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风力发电机分类概述

风力发电机分类概述

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一、按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。




01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。




02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。




二、按风力发电机的输出容量分类




可将风力发电机分为小型,中型,大型,兆瓦级系列。




(1)小型风力发电机是指发电机容量为0.1~1kw的风力发电机。




(2)中型风力发电机是指发电机容量为1~100kw的风力发电机。




(3)大型风力发电机是指发电机容量为100~1000kw的风力发电机。




(4)兆瓦级风力发电机是指发电机容量为1000以上的风力发电机。




三、按风力发电机功率调节方式分类




可分为定桨距时速调节型,变桨距型,主动失速型和独立变桨型风力发电机。




01定桨距失速型风机




桨叶于轮毂固定连接,桨叶的迎风角度不随风速而变化。依靠桨叶的气动特性自动失速,即当风速大于额定风速时依靠叶片的失速特性保持输入功率基本恒定。




02变桨距调节




风速低于额定风速时,确保叶片在较佳攻角状态,以获得较大风能;当风速超过额定风速后,变桨系统减小叶片攻角,确保输出功率在额定范围内。




03主动失速调节




风速低于额定风速时,控制系统根据风速分几级控制,控制精度低于变桨距控制;当风速超过额定风速后,变桨系统通过增加叶片攻角,使叶片“失速”,限制风轮吸收功率增加。




04独立变桨控制风力机




由于叶片尺寸较大,每个叶片有十几吨甚至几十吨,叶片运行在不同的位置,受力状况也是不同的故叶片中立对风轮力矩的影响也是不可忽略的。通过对三个叶片进行独立的控制,可以大大减小风力机叶片负载的波动及转矩的波动,进而减小传动机构与齿轮箱的疲劳度,减小塔架的震动,输出功率基本恒定在额定功率附近。




四、按分离发电机的机械形式分类




可分为有齿轮箱的风力机,无齿轮的风力机和混合驱动型风力机。




01带齿轮箱的风力发电机




由于叶尖速度的限制,风轮旋转速度一般较慢。风轮直径在100m以上时,风轮转速在15r/min或更低。为了使发电机的体积变小,必须是发电机输入转速更高,这时必须使用变速箱体搞转速使得发动机输入转速在1500/min或者3000/min这样,发电机体积可以设计的尽可能小。




02无齿轮箱发电机




将叶轮和发电机直接连接在一起结构的风力发电机成为无齿轮箱使风力发电机。这种发电机由于没有齿轮箱,所以结构简单,制造方便,维护方便故无齿轮箱的风力发电机将来有可能发展与海上风力发电机上使用。




03混合驱动型风力发电机




混合驱动型风力发电机采用一级齿轮进行传动,齿轮箱结构简单效率高。由于增加了点击转速点击尺寸和重量比一般的直趋机组的电机尺寸小,重量也比较轻。所以这种风力发电机具有直趋风力发电机的特点也有体积小,重量轻的有点,逐渐成为3GW以上的大型风机组设计开发的一种趋势。




五、按风力发电机组的发电机类型分类




可分为异步型风力发电机和同步型风力发电机。




01异步发电机按其转子结构不同又可分为




(a)笼型异步发电机――转子为笼型。




由于结构简单可靠、廉价、易于接入电网,而在小、中型机组中得到大量的使用;




(b)绕线式双馈异步发电机――转子为线绕型。




定子与电网直接连接输送电能,同时绕线式转子也经过变频器控制向电网输送有功或无功功率。




02同步发电机型按其产生旋转磁场的磁极的类型又可分为




(a)电励磁同步发电机――转子为线绕凸极式磁极,由外接直流电流激磁来产生磁场。




(b)永磁同步发电机――转子为铁氧体材料制造的永磁体磁极,通常为低速多极式,不用外界激磁,简化了发电机结构,因而具有多种优势。




六、按齿轮箱和发电机相对位置分类




齿轮箱和发电机相对位置可分为紧凑型和长轴布置型。




01紧凑型风力发电机




紧凑型风力发电机的风轮直接与齿轮箱低速轴相连,齿轮高速轴输出端通过弹性联轴节与发电机连接,发电机与齿轮箱外壳连接。这种结构齿轮箱使专门设计的,由于结构紧凑,可以节省材料和相对的费用。作用在风轮和发电机上的力都是通过齿轮箱外壳体传递到主框架上的。紧凑型风力发电机的结构主轴与发电机轴在同一平面内,在齿轮箱损坏是,需要将风轮,齿轮箱,发电机一块拆下来进行修理,比较麻烦。




02长轴布置型风力发电机




通过固定在机舱主框架的主轴,与齿轮箱低速轴连接。长轴布置型风力发电机的主轴是单独的,有单独的轴承支撑。这种结构的优点是风轮没有直接作用在齿轮箱的低速轴上,齿轮箱可以采用标准结构,减小齿轮箱低速轴收到的复杂力矩,降低了费用,减少了齿轮箱受损的可能性。




七、按风力发电机的转速分类




按照发电机的转速及并网方式可以将发电机分为定速风机和变速风机。




01定速型风力发电机




定速风力机一般采用时速控制的桨叶控制方式,使用直接与电网相连的异步感应电动机,由于风能的随机性,驱动异步发电机的风力机低于额定运行的时间占全年运行时间的60%~70%。为了充分利用低风速的风能,增加发电量,广泛应用双速异步发电机,设计成4级和6级绕组。在低速运转时,双速异步发电机的效率比氮素异步发电机搞,滑差损耗小,当风力发电机组在低风速运行时,不仅桨叶具备有较高的启动效率,发电机效率也能保持在较高的水平。




02变速风力发电机




变速风力机一般配备变桨距功率调节方式。风力机必须有一套控制系统来调节,限制转速和功率。调速与功率调节装置的首要任务是使风力机在大风,运行发生故障和过载荷是得到保护:其次,使风电机组能够在启动时顺利切入运行,电能质量符合公共电网要求。




八、按风力发电机塔架的不同分类




按照塔架的不同可分为塔筒式风力机和桁架式风力机




01塔架式风力发电机




国内及国外绝大多数风力发电机组采用塔筒式结构,这种结构的优点是刚性好,冬季人员登塔安全,连接部分的螺栓与桁架塔相比要少得多,维护工作两少,便于安装和调节。




02桁架式风力机




桁架式采用类似电力塔的结构形式。这种结构风阻小,便于运输。但组装复杂,需要每年对他家的螺栓进行紧固,工作量很大,而且冬季爬塔架的条件恶劣。在我国,这种结构的机型更适合南方海岛使用,特别是阵风达,风向不稳定的风场,桁架塔更能吸收手机组运行时产生的扭矩和震动。






(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。




①水平轴风力发电机。水平轴风力发电机可分为升力型和阻力型两类。升力型风力发电机旋转速度快,阻力型旋转速度慢。对于风力发电,多采用升力型水平轴风力发电机。大多数水平轴风力发电机具有对风(迎风)装置,能随风向改变而转动,时刻确保桨叶旋转面与来风垂直。小型风力发电机,这种对风装置采用尾舵,而大型风力发电机,则利用风向传感元件以及伺服电机组成的传动机构来实现自动迎风。




水平轴风力发电机风力发电机的风轮在塔架前面的称为上风向风力机,风轮在塔架后面的则称为下风向风力机。水平轴风力发电机的式样很多,有的具有反转叶片的风轮,有的在一个塔架上安装多个风轮,以便在输出功率一定的条件下减少塔架的成本,还有的水平轴风力发电机在风轮周围产生漩涡,集中气流,增加气流速度。




②垂直轴风力发电机。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。




利用阻力旋转的垂直轴风力发电机有几种类型,其中有利用平板做成的风轮,这是一种纯阻力装置;另有一种S形风车,其具有部分升力,但主要还是阻力装置。这些装置有较大的启动力矩,但变速比低,在风轮尺寸、重量和成本一定的情况下,提供的功率输出低。

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