第4章永磁直驱风力发电机组解剖

永磁同步风力发电系统的组成、工作原理及控制机理

永磁同步风⼒发电系统的组成、⼯作原理及控制机理永磁同步风⼒发电系统的系统基本组成、⼯作原理、控制模式论述1.系统的基本组成：直驱式同步风⼒发电系统主要采⽤如下结构组成：风⼒机（这⾥概括为：叶⽚、轮毂、导航罩）、变桨机构、机舱、塔筒、偏航机构、永磁同步发电机、风速仪、风向标、变流器、风机总控系统等组成。

其中全功率变流器⼜可分为发电机侧整流器、直流环节和电⽹侧逆变器。

就空间位置⽽⾔，变流器和风机总控系统⼀般放在塔筒底部，其余主要部件均位于塔顶。

2.⼯作原理：系统中能量传递和转换路径为：风⼒机把捕获的流动空⽓的动能转换为机械能，直驱系统中的永磁同步发电机把风⼒机传递的机械能转换为频率和电压随风速变化⽽变化的不控电能，变流器把不控的电能转换为频率和电压与电⽹同步的可控电能并馈⼊电⽹，从⽽最终实现直驱系统的发电并⽹控制。

3.控制模式：风⼒发电机组的控制系统是综合性控制系统。

它不仅要监视电⽹、风况和机组运⾏参数，对机组运⾏进⾏控制。

⽽且还要根据风速与风向的变化，对机组进⾏优化控制，以提⾼机组的运⾏效率和发电量。

风⼒发电控制系统的基本⽬标分为三个层次：分别为保证风⼒发电机组安全可靠运⾏，获取最⼤能量，提供良好的电⼒质量。

控制系统主要包括各种传感器、变距系统、运⾏主控制器、功率输出单元、⽆功补偿单元、并⽹控制单元、安全保护单元、通讯接⼝电路、监控单元。

具体控制内容有：信号的数据采集、处理，变桨控制、转速控制、⾃动最⼤功率点跟踪控制、功率因数控制、偏航控制、⾃动解缆、并⽹和解列控制、停机制动控制、安全保护系统、就地监控、远程监控。

⼀、系统运⾏时控制：1、偏航系统控制：偏航系统的控制包括三个⽅⾯：⾃动对风、⾃动解缆和风轮保护。

1)⾃动对风正常运⾏时偏航控制系统⾃动对风，即当机舱偏离风向⼀定⾓度时，控制系统发出向左或向右调向的指令，机舱开始对风，当达到允许的误差范围内时，⾃动对风停⽌。

2)⾃动解缆当机舱向同⼀⽅向累计偏转2~3圈后，若此时风速⼩于风电机组启动风速且⽆功率输出，则停机，控制系统使机舱反⽅向旋转2~3圈解绕；若此时机组有功率输出，则暂不⾃动解绕；若机舱继续向同⼀⽅向偏转累计达3圈时，则控制停机，解绕；若因故障⾃动解绕未成功，在扭缆达4圈时，扭缆机械开关将动作，此时报告扭缆故障，⾃动停机，等待⼈⼯解缆操作。

风力发电机整体结构PPT课件

验和水平承载力试验合格
b.桩位偏差合格（1/3D） c.桩头清理（油污，砼碎块）
2021
20
2．2．钢筋检验 a．出厂合格证 b．复检合格证明 c．.钢筋机械连接抗拉试验合格证明 d．表面清理
2021
21
2．3．基础环的检验和固定
a．基础环合格证明，外观检查
b．基本尺寸的现场检验（L法兰）
风力发电机机组对基础的所产生的载荷主要应考虑机组自重Q和倾覆力矩Mn
2021
14
7．REpower对风机基础的具体要求混凝土和钢筋用量（如图）
2021
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8．预埋管
布置保护电缆，但同时对基础结构不利，施工时布置均匀相互间留有间距，尽量减少对基础结构的影响。
2021
16
预埋管
2021
2021
8
3．基础设计满足以下两个条件
3．1．要求作用于地基上的载荷不超过地基的容许应力，保证地基有足够的安全储备
3．2．控制基础的沉降，使其不超过地基容许变形值
2021
9
4．风电机组基础的种类
风力发电机基础均为钢筋混凝土独立基础，根据风电场工程地质条件和地基承载力和风机载荷的不同分为：天然重力基础和桩基础（本风场选用桩基础）。
提供必要的锁紧力矩，以保障风力发电机组的安全运行
2021
41
风机偏航系统的组成
偏航系统由风向标传感器、偏航轴承、偏航驱动电机、偏航制动器、扭缆保护装置等几个部分组成。
2021
42
风向标传感器
MM82风机有两个待加热的风速计安装在气象塔上。气象塔被接地并具有围绕风速计的雷电捕获回路。
2021
50
解缆和扭缆保护装置

风力发电机分类及特点分析

(4)由于控制方案是在转子电路实现的，而流过转子电路的功率是由交流励磁发电机的转速运行范围所决定的转差功率，它仅仅是额定功率的一小部分，这样就大大降低了变频器的容量，减少了变频器的成本。
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。

直驱式风力发电系统

第一章双PWM型变流电路简介本文讨论克驱式风电系统的一种电力变换装拓扑结构，选取背靠背双PWM型变流电路为研究对彖.直驱式风电系统结构原理如图1-1所示。

风轮电机图1-1永磁同步电机直驱式风力发电系统并网结构图双脉宽调制(pulse-width modulation, PWM)变流器是由2个电压源型变流器(voltage source converter, VSC)背靠背连接构成，2 VSC直流侧通过直流母线并联，两极直流母线Z间并联滤波电容器以提高直流电压的电能品质。

由于该电路结构是完全镜面对称的，文献中称这种结构为背靠背连接。

背靠背双PWM变流器以其控制功能灵活、交流侧功率因数可调和直流电压可控等诸多优点，在轻型直流输电、统潮流控制器和柔性功率调节器等柔性交流输电技术领域中获得了广泛的应用。

该电路拓扑结构如图1-2所示，整流和逆变部分都采用PWM三相桥实现，这种结构的优点：输入电流为正弦波，减少了发电机的铜耗和铁耗；发电机功率因数可调节为1,且能够与大阻抗的同步发电机相联接。

凤轮图1-2三相电压型PWM逆变器的拓扑结构第二章双PWM变流器动态数学模型三相桥式拓扑结构构中交流侧采用三相对称的无中线连接方式, 图中L代表交流侧滤波电感参数，R为电感中的寄生电阻，图中直流电压源1｝血代表并网变流器直流母线电压，同时也是与发电机转了绕组相连的变流器直流母线电压。

为建立三相电压源型并网变流器的数学模型，根据其其拓扑结构，首先作以下假设：1.电网电动势为平稳的纯正弦波电动势（e a,e b,e c）o2・主电路开关元器件为理想开关，无损耗。

3・三相参数是对称的。

4・网侧滤波电感L是线性的，且不考虑饱和。

以A相为例，当VI导通V2关断时，直流电源Ude正极直接加到节点a处，由图可知，U M1 =U dc/2；当V2导通VI关断时，直流电源Ude负极接于节点a处，同理可知，=-U dc/2,同理易知节点b和c也是根据上下MOS管V5、V6 ）导通情况决定其电位的，由此可见，三相中任一相输出的相电压都有正负两个电平，因此这种结构的逆变器称为三相两电平逆变器。

永磁直驱风力发电机结构

永磁直驱风力发电机结构：永磁直驱风力发电机的结构主要包括风轮、永磁同步发电机、机架及偏航系统、主控系统、变流器、空－空循环冷却系统、液压系统、润滑系统、变压器、中央监控系统、塔架和机舱等部分。

风轮是永磁风力发电机的核心部件，也是最直接受到风能作用的部分。

它由多个叶片组成，通过风力的作用使得风轮旋转。

风轮通常采用可调角度的叶片设计，以便在不同风速下获得最高效率的转动。

发电机通过法兰与风轮直接相连，省去了影响风机可靠性的最薄弱环节———齿轮箱，以及主轴系统、联轴器等传动部件。

风轮与发电机转子直联，简化了结构，缩短了传动链，最大限度地提高了机组的可靠性和传动效率。

机架和偏航系统支持整个发电机组的运行，并能根据风向的变化自动调整机舱的角度，以保证风轮始终对准风向，提高发电效率。

主控系统负责整个发电机组的运行控制，包括启动、停机、偏航、故障保护等功能。

变流器将发电机产生的电能转换为符合电网要求的电能，空－空循环冷却系统则负责冷却发电机和变流器等发热部件。

液压系统和润滑系统则分别提供机组运行所需的液压动力和润滑。

此外，永磁直驱风力发电机还包括变压器、中央监控系统、塔架和机舱等部分。

变压器将发电机产生的电能升压后送入电网，中央监控系统则负责监控整个发电机组的运行状态和性能。

塔架和机舱则构成了发电机组的支撑结构和运行环境。

海上风力发电及其关键技术分析

海上风力发电及其关键技术分析摘要：随着我国社会的不断发展和能源的日益短缺，低碳环保的理念已经引起人们的关注，并被应用到电力企业中，企业越来越重视清洁新能源的开发利用。

本文探讨了海上风力发电及其关键技术。

关键词：海上；风力发电；关键技术引言能量转换技术是现代人类社会生产和生活中最关键的技术之一，而发电技术是影响最深远的技术之一。

因此，利用自然能源最有效的方式是先将这些能源转化为电能，向个人或企业用户提供电能，然后根据具体使用需要将其转化为动能、热能、光能等形式。

1 海上风电的概述虽然一些学者在20世纪70年代提出了使用海上风力发电的假设，但直到上世纪末才真正开始全面的科学探索和具体应用。

这是因为与陆上风力发电技术的研究相比，可以看出海上风力发电面临的繁琐的施工地质条件缺乏成熟的参考工程技术作为基础，对于海水的波浪冲击和风向变化，还不能形成一套实用的计算标准和分析标准。

此外，由于受工程环境和运维技术需要等诸多因素的影响，海上风电场建设缺乏丰富的经验作为参考依据，导致海上风电场建设的规模和回报率存在一定的安全隐患，因此，海上风力发电的商业推广才真正开始于近十年来相关技术的不断成熟。

2 海上风力发电的优势海风比陆风有很大的优势。

首先，当风吹过陆地时，风的大小和方向会发生变化，因为陆地非常粗糙，有许多障碍物。

但由于海面相对平坦，摩擦力小，海洋风速小，风向相对稳定。

其次，由于海风比陆风更稳定、更强，因此无需建造该装置。

塔太高，这降低了风力涡轮机的成本。

据统计，距海岸线10公里的海域风速通常比沿海地区高20%左右，发电量可增加70%。

因此，海上风力发电不仅成本低，而且产量高。

最后，海面上的气流是稳定的，海面是复杂的，海上发电机不需要承受太大的工作强度。

陆上使用寿命为20年，海上发电机组的使用寿命可延长至25至30年。

此外，海上风力发电不受噪音、电磁、鸟类等因素的影响。

3 海上风电与陆上风电的对比及其技术难点3.1 海上风电与陆上风电的对比（1）随着高度的变化，近海风速呈下降趋势。

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

永磁直驱风力发电机组并网发电原理

永磁直驱风力发电机组并网发电原理
永磁直驱风力发电机组并网发电是一种新型的发电技术，它利用风力将机组的转矩转化为电能，并将该电能输出到电网中。

永磁直驱风力发电机组是一种特殊的发电机组，它采用永磁材料制造的发电机，可以将风力转换为电能，而无需使用变速箱和传动轴。

永磁直驱风力发电机组可以输出一定的功率，其输出电能可以用于发电。

并网发电是指将发电机组输出的电能输入到电网中，实现了发电和用电之间的互联互通。

发电机组可以将连续的电能输出到电网中，供用户使用，从而实现发电。

永磁直驱风力发电机组并网发电的优点是结构简单，可靠性高，运行维护成本低，可以有效地利用风能，实现节能环保，并可以获得较大的发电量，可以节约大量的能源费用，给社会带来更多的经济效益。

永磁直驱风力发电机组并网发电不仅可以节省能源，而且可以缓解电网负荷，提高电网的可靠性和安全性，进一步推动可再生能源的发展。

总之，永磁直驱风力发电机组并网发电是一项重要的发电技术，它具有结构简单、可靠性高、运行维护成本低等优点，
可以节省能源，缓解电网负荷，提高电网可靠性和安全性，进一步推动可再生能源的发展，给社会带来更多的经济效益。

永磁直驱式变桨距风力发电机组的建模与控制

永磁直驱式变桨距风力发电机组的建模与控制1 引言永磁直驱式风力发电机组是我国风力发电机组的主流机型之一。

永磁风力发电机通过增加极对数，降低发电机转速，从而能够与风力机直接相连，取消了增速齿轮箱。

由于没有传统风力发电系统故障率很高的齿轮箱，直驱式风力发电系统稳定性和效率大大提高，且有效地抑制了噪声，具有比较广泛的市场应用前景。

图1 风力发电系统结构2 永磁直驱式并网型变桨距风力发电机组的结构永磁同步发电机的同步速较低，输出电压较低。

考虑到电网电压较高，电网与电机之间的能量变换装置，必须要有较大幅度的升压能力。

考虑到变压器体积较大，实际系统中，发电机组运送到塔顶成本较高，所以本文采取方法是直流母线侧先升压再进行并网逆变。

本文采用的机组方案如图1所示。

图2 桨距调节控制系统3 风力机的建模风力机建模一般只考虑其风能利用系数而忽略风力机的空气动力学过程。

本文即采用风力机的风能利用系数来建立其仿真模型。

图3 机侧电流内环控制系统风力机仿真模型的建立主要基于以下三个方程：(1)这里Cp-λ曲线采用文献[1]中给出的公式：(2)其中： (3)采用c1=，c2=116，c3=，c4=5，c5=21，c6=。

考虑到是发电机，建模时转矩要取反。

图4 网侧逆变器电流内环控制系统4 控制系统的设计桨距调节控制系统的设计当系统存在显著的不确定因素时，设计高精度的控制系统，必须研究控制系统在不确定情况下的鲁棒性。

PID控制器能够在很宽的运行条件下具有比较好的鲁棒性，并且形式简单，易于操作。

这里采用PID控制器来进行机组在高风速区的桨距调节。

变桨距风力发电系统在低风速区进行最大风能跟踪，节距角为零，即不进行变桨距调节。

图5 网侧逆变器电压外环控制系统风力机和发电机不经过增速齿轮箱而直接联接，传动系统的动态方程如下[4]：(4)式中，J是风轮转动惯量；ω是风轮转动的角速度；B是发电机的摩擦系数；Ta是风轮的气动转矩；Te是发动机获得的电磁转矩。

第四、五章风力发电机原理与控制风力发电原理课件

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3.机组控制系统
主要控制系统
1）变桨距控制系统 2）发电机控制系统 3）偏航控制系统 4）安全保护系统
风轮
风
增速器
变桨距风速测量
发电机转速检测
并网开关
电网变压器
并网
熔断器
控制系统
发电功率其它控制
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3.机组控制系统
控制系统功能要求：
1）根据风速信号自动进入启动状态或从电网自动切除； 2）根据功率及风速大小自动进行转速和功率控制； 3）根据风向信号自动对风； 4）根据电网和输出功率要求自动进行功率因数调整； 5）当发电机脱网时，能确保机组安全停机； 6）运行过程对电网、风况和机组的运行状况进行实时监测和记录，处理； 7）对在风电场中运行的风力发电机组具有远程通信的功能； 8）具有良好的抗干扰和防雷保护措施。
(塔底急停)
(机舱急停)
Profibus ok
110S1 (振动)
110S2 (扭缆)
110K3 （叶轮超度）
110K4 (发电机超速)
110K5 （变桨安全链）
110K6 （看门狗动作）
110K7
110K8
110K9
(变桨安全链)
110KA (偏航系统安全链)
110KB (变流系统安全连)
安全链系统
直驱型变速恒频风力发电机组的结构示意图
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2.双馈发电机
双馈异步发电机又称交流励磁发电机，具有定、转子两套绕组。定子结构与异步电机定子结构相同，具有分布的交流绕组。转子结构带有集电环和电刷。与绕线式异步电机和同步电机不同的是，转子三相绕组加入的是交流励磁，既可以输入电能，也可以输出电能。转子一般由接到电网上的变流器提供交流励磁电流，其励磁电压的幅值、频率、相位、相序均可以根据运行需要进行调节。转子也可向电网馈送电能，即电机从两端（定子和转子）进行能量馈送，“双馈”由此得名。

风力发电机结构图

技术创新
• 提高风力发电机的转换效率，降低成本 • 发展大型化、高效化的风力发电机 • 加强风力发电机的智能化和自适应控制技术
发展方向
• 海上风力发电：利用海上风能资源，建设大型海上风力发电场 • 分布式风力发电：在分散地区建设小型风力发电系统，为电网提供电力支持 • 风能储存技术：研究风能储存设备，实现风能的连续稳定输出
控制系统的作用
• 控制风力发电机的启动、停止和运行 • 保证风力发电机在各种风速下的安全运行 • 实现风力发电机的最大功率输出
控制系统的组成
• 主控制器：负责整个控制系统的管理和协调 • 速度控制器：控制风轮的转速，实现最佳风能转换效率 • 电压控制器：控制发电机的输出电压，保证稳定并网 • 并网控制器：负责风力发电机与电网的并网和脱网
02
风力发电机的主要组成部分
塔筒的结构设计与功能
塔筒的结构设计
• 塔筒为圆柱形或圆锥形结构，高度一般为30-80米 • 塔筒材质一般为钢结构，内壁涂有防腐层 • 塔筒底部设有基础，与地基连接
塔筒的功能
• 支撑风轮和发电机组的重量 • 保证风力发电机在各种风速下的稳定性 • 便于安装和维护
风轮的结构设计与功能
风力发电机的发展前景与挑战
发展前景
• 风力发电机作为一种可再生能源，具有广阔的发展前景 • 随着技术进步和成本降低，风力发电将在全球能源结构中占据越来越重要的地位
挑战
• 风力发电机的并网和稳定性问题仍需解决 • 风力发电机的噪音和视觉污染问题需要关注 • 风力发电机的技术创新和市场推广仍需加强
CREATE TOGETHER
风力发电机的应用领域与市场需求
应用领域
• 风力发电：为电网提供电力支持 • 风力提水：利用风力驱动水泵，进行农田灌溉和工业生产 • 风力热泵：利用风力驱动热泵，提供热水和供暖

永磁同步发电机的结构

永磁同步发电机的结构直驱式永磁发电机在结构上主要有轴向与盘式两种结构，轴向结构又分为内转子、外转子等；盘式结构又分为中间转子、中间定子、多盘式等；另外还有双凸极发电机与开关磁阻发电机。

一、内转子永磁同步发电机1.结构模型图6-9为内转子永磁同步风力发电机组的结构模型。

与普通交流电机一样，永磁同步发电机也由定子和转子两部分组成，定子、转子之间有空气隙，转子由多个永久磁铁构成。

图6-10为内转子永磁同步发电机的结构模型。

图6-9 内转子永磁同步风力发电机组的结构模型图6-10 内转子永磁同步发电机的结构模型2.定子结构永磁同步发电机的定子铁芯通常由0.5mm厚的硅钢片制成以减小铁耗，上面冲有均匀分布的槽，槽内放置三相对称绕组。

定子槽形通常采用与永磁同步电动机相同的半闭口槽，如图6-11所示。

为有效削弱齿谐波电动势和齿槽转矩，通常采用定子斜槽。

定子绕组通常由圆铜线绕制而成，为减少输出电压中的谐波含量，大多采用双层短距和星形接法，小功率电机中也有采用单层绕组的，特殊场合也采用正弦绕组。

3.转子结构由于永磁同步发电机不需要起动绕组，转子结构比异步启动永磁同步电动机简单，有较充足的空间放置永磁体。

转子通常由转子铁芯和永磁体组成。

转子铁芯既可以由硅钢片叠压而成，也可以是整块钢加工而成。

根据永磁体放置位置的不同，将转子磁极结构分为表面式和内置式两种。

表面式转子结构的永磁体固定在转子铁芯表面，结构简单，易于制造。

内置式转子结构的永磁体位于转子铁芯内部，不直接面对空气隙，转子铁芯对永磁体有一定的保护作用，转子磁路的不对称产生磁阻转矩，相对于表面式结构可以产生更强的气隙磁场，有助于提高电机的过载能力和功率密度，但转子内部漏磁较大，需要采取一定的隔磁措施，转子结构和加工工艺复杂，且永磁体用量多。

图6-11 典型永磁同步发电机的结构示意图1—定子铁芯；2—定子槽；3—转子铁芯；4—永磁体；5—轴二、外转子永磁同步发电机1.外转子永磁同步风力发电机组外转子永磁同步风力发电机的发电绕组在内定子上，绕组与普通三相交流发电机类似；转子在定子外侧，由多个永久磁铁与外磁轭构成，外转子与风轮轮毂安装成一体，一同旋转。

风力发电机组的结构及组成

3.1 风力发电机组概述
风力发电机组是将风能转化为电能的
装置
按其容量划分
按其主轴与地面的相对位置
小型（10KW以下)
中型（10~100KW)
大型（100KW以上）
）
水平轴风力发电机组（主轴与地面平行）
垂直轴风力发电机组（主轴与地面垂直）
小型及大型风力发电机组
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
径向
力
受力
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
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
按传统类型按传动的级数
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
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 齿轮箱 3.4 调速装置 3.5 发电机 3.6 塔架 3.7 控制系统及附属部件
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

直驱式风力发电机概述

直驱式风力发电机概述二极三相交流发电机转速约每分钟3000转，四极三相交流发电机转速约每分钟1500转，而机转速较低，小型风力机转速约每分钟最多几百转，大中型风力机转速约每分钟几十转甚至十，必须通过齿轮箱增速才能带动发电机以额定转速旋转。

下图是一台采用齿轮箱增速的水平轴发电机组的结构示意图。

齿轮箱增速的水平轴风力发电机组使用齿轮箱会降低风力机效率，齿轮箱是易损件，特别大功率高速齿轮箱磨损厉害、在风力顶环境下维护保养都较困难。

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，这采用专用的低转速发电机，称之为直驱式风力发电机。

近些年直驱式风力发电机已从小型风力机向大型风力发电机应用发展，国内具有自主知识产权的2MW永磁直驱风力发电机已研制成功报道目前国外最大的风力发电机组已达7MW，是直驱式发电机组。

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，风力机用的直驱式发电机也多极构造，有多极内转子结构与多极外转子结构，只是要求在结构上更轻巧一些。

近些年高磁能永磁体技术发展很快，特别是稀土永磁材料钕铁硼在直驱式发电机中得到广泛。

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向与盘式结构两种，轴向结构的磁场方向为径向，又分为内转子、外转子等；盘式结构的磁场方轴向，又分为中间转子、中间定子、多盘式等；近年来新型的双凸极发电机与开关磁阻发电机永磁直驱式发电机在得到应用。

下图是一个内转子直驱式风力发电机组的结构示意图。

其结构与水轮发电机相似，定子上有绕组，转子则由多个永久磁铁组成凸极结构。

内转子直驱式风力发电机组外转子永磁直驱式风力发电机的发电绕组在内定子上，绕组与普通三相交流发电机类似；转定子外侧，由固定在外磁軛内圆面上的多个永久磁铁组成内凸极结构，外转子与风轮轮毂安装体，一同旋转。

本栏有对外转子直驱式风力发电机的专门介绍，下图是一个外转子直驱式风力机组的结构示意图。

风力发电机的组成部件及其功用

风力发电机的组成部件及其功用风力发电机是将风能转换成机械能，再把机械能转换成电能的机电设备。

风力发电机通常由风轮、对风装置、调速装置、传动装置、发电机、塔架、停车机构等组成。

下面将以水平轴升力型风力发电机为主介绍它的各主要组成部件及其工作情况。

图3-3-4和3-3-5是小型和中大型风力发电机的结构示意图。

图3-3-4 小型风力发电机示意图1—风轮2—发电机3—回转体4—调速机构5—调向机构6—手刹车机构7—塔架8—蓄电池9—控制/逆变器图3-3-5 中大型风力发电机示意图1—风轮；2—变速箱；3—发电机；4—机舱；5—塔架。

1 风轮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。

其作用是捕捉和吸收风能，并将风能转变成机械能，由风轮轴将能量送给传动装置。

风轮一般由叶片（也称桨叶）、叶柄、轮毂及风轮轴等组成（见图3-3-6）。

叶片横截面形状基本类型有3种（见图第二节的图3-2-3）：平板型、弧板型和流线型。

风力发电机的叶片横截面的形状，接近于流线型；而风力提水机的叶片多采用弧板型，也有采用平板型的。

图3-3-7所示为风力发电机叶片（横截面）的几种结构。

图3-3-6 风轮1.叶片2.叶柄3.轮毂4.风轮轴图3-3-7 叶片结构（a）、(b)—木制叶版剖面； (c)、(d)—钢纵梁玻璃纤维蒙片剖面；(e) —铝合金等弦长挤压成型叶片；(f)—玻璃钢叶片。

木制叶片（图中的a与b）常用于微、小型风力发电机上；而中、大型风力发电机的叶片常从图中的（c）→（f）选用。

用铝合金挤压成型的叶片（图中之e），基于容易制造角度考虑，从叶根到叶尖一般是制成等弦长的。

叶片的材质在不断的改进中。

1 机头座与回转体风力发电机塔架上端的部件——风轮、传动装置、对风装置、调速装置、发电机等组成了机头，机头与塔架的联结部件是机头座与回转体（参阅后面的图3-3-24）。

（1）机头座它用来支撑塔架上方的所有装置及附属部件，它牢固如否将直接关系到风力机的安危与寿命。

永磁直驱式风力发电机的工作原理

永磁直驱式风力发电机的工作原理概述风力发电是一种绿色、可再生的能源形式，近年来逐渐受到人们的重视，并已经成为了不同国家的电力部门战略的一部分。

最新的风力发电机设计中普遍采用永磁直驱式风力发电机作为核心动力。

本文将介绍永磁直驱式风力发电机的工作原理。

永磁直驱式风力发电机永磁直驱式风力发电机简单来说就是将风能转化成电能的装置，它通过天线承受风力并转化为动能，转化后的能量被永磁直驱电机接收并被转换为可用的电能。

那么它是如何工作的呢？下面是详细解释。

工作原理永磁直驱式风力发电机利用叶轮旋转过程中的风能驱动转子旋转，发电机将叶轮的旋转转换为磁场的旋转，通过系统上的电路转变成直流电并输出。

磁场的产生永磁体作为最基本的部分，它产生的磁场为转子在正常工作时的磁场。

对于永磁直驱式风力发电机，主要采用了永磁体的磁场以产生转矩、增大效率。

在转子内部固定有许多磁钢，其成对固定在转子和定子上的相邻表面，形成有序且闭合环路的磁力线。

磁场的产生使得产生能量和承载载荷的磁力线逐渐发生变化，从而增加或减小空间磁场的强度。

磁场的转化将空间磁场转换为电力的方式很简单，利用部分转子上的线圈共同作用于磁场时，会产生一个电动势，然后流经线圈释放出的能量就作为输出电能传输至整个风力电站的主轴。

线圈位置设计在直驱发电机中，由于转子上的线圈应该共同作用于磁场，因此它们应该被两两固定在相对位置。

这样，就能产生一个比较强大而稳定的磁场。

对于风力发电机中的整个系统，转子中线圈的数量应该根据总发电机负载确定。

永磁直驱式风力发电机的运行是由风轮将风能转换为机械能，进而通过驱动永磁直驱电机的转子带动电机作业的。

转子的磁铁产生的磁场信息被转换成电动势以及电流，这些能量被输出到电池组上再进入电网供应电量。

理解永磁直驱式风力发电机的工作原理至关重要，他对于整个系统的运行效率和能量获取能力都具有重要的影响。

永磁直驱风力发电实验报告

实验一永磁同步风力发电系统接线实验一、实验目的1.掌握永磁同步风力发电系统的基本结构及组成；2.掌握永磁同步风力发电实验系统各部分间的接线。

二、实验原理1.永磁同步风力发电系统的结构及组成永磁步风力发电系统主要由模拟风力发电机、双向变流器、电网以及电量监视仪表等部分组成。

系统组成及控制原理框图如图1-1所示。

机侧变流器网侧变流器图1-1永磁同步风力发电系统原理框图2.模拟风力发电机模拟风力发电机即永磁直驱风力发电机组，包括风力机及永磁同步发电机、和增量编码器等组成，其中风力机由三相异步变频调速电动机组成，其由单独地变频控制转动，来模拟风力机转动，如图1-2所示。

另外，图1-3中的永磁直驱风力发电模拟系统控制柜里面包含三相变频器，是控制三相异步变频调速电机转动，模拟风机带动永磁同步电机转动发电，风力机的定子接线端接到该控制柜。

图1-4中的直驱永磁风力发电机组变频柜里面包含机侧变流器和网侧变流器，是对永磁同步发电机发出的电进行PWM整流和逆变，增量编码器的A、A_、B、B_、Z、Z_信号输出端，以及永磁同步电机的定子输出端都要接到该控制柜。

直驱永磁风力发电机组变频柜的输出端接到电网上，如图1-2所示。

增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增图1-2 永磁直驱发电机组结构图图1-3 永磁直驱风力发电模拟系统控制柜机侧控制板网侧控制板增量式编码器输入接口图1-4 永磁直驱风力发电机组变频柜图1-5 电网接入端口三、实验内容及步骤1. 实验准备实验前请仔细阅读系统的安全操作说明及系统相关的使用说明书，识别并准备完成实验开始前所需的器件。

2. 实验步骤1）将机组中三相异步变频调速电动机的定子输入三相线接到永磁直驱风力发电模拟系统控制柜的U ，V ，W 端子上，注意变频器输出相序和风力机的定子输出相序一致。

2）将机组中增量式编码器输出端口的A 、A _、B 、B _、Z 、Z _信号输出端口接到永磁直驱风力发电机组变频柜的机侧控制板上对应的增量式编码器输入接口。

永磁直驱风力发电机技术综述

永磁直驱风力发电机技术综述发表时间：2018-07-02T11:27:53.600Z 来源：《电力设备》2018年第7期作者：左禾[导读] 摘要：风能是一种清洁的可再生能源，其分布面广，开发利用潜力巨大，而风力发电则是最为常规的风能利用技术。

（西安中车永电捷力风能有限公司陕西西安 710000）摘要：风能是一种清洁的可再生能源，其分布面广，开发利用潜力巨大，而风力发电则是最为常规的风能利用技术。

永磁直驱风力发电机采用永磁体作为励磁系统，由风轮直接驱动发电机，是风力发电机的主要发展方向，通常采用径向气隙以及轴向气隙结构，包括减小起动转矩、冷却和散热设计、永磁体的固定以及发电机的防雷设计等关键技术。

文章就永磁直驱风力发电机技术进行相关分析。

关键词：永磁直驱；风力发电机；技术应用1 风力发电机1.1 风力发电机含义风力发电机主要是一种电力设备，其能够把风能转为机械功，从而带动转子旋转，最后输出交流电。

在广义上，风能也作为太阳能，因此，风力发电机也是以大气为介质、太阳为热源的热能利用发电机。

1.2 风力发电机原理风力发电原理说来很简单，但做起来很难，其利用风去带动风车叶片使叶片旋转，再通过增速机提高叶片旋转速度，以此促使发电机进行发电。

风力发电相较于柴油发电要好很多，因为其利用自然能源。

风力发电不能够作为备用电源，但其使用寿命长，可长期利用。

1.3 风力发电机类型（1）异步型，包括笼型异步发电机和绕线式双馈异步发电机。

（2）同步型，包括永磁同步发电机和电励磁同步发电机。

（3）水平轴，目前利用最多的风力发电机类型。

（4）垂直轴，新型的风力发电机。

与水平轴风力发电机相比，其效率较高，且没有噪音，维护简单，中小型发电机首选。

1.4 永磁直驱风电机组的结构组成永磁直驱风力发电机组没有齿轮箱，风轮直接驱动发电机，亦称无齿轮风力发电机，采用永磁体代替励磁线圈，减少了励磁损耗。

此外，永磁电机无需从电网吸收无功功率来建立磁场，由于没有励磁装置，减少了很多电气设备，从而使机组具有可靠、高效、方便安装和维护等很多优点。

风力发电机结构图解

18--主机架19-- 20--与塔筒连接的偏航齿圈21--发电机驱动器
22--联轴器23--空气冷却器24—25--带碳纤维刷26--不锈钢避雷齿
风机结构
4主机架
插图1-5偏航系统
21 22
23
插图1-7冷却
1--机舱2--塔筒3--风轮叶片4--冷却系统5--发电机6--制动器连轴器
7--齿轮箱8--减噪装置9--变桨系统10--轮毂11--偏航系统12--主机架
13--机舱罩14--变桨轴承15--风轮轴16--油路集成装置17--同步电机
欢迎下载风机结构插图1风电机组插图12机舱精品文档欢迎下载插图1轮毂插图1主机架精品文档欢迎下载插图1偏航系统插图1制动联轴器精品文档欢迎下载插图1冷却1机舱3风轮叶片4冷却系统5发电机6制动器连轴器7齿轮箱8减噪装置9变桨系统10轮毂11偏航系统12主机架13机舱罩14变桨轴承15风轮轴16油路集成装置17同步电机18主机架1920与塔筒连接的偏航齿圈21发电机驱动器22联轴器23空气冷却器2425带碳纤维刷26不锈钢避雷齿精品文档欢迎下载致力为企业和个人提供合同协议策划案计划书学习资料等等打造全网一站式需求