风力发电机工作原理基础.ppt
合集下载
风力发电基础知识介绍PPT课件
使用水冷却时，冷水被导入一些隐藏 在发电机外壳里的管中。水冷却了发 电机加热了水本身。而散热器（如上 图）又利用周围环境的空气再将水冷 却。由此，水在冷却发电机的同时不 断的循环，温度却不会升高。
.
43
叶轮 所有大型风机都有三个叶片 组成叶轮与主轴连接，而每 种风机的叶片长度都有所不 同。比如有一种风机叶片长 度为25-27米，而最大的风机 的叶片达到39米，这相当于 一懂13层的高楼！
.
32
主轴
叶轮被用螺栓固定在风 机主轴上一个强度很高 的圆盘上。
牢固、稳定的固定叶轮是非常重要的。 齿轮箱则被固定在主轴的另一头。
.
33
齿轮箱 这是机舱内部的齿轮箱。齿轮 箱内部有齿轮传动装置，内部 齿轮之间相互啮合，叶轮转速 在每分钟27转左右
主轴缓慢旋转将很大的力传送到 齿轮箱里，通过传动装置将转速 成比例提高。
Electric Generator 发电机
Output Power
输出功率
Speed 速度
Controller 控制器
.
16
装配一台风机 一台风机是由许多部分组成的？
塔架 机舱 变压器 叶轮 基础
.
17
叶轮 叶轮被固定在大 的主轴上，大的 叶轮有三个吸收 风能的叶片，风 速足够大时就会 驱动叶轮旋转！
.
5
由于两个屋子之间有温度差，风 就一直在吹。壁炉里的火加热了 空气。热空气流动到温度低的房 间的顶部，最终通过窗户释放到 外界。太阳不断地加热着地球， 壁炉就扮演着太阳的角色
.
6
1)当太阳光照射到地球表面时，地 球被加热，而陆地和海洋的吸收热 量的速度是不同的，陆地吸收热的 速度比海洋快的多。
.
培训风电基础PPT课件
•20
第三章 风力发电机组
➢ 而直驱型风机则另辟蹊径，配合采用了多项先进 技术，桨叶的转矩可以不通过齿轮箱增速而直接 传递到发电机的传动轴，使风机发出的电能同样 能并网输出。这样的设计简化了装置的结构，减 少了故障几率，优点很多，现多用于大型机组上。
•21
第三章 风力发电机组
➢ 根据按桨叶接受风能的功率调节方式可分为： ➢ “定桨距（失速型）机组”――桨叶与轮毂的连接
•3
第一章 风能开发的意义
什么是风能？
➢ 风能就是空气的动能,是指风所负载的能量，风能的大小决 定于风速和空气的密度。
风能来源于何处？
➢ 风的能量是由太阳辐射能转化来的，太阳每小时辐射地球 的能量是174,423,000,000,000千瓦，换句话说，地球每 小时接受了1.74 x 10^17瓦的能量。风能大约占太阳提供 总能量的百分之一，二，太阳辐射能量中的一部分被地球 上的植物转换成生物能，而被转化的风能总量大约是生物 能的50～100倍。
•2
第一章 风能开发的意义
发展风力发电具有什么优势？ ➢ 风电技术日趋成熟，产品质量可靠，可用率已达95%以上，
已是一种安全可靠的能源，风力发电的经济性日益提高， 发电成本已接近煤电，低于油电与核电，若计及煤电的环 境保护与交通运输的间接投资，则风电经济性将优于煤电。 风力发电场建设工期短，单台机组安装仅需几周，从土建、 安装到投产，只需半年至一年时间，是煤电、核电无可比 拟的。投资规模灵活，有多少钱装多少机。对沿海岛屿， 交通不便的边远山区，地广人稀的草原牧场，以及远离电 网和近期内电网还难以达到的农村、边疆来说，可作为解 决生产和生活能源的一种有效途径．
• 在齿轮箱后部的高速轴上安装有刹车盘， 其连接方式是采用胀紧式联轴器；液压制 动器通过螺栓紧固在齿轮箱体上；
第三章 风力发电机组
➢ 而直驱型风机则另辟蹊径，配合采用了多项先进 技术，桨叶的转矩可以不通过齿轮箱增速而直接 传递到发电机的传动轴，使风机发出的电能同样 能并网输出。这样的设计简化了装置的结构，减 少了故障几率，优点很多，现多用于大型机组上。
•21
第三章 风力发电机组
➢ 根据按桨叶接受风能的功率调节方式可分为： ➢ “定桨距（失速型）机组”――桨叶与轮毂的连接
•3
第一章 风能开发的意义
什么是风能？
➢ 风能就是空气的动能,是指风所负载的能量，风能的大小决 定于风速和空气的密度。
风能来源于何处？
➢ 风的能量是由太阳辐射能转化来的，太阳每小时辐射地球 的能量是174,423,000,000,000千瓦，换句话说，地球每 小时接受了1.74 x 10^17瓦的能量。风能大约占太阳提供 总能量的百分之一，二，太阳辐射能量中的一部分被地球 上的植物转换成生物能，而被转化的风能总量大约是生物 能的50～100倍。
•2
第一章 风能开发的意义
发展风力发电具有什么优势？ ➢ 风电技术日趋成熟，产品质量可靠，可用率已达95%以上，
已是一种安全可靠的能源，风力发电的经济性日益提高， 发电成本已接近煤电，低于油电与核电，若计及煤电的环 境保护与交通运输的间接投资，则风电经济性将优于煤电。 风力发电场建设工期短，单台机组安装仅需几周，从土建、 安装到投产，只需半年至一年时间，是煤电、核电无可比 拟的。投资规模灵活，有多少钱装多少机。对沿海岛屿， 交通不便的边远山区，地广人稀的草原牧场，以及远离电 网和近期内电网还难以达到的农村、边疆来说，可作为解 决生产和生活能源的一种有效途径．
• 在齿轮箱后部的高速轴上安装有刹车盘， 其连接方式是采用胀紧式联轴器；液压制 动器通过螺栓紧固在齿轮箱体上；
风力发电原理PPT教学课件
风力发电原理
1
风力发电的原理：是利 用风力带动风车叶片旋 转，再透过增速机将旋 转的速度提升，来促使 发电机发电。简单的说 风力发电就是将风能转 换为机械能进而将机械 能再转换为电能的过程。
现代风力发电机采用空 气动力学原 理 ，就像 飞机的机翼一样。
2
风并非 " 推 " 动风轮叶片，而是吹过叶片形成叶 片正反面的压差，这种压差会产生升力，令风轮旋转 并不断横切风流 。
发电机有基本类型： 普通异步风力发电机组 双馈异步风力发电机组 直驱式同步风力发电机组（含永磁发电机和直流 励磁发电机） 混合式风力发电机组
25
1、普通异步风力发电机组
技术特点：
1、叶轮转速较低，一般为每分钟十几转，需要齿轮 箱增速， 转子绕组短路，结构一般为鼠笼结构； 2、转子转速固定，风能利用率低，其转速由齿轮箱 传动比和发电机极对数决定； 3、转子电流产生的旋转磁场的转速高于同步速运行； 4、发电机定子直接与电网连接，启动时产生很大启 动电流，其配置启动装置。 5、从系统吸收大量无功，需配置无功补偿装置。 结构简单，控制方便。
瓦—几兆瓦；
⑧发电机，分为直流发电机和交流发电
机；
⑨另外还有塔架高度等等。
7
2、水平轴力风机
特点：风组成：它一般内风轮增速器、调速器、调向装置、 发电机和塔架等部件组成，大中型风力机还有自 动控制系统。
应用：这种风力机的功率从几十千瓦到数兆瓦，是 日前最具有实际开发价值的风力机：
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。 风力发电正在世界上形成一股热潮， 为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐 射或空气污染。
3
（一）风力发电设备
1
风力发电的原理：是利 用风力带动风车叶片旋 转，再透过增速机将旋 转的速度提升，来促使 发电机发电。简单的说 风力发电就是将风能转 换为机械能进而将机械 能再转换为电能的过程。
现代风力发电机采用空 气动力学原 理 ，就像 飞机的机翼一样。
2
风并非 " 推 " 动风轮叶片，而是吹过叶片形成叶 片正反面的压差，这种压差会产生升力，令风轮旋转 并不断横切风流 。
发电机有基本类型： 普通异步风力发电机组 双馈异步风力发电机组 直驱式同步风力发电机组（含永磁发电机和直流 励磁发电机） 混合式风力发电机组
25
1、普通异步风力发电机组
技术特点：
1、叶轮转速较低，一般为每分钟十几转，需要齿轮 箱增速， 转子绕组短路，结构一般为鼠笼结构； 2、转子转速固定，风能利用率低，其转速由齿轮箱 传动比和发电机极对数决定； 3、转子电流产生的旋转磁场的转速高于同步速运行； 4、发电机定子直接与电网连接，启动时产生很大启 动电流，其配置启动装置。 5、从系统吸收大量无功，需配置无功补偿装置。 结构简单，控制方便。
瓦—几兆瓦；
⑧发电机，分为直流发电机和交流发电
机；
⑨另外还有塔架高度等等。
7
2、水平轴力风机
特点：风组成：它一般内风轮增速器、调速器、调向装置、 发电机和塔架等部件组成，大中型风力机还有自 动控制系统。
应用：这种风力机的功率从几十千瓦到数兆瓦，是 日前最具有实际开发价值的风力机：
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。 风力发电正在世界上形成一股热潮， 为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐 射或空气污染。
3
（一）风力发电设备
风力发电原理ppt课件
类型：有传统风车、低速风力机及高速风力 机
7
水平轴力风机图
8
9
3、垂直轴风力机
特点：凡风轮转轴与地面呈垂直状态的风 力机叫垂直抽风力机。
形式有：如s型、H型、Ф型等。 应用：虽然目前垂直轴风力机尚未大量商
品化，但是它有许多特点，如不需大型 塔架、发电机可安装在地面上、维修方 便及叶片制造简便等，研究日趋增多， 各种形式不断出现。各种形式的垂直轴 风力机。
13
14
机组的总体结构
机组的总体结构图：
风轮
增速器
发电机
主继电器
风
电网 主开关 变压器
变桨 风
转速 风速
熔断器
晶闸管 并网
控制系统
功率
15
无功补偿
（三）风力发电机主要组成部分介绍
1、风轮
风力机区别于其他机械的最主 要特征就是风轮。风轮一般由 2～3个叶片和轮毂所组成，其 功能是将风能转换为机械能。
齿轮箱的主要功能就是将风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转速。齿轮 箱 对于大型风力发电机，由于限制其转速，传动 装置的增速比一般为40—50。 这样，可以降低发 电机重量，从而降低成本。
21
5、偏航系统
用来调整风力机的风轮叶片旋转平而与空气流动方 向相对位置的机构。因为当风轮叶片旋转平面与气 流方向垂直时，也即是迎着风向时，风力机从流动 的空气中获取的能量最大，因而风力机的输出功率 最大，所以调向机构又称为迎风机构(通称偏航系 统)。整个偏航系统由电动机及减速机构、偏航调 节系统和扭缆保护装置等部分组成。
并不断横切风流 。
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。 风力发电正在世界上形成一股热潮， 为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐 射或空气污染。
7
水平轴力风机图
8
9
3、垂直轴风力机
特点：凡风轮转轴与地面呈垂直状态的风 力机叫垂直抽风力机。
形式有：如s型、H型、Ф型等。 应用：虽然目前垂直轴风力机尚未大量商
品化，但是它有许多特点，如不需大型 塔架、发电机可安装在地面上、维修方 便及叶片制造简便等，研究日趋增多， 各种形式不断出现。各种形式的垂直轴 风力机。
13
14
机组的总体结构
机组的总体结构图：
风轮
增速器
发电机
主继电器
风
电网 主开关 变压器
变桨 风
转速 风速
熔断器
晶闸管 并网
控制系统
功率
15
无功补偿
（三）风力发电机主要组成部分介绍
1、风轮
风力机区别于其他机械的最主 要特征就是风轮。风轮一般由 2～3个叶片和轮毂所组成，其 功能是将风能转换为机械能。
齿轮箱的主要功能就是将风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转速。齿轮 箱 对于大型风力发电机，由于限制其转速，传动 装置的增速比一般为40—50。 这样，可以降低发 电机重量，从而降低成本。
21
5、偏航系统
用来调整风力机的风轮叶片旋转平而与空气流动方 向相对位置的机构。因为当风轮叶片旋转平面与气 流方向垂直时，也即是迎着风向时，风力机从流动 的空气中获取的能量最大，因而风力机的输出功率 最大，所以调向机构又称为迎风机构(通称偏航系 统)。整个偏航系统由电动机及减速机构、偏航调 节系统和扭缆保护装置等部分组成。
并不断横切风流 。
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。 风力发电正在世界上形成一股热潮， 为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐 射或空气污染。
风力发电机基本结构和原理PPT课件
电机用途及分类
电机：进行机、电能量转换的电磁耦合装置。
分类：
电机
变压器
旋转电机
电机可逆原理。
直流电机
交流电机 同步电机
异步电机
同步发电机原理结构—模型图
返回
小型同步发电机的基本结构
定子：定子铁芯，定子绕组，机座 转子：转子铁芯，转子绕组，轴，集电环 电刷 其它
同步发电机工作原理总结
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，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，当前的主流双馈风力 发电机组均是采用此种控制策略。
绕线式
转子绕组接线方式：星型
转子额定电压：
419
V
转子堵转电压：
2018
V
最大转子电流：
450
A
绝缘等级：
H
级
结构型式：
IM B3
极数：
4
极
冷却方式：
机壳水泠
绕组温升限值：
105
K
转向：
从输出轴方向观察
为逆时针
防护等级：
IP54
重量：
不大于 6350 kg
异步电动机的工作原理
(1-s)Pem Pem 变压器 双馈电机
(1+s)Pem 机械功率
(1转+s子)Pe频m 率 机械功率f2 = sf1
风力发电机机原理课件
1.2.2 贝兹理论
1. 贝兹理论中的假设 ——叶轮是理想的； ——气流在整个叶轮扫略面上是均匀的； ——气流始终沿着叶轮轴线； ——叶轮处在单元流管模型中，如图。
3. 动能定理的应用
基本公式：E=1/2 mV2 （m同上） 单位时间内气流所做的功——功率： P’=1/2 mV2= =1/2 SV V2
2、伯努利方程： P0 = P +1/2 * V2=常数
其中： P0 ——气体总压力； P ——气体静压力。
1
2
1
1
3
1
下持翼不面变处，流进场 而横静截压面力面P3≈积PA1。3变化较小，流速V3几乎保 上翼面突出，流场横截面面积减小，空气流速增大，
V2>V1。使得 P2 < P1，即压力减小。 结论：
Re>Recr 紊流 ——雷诺数的物理意义：惯性力与粘性力之比。 雷诺数的影响
考虑对NACA翼型升力曲线和阻力曲线的影响。随着 雷诺数的增加： ——升力曲线斜率，最大升力系数与失速攻角均增加； ——最小阻力系数减小； ——升阻比增加。
§1.2 叶轮空气动力学基础
叶轮的作用：将风能转换为机械能。 1.2.1 几何描述 叶轮轴线：叶轮旋转的轴线。 旋转平面：桨叶扫过的垂直于叶轮轴线的平面。 叶片轴线：叶片绕其旋转以改变相对于旋转平
面的偏转角——安装角（重要概念）。 半径r处的桨叶剖面：距叶轮轴线r处用垂直于
叶片轴线的平面切出的叶片截面。 安装角：桨叶剖面上的翼弦线与旋转平面的夹
角，又称桨距角，记为。
半径r处叶片截面的几何桨距：在r处几何螺旋 线的螺距。
可以从几个方面来理解：
——几何螺旋线的描述：半径r，螺旋升角。 ——此处的螺旋升角为该半径处的安装角r。 ——该几何螺旋线与r处翼剖面的弦线相切。 ——桨距值：H=2r tg r
风力发电原理(课堂PPT)
29
3）对于直流电励磁方式的同步电机，转子转速的调 节可以通过控制励磁电流的大小来控制电磁转矩， 从而使风力发电系统获得最大风能捕获效率；对于 永磁同步电机，可以通过调节直流电压的方式来控 制电磁转矩，从而使风力发电系统获得最大风能捕 获效率，风能利用率高；
4）对于直流励磁方式的同步电机，励磁损耗较小； 对于永磁同步电机，则存在永磁材料的消磁现象。
36
（五）风的能量与测量
产生能量的基本要素： 风具有一定的质量
和速度。
风能的一些主要特性参数：如风能、风能密
度、风速与风级、风向与风频以及风的测量等。
1）风能：空气运动产生的动能称为“风能”。 2）风能密度：单位时间内通过单位截面积的风
能。
37
3）风速与风级：风速就是空气在单位时间内移
动的距离，国际上的单位是米／秒(m/s)或千米／ 小时(km／h)。分13级
传动比和发电机极对数决定；
3、转子电流产生的旋转磁场的转速高于同步速运行
；
4、发电机定子直接与电网连接，启动时产生很大启
动电流，其配置启动装置。
5、从系统吸收大量无功，需配置无功补偿装置。
结构简单，控制方便。
26
2、双馈式异步风力发电机组
技术特点：
1、叶轮转速较低，一般为每分钟十几转
，需要齿轮箱增速；
11
Ф型风力机图
12
13
（二）风力发电系统
从外部看，整个风力发电机组 看上去只有三个主要部分：风 轮、机舱和塔架。
发电机、传动系统、控制系统 等都集成在机舱内。
机舱除了承担容纳所有机械部 件的功能，还起到承受所有外 力（ 包括静负载及动负载） 的作用。
机舱底盘和塔架之间有回转体 ，使机舱可水平转动。
3）对于直流电励磁方式的同步电机，转子转速的调 节可以通过控制励磁电流的大小来控制电磁转矩， 从而使风力发电系统获得最大风能捕获效率；对于 永磁同步电机，可以通过调节直流电压的方式来控 制电磁转矩，从而使风力发电系统获得最大风能捕 获效率，风能利用率高；
4）对于直流励磁方式的同步电机，励磁损耗较小； 对于永磁同步电机，则存在永磁材料的消磁现象。
36
（五）风的能量与测量
产生能量的基本要素： 风具有一定的质量
和速度。
风能的一些主要特性参数：如风能、风能密
度、风速与风级、风向与风频以及风的测量等。
1）风能：空气运动产生的动能称为“风能”。 2）风能密度：单位时间内通过单位截面积的风
能。
37
3）风速与风级：风速就是空气在单位时间内移
动的距离，国际上的单位是米／秒(m/s)或千米／ 小时(km／h)。分13级
传动比和发电机极对数决定；
3、转子电流产生的旋转磁场的转速高于同步速运行
；
4、发电机定子直接与电网连接，启动时产生很大启
动电流，其配置启动装置。
5、从系统吸收大量无功，需配置无功补偿装置。
结构简单，控制方便。
26
2、双馈式异步风力发电机组
技术特点：
1、叶轮转速较低，一般为每分钟十几转
，需要齿轮箱增速；
11
Ф型风力机图
12
13
（二）风力发电系统
从外部看，整个风力发电机组 看上去只有三个主要部分：风 轮、机舱和塔架。
发电机、传动系统、控制系统 等都集成在机舱内。
机舱除了承担容纳所有机械部 件的功能，还起到承受所有外 力（ 包括静负载及动负载） 的作用。
机舱底盘和塔架之间有回转体 ，使机舱可水平转动。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
叶轮 获取风能且将其能量通过低速 轴传递给齿轮 箱。现代 600 kW的风力机叶 片的长度为21米。
轮毂 与风力机的低速轴相联。
低速轴 联接叶轮轮毂与齿轮箱。低 速轴是中空轴，内部穿过液压管 路控制气动刹车（叶尖）。
齿轮箱 一侧连接低速轴，另一侧连接高速轴。
高速轴 转速大约为1500转/分，它的作用是带
风力发电机工作原理基础
一、风力发电机组的简单发电原理
风
电
机组
风力发电机组（以下简称风力机）是一种 将风能转换为电能的能量转换装置
风
叶轮
传动系
电 发 电 机
控制系统
二、风力发电机组基本结构
机舱上安装有若干个关键部件： 叶轮、轮毂、低速 轴、齿轮箱、高速轴和 安装在其上的机械刹车、发电机、液压系统、 冷却系统、偏航系统、风速 仪和风向标等
塔架
第一步：材料准备
第二步：卷板机卷板
第三步：机器人（人工）焊接
第四步：分段焊接
第五步：法兰及其它附属件焊接
第六步：质量检查（超声波探伤） 第七步：防腐（镀锌或刷防腐漆）
偏航系统 通过偏航电机推动机舱对风。Biblioteka 塔架 作用是承载机舱和叶轮。
一台600千瓦风力发电机的塔架 约为40-60米高。塔架有锥形圆 柱钢塔架，也有桁架式塔架 ， 在其内部装有梯子。
风速仪和风向标 用于测量风
速和风向。
叶片
三、主要零部件的制造
叶片必须有足够的强度，因此，在 每一个叶片内部都有一根与叶片长 度几乎一样长的梁。
叶片分为两扇，分别进行生 产，然后，将两扇组合起来， 就形成了一个完整的的叶片。 图中的工人正在给玻璃钢上 铺塑胶。
在两扇叶片组合之前，先 将那根梁放在中间
两扇叶片放入一个模具 然后合上。然后将给其 加热，使得玻璃钢更加 坚固。
叶片表面必须足够光滑， 使得风穿过叶片表面时 不会减速。因此，在一 些刮擦痕处须填充玻璃 纤维。最后，对叶片进 行打磨抛光直到叶片表 面光滑为止。
动发电机。同时在高速轴上安装有一套机械 刹车。
发电机 发电机通常被称为感应型发电机或异步
发电机。
控制器 计算机持续监控风力发电机
的状态，控制偏航。在任何故障状 态下，计算机立即控制风机停机。
液压系统 作用是控制风力发电机气
动刹车装置。
冷却系统 包含有冷却发电机的风扇，
冷却齿轮油的散热器，一些风力发 电机还装设有发电机水冷装置。