawa电力公司开始运行的MWT-S2000型风力发电机，是日本三菱重工首度完全自行制造的2兆瓦级风机，采用小尺寸的变速无齿轮永磁同步电机，新型轻质叶片。
目前，国内多家企业也开始进军直驱式风力发电机领域，湘潭电机集团与日本原弘产株式会社合资组建的湖南湘电风能有限公司，2兆瓦直驱式永磁风力发电整机机组已试车成功；广西银河艾万迪斯风力发电有限公司与德国AVAVTIS公司联合推出的兆瓦直驱变桨风力发电也将于2008年二季度完成样机；具有自主知识产权的新疆金凤科技股份公司、哈尔滨九州电气公司也分别研制出兆瓦直驱式风力发电机。
直驱式和双馈式风力发电机组介绍
直驱式和双馈式风力发电机组介绍
直驱式风力发电机组的风轮直接驱动发电机，主要由风轮、传动装置、发电机、控制系统等组成。
为了提高低速发电机式风力发电机组采用大幅度增加极对数（一般极数提高到100左右）来提高风能利用率，采用全功率变流器实现风力发速。
直驱发电机按照励磁方式可分为电励磁和永磁两种。
电励磁直驱风力发电机组采用与水轮发电机相同的工作原理，技术成熟，德国公司在这方面取得了很好市场业绩。
永磁直驱是近年来研发的风电技术，该技术用永磁材料替代复杂的电励磁系统，发电结构简单对励磁直驱机组较轻。
但永磁部件存在长期强冲击振动和大范围温度变化条件下的磁稳定性问题，永磁材料的抗盐雾腐蚀问题，空金属颗粒在永磁材料上的吸附从而引起发电机磁隙变化问题，以及在强磁条件下机组维护困难问题等。
此外，永磁直驱式风力发电造过程中，需要稀土这种战略性资源的供应，成本较高。
双馈式风力发电机组的叶轮通过多级齿轮增速箱驱动发电机，主要结构包括风轮、传动装置、发电机、变流器系统、控制系统等。
双馈式风力发电机组的系统将齿轮箱传输到发电机主轴的机械能转化为电能，通过发电机定子、转子传送给电网。
发电机定子绕组网连接，转子绕组和频率、幅值、相位都可以按照要求进行调节的变频器相连。
变频器控制电机在亚同步和超同步转速下都保持发在超同步发电时，通过定转子两个通道同时向电网馈送能量，这时逆变器将直流侧能量馈送回电网。
在亚同步发电时，通过定子向能量、转子吸收能量产生制动力矩使电机工作在发电状态，变流系统双向馈电，故称双馈技术。
风力发电机组风力机分类、基本基本原理、运行特性、国内外大型风力发电机组总体介绍
垂直轴风力机
萨
瓦
平板型 护罩型
里
杯子式
欧
多叶萨瓦里欧斯型
斯
式
垂直轴风力机
自
涡
△—达里厄 φ—达里厄
旋
轮
式
式
垂直轴风力机
萨瓦里欧斯/ φ—达里厄型
分裂式
萨瓦里欧斯式
美格劳斯型
翼 型
式
垂直轴风力机
导
光
风
照
式
式
3
变桨距调节
NEGMicon 丹麦
NEG-Micon 72
2.0
72
同步转速 12/18
主动失速调节
金风62/1200 风力发电机组介绍
生产厂家：新疆金风科技股份有限公司
技术参数
• 额定功率 ：1200kW
• 叶轮直径 ：62m
• 额定风速 ：12m/s
• 切入风速： 3m/s
• 切出风速（10分钟均值）：25m/s
• 驱动:4个电力驱动行星齿轮变速器
• 防护:电缆扭绞传感器，近程传感器
塔架
• 型号:塔筒式／桁架式
• 轴毂高度:56m／65rn／74m (根据具体要
求变动)
• 防腐保护:环氧树脂／PU涂层 • 组装:利用起重机
功率曲线图
印度SUZLON
REpower 1.5MW风力发电机 （公司名称：REpower Systems AG）
偏航系统
• 偏航控制：主动式偏航
• 偏航驱动：2台驱动电机 • 偏航刹车：液压圆盘刹车
塔架
• 类型：圆锥式管状钢塔
风力发电机分类及特点演示精品PPT课件
水平轴风力机的风轮转轴与风向平行，其风能利用系数高， 技术非常成熟，水平轴风力发电机是目前应用最广泛的风力发 电机。
水平风力发电机机舱结构与设备布置图
(2)调节励磁电流的有功分量和无功分量，可以独立调节发电机 的有功功率和无功功率。这样不但可以调节电网的功率因数，补偿 电网的无功需求，还可以提高电力系统的静态和动态性能。
(3)由于采用了交流励磁，发电机和电力系统构成了“柔性连接”，即 可以根据电网电压、电流和发电机的转速来调节励磁电流，精确的 调节发电机输出电压，使其能满足要求。
双馈感应发电机组是具有定、转子两套绕组的双馈型异步发电 机（DFIG），定子接入电网，转子通过电力电子变换器与电网相连， 如下图所示。
在风力发电中采用交流励磁双馈风力发电方案，可以获得以下 优越的性能：
(1)调节励磁电流的频率可以在不同的转速下实现恒频发电，满 足用电负载和并网的要求，即变速恒频运行。这样可以从能量最大 利用等角度去调节转速，提高发电机组的经济效益。
双馈式风力发电机基本结构图
双馈风力发电机一般采用4极或6极，2MW以下的发电机多采用4 极，2MW以上的发电机多采用6极，本节介绍的是4极发电机，定子铁 心与转子铁心都由硅钢片叠成，图1是定子铁心与转子铁心的冲片。
在定子铁芯的槽内嵌放着三相交流绕组，三相绕组按4极绕制， 连接成星形，下图是嵌有三相绕组的定子。当绕组接入三相交流电
源就可在定子内产生旋转磁场。
定子固定在机座内，机座外壳上有通风孔，便于电机散热
在转轴上安装三个集电环的凹槽连接到三 个集电滑环上。在转轴上安装两个轴流风扇用于发电机散热，发电 机整个旋转部分（转子）。
直驱风机与双馈风机的主要区别
一、传动结构的区别
齿轮箱: 齿轮箱又叫变速箱，是一种动力传达机构，通过不同齿数的齿轮啮合，将马 达的转速转换到执行设备需要的转速，并能改变转矩的结构。 齿轮箱分类: (1)按内部传动链结构分为：平行轴结构齿轮箱和行星结构齿轮箱以及他们相
互组合起来的齿轮箱 (2)按变速次数分为：单级和多级 (3)按转动的布置形式分为：展开式、分流式、和同轴式以及混合式等等
直驱风机
• 直驱式风力发电机，是一种由风力直 接驱动的发电机，亦称无齿轮风力发 动机，这种发电机采用多极电机与叶 轮直接连接进行驱动的方式，免去齿 轮箱这一传统部件。主要由风轮、永 磁同步发电机、交-直-交变流器、变 压器等组成。
直驱式风力发电机组示意图
直驱风机 与
双馈风机 的
主要区别 有
哪几点？
双馈风机
双馈风力发电机组主要由风轮、增速箱、 双馈异步发电机、交-直-交变流器、变 压器等组成，风轮经过增速后带动发电 机，发电机定子绕组线端是发电机电力 输出端，通过开关箱连接到交流电网； 发电机转子绕组通过集电环连接到交-直 -交变流器，变流器另一端连接变压器， 变压器另一端通过开关箱连接到交流电 网，这样组成的系统，可在发电机转速 低于同步转速40%与高于同步转速15%内 正常运行。
•
按照桨叶数量分类可分为“单叶片”、“双叶片”、“三 叶片”和“多叶片”型风机
2、
• 按照风机接受风的方向分类，可分为：“上风 向型”、“下风向型”
3、
• 依据风机旋转主轴的方向分类，可分为：“水平轴 式风机”、“垂直轴式风机”
4、
• 按照功率传递的机械连接方式的不同，可分为“双 馈风机”、“直驱型风机”
一、传动结构的区别
风力发电机分类
风力发电机分类
风力发电机按照轴向可分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。
水平轴风力发电机又可以根据叶片数目和机组规模不同而分为以下几种类型：
1. 单向叶片风力发电机：只有一个叶片，对称转动。
2. 双向叶片风力发电机：有两个对称的叶片，旋转速度较快。
3. 三叶片风力发电机：三个对称的叶片，转动稳定，最为普及。
4. 多叶片风力发电机：叶片数目较多，旋转速度较慢，通常用于低速风场。
垂直轴风力发电机则通常分为以下两种类型：
1. 笼型风力发电机：叶片同轴转动，适用于城市居民住宅等场所。
2. 绞刀型风力发电机：叶片呈螺旋形安装在垂直轴上，适用于较大的风场。
风力发电机的分类
1,风力发电机按叶片分类。
按照风力发电机主轴的方向分类可分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。
（1）水平轴风力发电机：旋转轴与叶片垂直，一般与地面平行，旋转轴处于水平的风力发电机。
水平轴风力发电机相对于垂直轴发电机的优点；叶片旋转空间大，转速高。
适合于大型风力发电厂。
水平轴风力发电机组的发展历史较长，已经完全达到工业化生产，结构简单，效率比垂直轴风力发电机组高。
到目前为止，用于发电的风力发电机都为水平轴，还没有商业化的垂直轴的风力发电机组。
（2）垂直轴风力发电机：旋转轴与叶片平行，一般与地面吹垂直，旋转轴处于垂直的风力发电机。
垂直轴风力发电机相对于水平轴发电机的优点在于；发电效率高，对风的转向没有要求，叶片转动空间小，抗风能力强（可抗12-14级台风），启动风速小维修保养简单。
垂直轴与水平式的风力发电机对比，有两大优势：一、同等风速条件下垂直轴发电效率比水平式的要高，特别是低风速地区；二、在高风速地区，垂直轴风力发电机要比水平式的更加安全稳定；另外，国内外大量的案例证明，水平式的风力发电机在城市地区经常不转动，在北方、西北等高风速地区又经常容易出现风机折断、脱落等问题，伤及路上行人与车辆等危险事故。
按照桨叶数量分类可分为“单叶片”﹑“双叶片”﹑“三叶片”和“多叶片”型风机。
凡属轴流风扇的叶片数目往往是奇数设计。
这是由于若采用偶数片形状对称的扇叶，不易调整平衡。
还很容易使系统发生共振，倘叶片材质又无法抵抗振动产生的疲劳，将会使叶片或心轴发生断裂。
因此设计多为轴心不对称的奇数片扇叶设计。
对于轴心不对称的奇数片扇叶，这一原则普遍应用于大型风机以及包括部分直升机螺旋桨在内的各种扇叶设计中。
包括家庭使用的电风扇都是3个叶片的，叶片形状是鸟翼型（设计术语），这样的叶片流量大，噪声低，符合流体力学原理。
所以绝大多数风扇都是三片叶的。
三片叶有较好的动平衡，不易产生振荡，减少轴承的磨损。
降低维修成本。
按照风机接受风的方向分类，则有“上风向型”――叶轮正面迎着风向和“下风向型”――叶轮背顺着风向，两种类型。
大功率直驱永磁风力发电机的电磁结构分类 及特征分析
大功率直驱永磁风力发电机的电磁结构分类及特征分析摘要：结合风力发电的运行成本，对电磁的结构进行科学地设计，是大功率直驱式风力发电机的重要研究课题。
基于此，本文对六种比较典型的DDPM-WG展开了电磁结构与特点的分析。
有利于对大功率直驱永磁风力的发电机不断地优化电磁的结构。
关键词:直驱；永磁风力发电机；电磁结构；分类；比较标准直驱永磁的风力发电机得到了相关人士的认可。
尤其在运行、发电效率、维修成本具有较大的优点。
相比带有齿轮的发电机更加可靠。
然而，大功率的直驱式风力发电机中，直驱永磁的发电机一般在低速状态下安全运行，这样，发电机会存在较大的磁路气隙的直径，切向力也会很高，导致发电机整体的重量大、体积庞大，增加了企业的研制成本。
所以，探讨易于加工、维修的直驱发电机永磁风力发电机具有重要的现实意义。
一、大功率直驱永磁风力发电机的特征空气动力学和风涡轮机的稳态功率可知：机械的转换功率大，则风涡轮的叶片也越大，随之叶尖速也会变大。
然而，不断增强的叶尖速会产生噪声污染，其数值一般受到相应的局限。
这样，其额定的转速也会改变。
实际上，对于大功率的风力发电机，其风轮的叶片转速较低，一般在10-30 r/min。
同时，这种直驱的发电机转矩也很大。
对正常的风力发电系统的发电机，气隙的单位面积上力密度保持在25-50 kN/m2区间。
大功率风力直驱发电机的体积随功率的增大而增大，重量也会增大。
总之，大功率直驱永磁风力发电机是一个低速、大转矩、体积更大、重量更重的发电机，从而导致了其制造、运输和安装的成本很高。
二、直驱永磁风力发电机电磁结构的分类方法为了减少直驱风力发电机的体积和重量，选用永磁同步电机就是一个很好的措施.由于永磁体的形状、大小尺寸、空间摆放的位置以及方向具有多种灵活的组合，使其电磁的结构呈现多样化特点。
本文仅对四种最具代表性的磁同步式的电机展开分析。
（一）气隙磁通的划分气隙磁通一般可以分为两种类型。
即轴向、径向的气隙磁通。
直驱风力发电机分类
直驱风力发电机分类直驱式风力发电机组在我国是一种新型的产品，但在国外已经发展了很长时间。
目前我国在直驱式风机中系统的研究相对传统机型较少，但开发直驱式风力发电机组也是我国日后风机制造的趋势之一。
直驱永磁风力发电机取消了沉重的增速齿轮箱，发电机轴直接连接到叶轮轴上，转子的转速随风速而改变，其交流电的频率也随之变化，经过置于地面的大功率电力电子变换器，将频率不定的交流电整流成直流电，再逆变成与电网同频率的交流电输出。
另外一些无齿轮箱直驱风力发电机，沿用低速多极永磁发电机，并使用一台全功率变频器将频率变化的风电送入电网。
直接驱动式风力发电机组由于没有齿轮箱，零部件数量相对传统风电机组要少得多。
我国主要的直驱型风力发电机组采用水平轴、三叶片、上风向、变桨距调节、直接驱动、永磁同步发电机并网的总体设计方案，相对于传统的异步发电机组其优点如下：（1）由于传动系统部件的减少，提高了风力发电机组的可靠性和可利用率；（2）永磁发电技术及变速恒频技术的采用提高了风电机组的效率；（3）机械传动部件的减少降低了风力发电机组的噪音；（4）可靠性的提高降低了风力发电机组的运行维护成本；（5）机械传动部件的减少降低了机械损失，提高了整机效率；（6）利用变速恒频技术，可以进行无功补偿；（7）由于减少了部件数量，使整机的生产周期大大缩短。
永磁式硅整流风力发电机设计小型永磁式硅整流风力发电机，由于采用了永磁体励磁，省去了碳刷、滑环及励磁绕组，避免了碳刷与滑环引起的火花放电，且工艺简单、维护方便、效率较高。
但由于永磁式发电机的磁场无法人工调节，在电机制成之后，输出电压随风速(转速)的变化而波动。
而其所带负载—蓄电池及用电设备则要求供电电压恒定不变。
当供电电压较低时，对蓄电池无法充电，用电设备无法长期工作，而当电压超过额定值较多时，则会造成蓄电池的过充损伤，降低使用寿命，严重的可能烧坏用电设备。
图1表示风力发电机输出电压对12V灯泡发光强度及使用寿命的关系特性。
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直驱风力发电机分类直驱式风力发电机组在我国是一种新型的产品，但在国外已经发展了很长时间。
目前我国在直驱式风机中系统的研究相对传统机型较少，但开发直驱式风力发电机组也是我国日后风机制造的趋势之一。
直驱永磁风力发电机取消了沉重的增速齿轮箱，发电机轴直接连接到叶轮轴上，转子的转速随风速而改变，其交流电的频率也随之变化，经过置于地面的大功率电力电子变换器，将频率不定的交流电整流成直流电，再逆变成与电网同频率的交流电输出。
另外一些无齿轮箱直驱风力发电机，沿用低速多极永磁发电机，并使用一台全功率变频器将频率变化的风电送入电网。
直接驱动式风力发电机组由于没有齿轮箱，零部件数量相对传统风电机组要少得多。
我国主要的直驱型风力发电机组采用水平轴、三叶片、上风向、变桨距调节、直接驱动、永磁同步发电机并网的总体设计方案，相对于传统的异步发电机组其优点如下：（1）由于传动系统部件的减少，提高了风力发电机组的可靠性和可利用率；（2）永磁发电技术及变速恒频技术的采用提高了风电机组的效率；（3）机械传动部件的减少降低了风力发电机组的噪音；（4）可靠性的提高降低了风力发电机组的运行维护成本；（5）机械传动部件的减少降低了机械损失，提高了整机效率；（6）利用变速恒频技术，可以进行无功补偿；（7）由于减少了部件数量，使整机的生产周期大大缩短。
永磁式硅整流风力发电机设计小型永磁式硅整流风力发电机，由于采用了永磁体励磁，省去了碳刷、滑环及励磁绕组，避免了碳刷与滑环引起的火花放电，且工艺简单、维护方便、效率较高。
但由于永磁式发电机的磁场无法人工调节，在电机制成之后，输出电压随风速(转速)的变化而波动。
而其所带负载—蓄电池及用电设备则要求供电电压恒定不变。
当供电电压较低时，对蓄电池无法充电，用电设备无法长期工作，而当电压超过额定值较多时，则会造成蓄电池的过充损伤，降低使用寿命，严重的可能烧坏用电设备。
图1表示风力发电机输出电压对12V灯泡发光强度及使用寿命的关系特性。
<P&NBSP;ALIGN="CENTER"><IMG&NBSP;SRC="HTTP:alt="0147.gif (2810 bytes)" height="174" 0147.gif? width="215" image1wtdj9901 wtdj99 wtdj wx files ><P&NBSP;ALIGN="CENTER">图1端电压相对光通量和使用寿命的关系<P&NBSP;ALIGN="LEFT">从图中可以看出，当电压超过14V时，由于通过灯丝的电流加大，所以发光强度也大，但它的使用寿命却降低很多；当电压比较时，它的使用寿命延长很多，但发光强度也降低。
表1是从试验统计得到的充电电压与蓄电池寿命的关系。
<P&NBSP;ALIGN="CENTER">表1蓄电池使用寿命与充电电压的关系蓄电池容量(Ah)蓄电池标称电压(V)蓄电池使用寿命充电电压(V)13.51414.515.5 54701212使用时间(h)使用时间(h)1750250016002350142521755001650从表1中的数据可以看出，当充电电压增高本文1998年11月18日收到10%～12%时，蓄电池寿命可能缩短2/3，因此在整个风机使用范围内，维持发电机电压在额定值附近，对保证用电设备的性能与寿命是非常重要的。
由此，解决小型风力发电机供电电压在风速变化时恒定不变，对推广和应用这一成果有着重要的意义。
目前解决这一问题的主要措施是在机组上安装由稳速棒及稳速弹簧组成的稳速装置，通过稳速风机的转速来稳定电压，电压变化较大，且价格较高，制造复杂，易出故障。
有些小型、微型机则完全靠蓄电池的电容特性来稳压，电压变化更大。
还有些产品介绍借用汽车上的电压调节器来控制电压不变，但这需要采用带有励磁绕组的电励磁式发电机，因而失去了永磁发电机的优越性。
为了更好地解决这一问题，我们研制了具有变速恒压性能的永磁风力发电机，本文介绍这种发电机的主要原理和特点。
1 变速稳压原理研制的风力发电机系统结构如图2所示。
定子上安放有三相交流绕组。
转子采用永磁结构，在电机制成之后，所产生的磁通基本是不变的，或者是不可调的。
输出由三只共阳极的硅二极管D1，D2，D3与三只共阴极的晶闸管K p1,K p2,K p3组成三相桥式半控整流电路，与蓄电池E及负载Z L相接。
另外由D 1～D6组成三相全波整流电路，作为晶闸管控制极提供触发电压用，与电压调节器的一个触点相接，另一个触点则与晶闸管控制极相连。
电压调节器的线圈并在三相半控桥的输出端，其电压控制原理是：当风力发电机的转速较低时，电压调节器的触点K闭合，晶闸管相当于二极管的作用，在转速达到一定值后，整流桥可向蓄电池与负载提供三相全波整流电压。
随着发电机转速升高，整流输出电压亦随之增大，如图3中的实线所示。
当整流输出电压超过额定电压达到U2值时，电压调节器线圈中的电流增大，产生的吸力使触点K断开，晶闸管的控制极失去正向触发电压，呈阻断状态，因而整流输出电压开始下降，如图3的虚线所示。
当整流电压降至U1低于额定电压时，电压调节器线圈中的电流减小，吸力下降，触点闭合，三只晶闸管重新获得正向触发电压，使整流电压开始回升。
如此反复，就可使整流电压的平均值U p 保持在额定电压附近的较小范围内。
<P&NBSP;ALIGN="CENTER"><IMG&NBSP;SRC="HTTP:alt="0148.gif (4879 bytes)" height="172" image1 wtdj9901 wtdj99 wtdj wx files 0148.gif? width="274"><P&NBSP;ALIGN="CENTER">图2整流及电压控制原理图<P&NBSP;ALIGN="CENTER"><IMG&NBSP;SRC="HTTP:alt="0149.gif (1433 bytes)" height="126" image1 wtdj9901 wtdj99 wtdj wx files 0149.gif? width="146"><P&NBSP;ALIGN="CENTER">图3电压波形图2 永磁材料与转子结构的选择永磁材料的技术性能与退磁曲线的形状，对电机的性能、外形尺寸、运行可靠性等有很大的影响，是设计与制造永磁电机时需要考虑的十分重要的参数。
对于不同的情况，不同的场合，应采用不同的结构形式和永磁材料。
表2列出了几种典型永磁材料的技术指标，图4给出这几种永磁材料的退磁曲线。
<P&NBSP;ALIGN="CENTER"><IMG&NBSP;SRC="HTTP:alt="0150.gif (3847 bytes)" height="189" image1 wtdj9901 wtdj99 wtdj wx files 0150.gif? width="258"><P&NBSP;ALIGN="CENTER">图4几种永磁材料的退磁曲线<P&NBSP;ALIGN="CENTER">表2几种典型永磁材料的技术性能价格(Yuan/kg)B r(T)H0(MA/m)BHmax(MTA/m)μr剩磁温度系数(%/℃) 铁氧体250.372.230.281.1～1.3-0.18～-0.2 铝镍钴1801.280.750.403～5-0.02～-0.05 稀土钴14000.957.51.751.05-0.05 钕铁硼5001.37.52.391.15-0.12 由于受价格或性能的限制，铝镍钴和稀土钴永磁材料很难在风力发电机这样的一般工业民用场合应用。
铁氧体永磁材料的价格低廉，原料丰富，是制造永磁风力发电机的主要永磁材料，近年来获得了大量的应用。
缺点是磁能积和剩磁感应强度偏低，电机的磁负荷受到限制，因而使得电机的体积较大，或者达到充电与满载的转速过高，影响风能的利用。
钕铁硼永磁自1983年问世以来，既得到了电机设计者的极大关注。
这种永磁材料的磁性能十分优异，剩磁和矫顽力都非常高。
且退磁曲线为直线，回复线与退磁曲线基本重合。
其商用最大磁能积可达0.24MTA/m，而国内实验室水平已达0.39MTA/m，用于电机后，可提高磁负荷，减少电机的体积与重量。
尽管每千克的价格还比较高，但每千克MTA/m的价格接近铁氧体的水平。
因此每台电机的用量很少，加上其它有效材料的减少，仍可使成本保持在现有电机的水平上，但体积与重量却大大减少了，不仅如此，这种永磁材料的原料非常丰富，最高使用温度可达120℃，完全满足一般风力发电机的要求，是一种很有发展前途的永磁材料。
转子结构的选择主要受所用永磁材料、加工工艺等的影响。
当采用铁氧体永磁时，为了提高气隙磁密，可采用汇聚磁通的办法，利用图5所示的切向结构。
此时有两个永磁体的截面提供一个极下的磁通，可减少电机体积，但工艺比较复杂，转子轴与磁极之间需用非导磁材料填充以减少漏磁。
<IMG&NBSP;SRC="HTTP: alt="0151.gif (3253 bytes)" height="133" image1 wtdj9901 wtdj99 wtdj wx files 0151.gif? width="164"><P&NBSP;ALIGN="CENTER">图5电机切向结构对于钕铁硼永磁，由于剩磁和矫顽力都非常高，因此我们选用了图6所示的径向瓦片式结构，充磁方向很短。
为了简化工艺，瓦片式永磁块用所配制的环氧树脂胶(剪切应力大于34MP a，拉应力大于39 MP a)粘接在转子磁轮上，磁极之间呈鸽尾型，用胶填充。
这种结构工艺简单，取向性好，永磁材料用量少，且可保证高速运行时无拉伤。