1、風力發電機概述風力發電機概述風電機組傳動系統風電機組傳動系統偏航系統偏航系統變槳系統變槳系統4123目錄目錄Text in here風輪風輪葉片葉片輪轂輪轂機艙機艙齒輪箱齒輪箱發電機發電機偏航偏航系統系統制動系統制動系統塔架塔架基礎基礎主要部件主要部件 風力機主要部件風力機主要部件按按風輪風輪結構結構劃分劃分 垂直軸垂直軸風力機風力機風輪圍繞一個垂直軸進行旋轉。風輪圍繞一個垂直軸進行旋轉。 水平軸風力機水平軸風力機葉片圍繞一個水平軸旋轉，旋轉平葉片圍繞一個水平軸旋轉，旋轉平面與風向垂直。面與風向垂直。 風力發電機分類風力發電機分類 按照風輪與塔架相對按照風輪與塔架相對位置劃分位置劃分 順風式風

2、力機順風式風力機 風輪在塔架的下風位置旋轉的風力機。能夠自動對風輪在塔架的下風位置旋轉的風力機。能夠自動對準風向，不需要調向裝置。缺點：空氣流先通過準風向，不需要調向裝置。缺點：空氣流先通過塔架然后再流向風輪，會造成塔影效應，風力機塔架然后再流向風輪，會造成塔影效應，風力機性能降低。性能降低。 以空氣流向作為參考，風輪在塔架前迎風旋轉的以空氣流向作為參考，風輪在塔架前迎風旋轉的風力機為逆風式風力機。需要調風裝置，使風輪風力機為逆風式風力機。需要調風裝置，使風輪迎風面正對風向。迎風面正對風向。逆風式風力機逆風式風力機 風力發電機分類風力發電機分類葉片固定在輪轂上，槳距角不變，風力機的功率葉片固定

3、在輪轂上，槳距角不變，風力機的功率調節完全依靠葉片的失速性能。當風速超過額定調節完全依靠葉片的失速性能。當風速超過額定風速時，在葉片后端將形成邊界層分離，使升力風速時，在葉片后端將形成邊界層分離，使升力系數下降，阻力系數增加，從而限制了機組功率系數下降，阻力系數增加，從而限制了機組功率的進一步增加。的進一步增加。結構簡單結構簡單不能保證功率恒定，并且由于阻力增大不能保證功率恒定，并且由于阻力增大, ,導致葉片導致葉片和塔架等部件承受的載荷相應增大和塔架等部件承受的載荷相應增大定槳距定槳距風力機風力機按功率調節方式按功率調節方式劃分劃分:定槳距與變槳距定槳距與變槳距 優點優點:缺點缺點: 風力發

4、電機分類風力發電機分類葉片和輪轂不是固定連接，葉片槳距角可調。在超過額葉片和輪轂不是固定連接，葉片槳距角可調。在超過額定風速范圍時，通過增大葉片槳距角，使攻角減小，以定風速范圍時，通過增大葉片槳距角，使攻角減小，以改變葉片升力與阻力的比例，達到限制風輪功率的目的，改變葉片升力與阻力的比例，達到限制風輪功率的目的，使機組能夠在額定功率附近輸出電能。使機組能夠在額定功率附近輸出電能。變槳距變槳距風力機風力機高于額定風速區域可以獲得穩定的功率輸出高于額定風速區域可以獲得穩定的功率輸出 需要變槳距調節機構，設備結構復雜。需要變槳距調節機構，設備結構復雜。優點優點:缺點缺點: 目前的大型兆瓦級風電機組普

5、遍采用變槳距控制技術目前的大型兆瓦級風電機組普遍采用變槳距控制技術 風力發電機分類風力發電機分類 水平軸風力機構造水平軸風力機構造傳動系統用來連接風輪與發電機，將風輪產生的機械轉矩傳遞給發電機，同傳動系統用來連接風輪與發電機，將風輪產生的機械轉矩傳遞給發電機，同時實現轉速的變換。時實現轉速的變換。圖為一種目前風電機組較多采用的帶齒輪箱風電機組的傳動系統結構示意圖。圖為一種目前風電機組較多采用的帶齒輪箱風電機組的傳動系統結構示意圖。包括風輪主軸（低速軸）、主軸軸承、增速齒輪箱、高速軸（齒輪箱輸出軸）包括風輪主軸（低速軸）、主軸軸承、增速齒輪箱、高速軸（齒輪箱輸出軸）聯軸器、及機械剎車制動裝置等部

6、件。聯軸器、及機械剎車制動裝置等部件。作用在風輪上的各作用在風輪上的各種氣動載荷和重力種氣動載荷和重力載荷通過主機架及載荷通過主機架及偏航系統傳遞給塔偏航系統傳遞給塔架。架。 風力機組傳動系統風力機組傳動系統3.1主軸主軸 主軸是風力發電機組的重要零件之一，用來支持旋轉的機械零件。主軸主軸 目前目前，主軸軸承主要有圓錐滾子軸承、調心滾子軸承，主軸軸承主要有圓錐滾子軸承、調心滾子軸承、2-3 列圓柱滾列圓柱滾子軸承等形式，為使軸承有更長的使用壽命和更強的承載能力，往往子軸承等形式，為使軸承有更長的使用壽命和更強的承載能力，往往采用采用多多列列滾子軸承排布。滾子軸承排布。主軸起支承輪轂及葉片，傳遞

7、扭矩到增速器的作用，主軸軸承主要承受主軸起支承輪轂及葉片，傳遞扭矩到增速器的作用，主軸軸承主要承受徑向力，其性能的好壞不僅對傳遞效率有影響，而且也決定了主傳動鏈徑向力，其性能的好壞不僅對傳遞效率有影響，而且也決定了主傳動鏈的維護成本，所以要求具有良好的調心性能、抗振性能和運轉平穩性。的維護成本，所以要求具有良好的調心性能、抗振性能和運轉平穩性。主軸軸承主軸軸承齒輪箱是風電機組傳動系統中的主要部件，需要承受來自風輪的載荷齒輪箱是風電機組傳動系統中的主要部件，需要承受來自風輪的載荷，同時要承受齒輪傳動過程產生的各種載荷。需要根據機組總體布局，同時要承受齒輪傳動過程產生的各種載荷。需要根據機組總體布

8、局設計要求，為風輪主軸、齒輪傳動機構和傳動系統中的其他構件提供設計要求，為風輪主軸、齒輪傳動機構和傳動系統中的其他構件提供可靠的支撐與連接，同時將載荷平穩傳遞到主機架。可靠的支撐與連接，同時將載荷平穩傳遞到主機架。由于要求的增速比往往很大，風電齒輪箱通由于要求的增速比往往很大，風電齒輪箱通常需要多級齒輪傳動。大型風電機組的增速常需要多級齒輪傳動。大型風電機組的增速齒輪箱的典型設計，多采用行星齒輪與定軸齒輪箱的典型設計，多采用行星齒輪與定軸齒輪組成混合輪系的傳動方案。齒輪組成混合輪系的傳動方案。 結構形式結構形式 風電機組齒輪箱風電機組齒輪箱 圖為一種一級行星圖為一種一級行星+ +兩級定軸齒輪傳

9、動的齒輪箱結構，低速軸為行兩級定軸齒輪傳動的齒輪箱結構，低速軸為行星齒輪傳動后兩級為平行軸圓柱齒輪傳動，可合理分配傳動比，提星齒輪傳動后兩級為平行軸圓柱齒輪傳動，可合理分配傳動比，提高傳動效率。高傳動效率。 風電機組齒輪箱結構形式風電機組齒輪箱結構形式圖為二級行星圖為二級行星+ +平行軸齒輪傳動的齒輪箱結構平行軸齒輪傳動的齒輪箱結構風電機組齒輪箱結構形式風電機組齒輪箱結構形式有些齒輪箱采用多級行星輪系的傳動形式，如圖三級行星輪加一級平有些齒輪箱采用多級行星輪系的傳動形式，如圖三級行星輪加一級平行軸齒輪的傳動結構。多級行星輪結構殼可以獲得更加緊湊的結構，行軸齒輪的傳動結構。多級行星輪結構殼可以獲

10、得更加緊湊的結構，但也使齒輪箱的設計、制造與維護難度和成本大大增加。因此，齒輪但也使齒輪箱的設計、制造與維護難度和成本大大增加。因此，齒輪箱的設計和選型過程，應綜合考慮設計要求、齒輪箱總體結構、制造箱的設計和選型過程，應綜合考慮設計要求、齒輪箱總體結構、制造能力，以及與機組總體成本平衡等因素間的關系，盡可能選擇相對合能力，以及與機組總體成本平衡等因素間的關系，盡可能選擇相對合理的傳動形式。理的傳動形式。 風電機組齒輪箱結構形式風電機組齒輪箱結構形式 優點優點：發電機、齒輪箱等大部件易拆卸，可維護性較好；發電機、齒輪箱等大部件易拆卸，可維護性較好； 技術技術成熟，設計制造難度低，發電機由于極對數

11、小，結構簡單，體積成熟，設計制造難度低，發電機由于極對數小，結構簡單，體積小。小。 缺點缺點：傳動系統結構復雜，齒輪箱增速比高，存在齒輪磨損、傳動系統結構復雜，齒輪箱增速比高，存在齒輪磨損、潤滑油更換頻繁、機械噪聲、振動等問題。潤滑油更換頻繁、機械噪聲、振動等問題。高傳動比高傳動比齒輪箱齒輪箱 高傳動比齒輪箱高傳動比齒輪箱直驅型直驅型優點優點：沒有了齒輪箱所帶來的噪聲、故障率高等問題，提高了運行：沒有了齒輪箱所帶來的噪聲、故障率高等問題，提高了運行可靠性，減少了傳動鏈能量損失，能量利用率高，發電質量好。可靠性，減少了傳動鏈能量損失，能量利用率高，發電質量好。缺點缺點：發電機極對數高，體積比較大

12、，結構復雜，同時增加了制造：發電機極對數高，體積比較大，結構復雜，同時增加了制造難度與成本；需要全功率變頻器，成本高，損耗大。難度與成本；需要全功率變頻器，成本高，損耗大。 直接驅動型：直接驅動型：采用多級同步風力發電機，讓風輪直接帶動發電機低速采用多級同步風力發電機，讓風輪直接帶動發電機低速旋轉。旋轉。直驅型直驅型齒輪箱高速軸與發電機軸的連接構件一齒輪箱高速軸與發電機軸的連接構件一般采用柔性聯軸器，以彌補機組運行過般采用柔性聯軸器，以彌補機組運行過程軸系的安裝誤差，解決主傳動鏈的軸程軸系的安裝誤差，解決主傳動鏈的軸系不對中問題系不對中問題。同時，柔性聯軸器還可同時，柔性聯軸器還可以增加傳動鏈

13、的系統阻尼，減少振動的以增加傳動鏈的系統阻尼，減少振動的傳遞。傳遞。聯軸器必須有大于等于聯軸器必須有大于等于100 M的阻抗，并的阻抗，并且承受且承受2 kV 的電壓。這將防止寄生電流通的電壓。這將防止寄生電流通過聯軸器從發電機轉子流向齒輪箱，這可能過聯軸器從發電機轉子流向齒輪箱，這可能帶給齒輪箱極大的危害。帶給齒輪箱極大的危害。聯軸器聯軸器一、根據風向的變化，偏航操作裝置按系統控制單元一、根據風向的變化，偏航操作裝置按系統控制單元發出指令，使風輪處于迎風狀態，以提高風力發電機發出指令，使風輪處于迎風狀態，以提高風力發電機組的發電效率。組的發電效率。二、同時還應提供必要的鎖緊力矩，以保證機組的

14、安二、同時還應提供必要的鎖緊力矩，以保證機組的安全運行和停機狀態的需要全運行和停機狀態的需要。偏航系統功能偏航系統功能偏航系統構成偏航系統構成風力發電機組的偏航風力發電機組的偏航系統主要由風向標、系統主要由風向標、偏航軸承、偏航驅動偏航軸承、偏航驅動器、偏航制動器、偏器、偏航制動器、偏航計數器、潤滑泵、航計數器、潤滑泵、偏航位置傳感器組成。偏航位置傳感器組成。偏航系統偏航系統風向標風向標風向標目的：風向標目的：n 風向風向風向標是偏航系統風向信號的采集裝置，正常工作時能根據風向的風向標是偏航系統風向信號的采集裝置，正常工作時能根據風向的變化傳遞不同的電壓信號給主控，主控通過接收到的電壓信號的不

15、變化傳遞不同的電壓信號給主控，主控通過接收到的電壓信號的不同能夠分析外界風向情況，然后通過比較，決定是否發出偏航指令。同能夠分析外界風向情況，然后通過比較，決定是否發出偏航指令。為了減少突變風對風機偏航系統的影響，主控接收的一分鐘內的平為了減少突變風對風機偏航系統的影響，主控接收的一分鐘內的平均風向。均風向。偏航系統相關部件偏航系統相關部件 偏航驅動部件一般由電動機、大速比減速機和開式齒輪傳動副組成，通過法蘭連接安偏航驅動部件一般由電動機、大速比減速機和開式齒輪傳動副組成，通過法蘭連接安裝在主機架上。裝在主機架上。 根據傳動比要求，偏航減速器通常需根據傳動比要求，偏航減速器通常需要采用要采用3

16、-43-4級行星輪傳動方案，繼承了行星級行星輪傳動方案，繼承了行星齒輪傳動平穩的優點。齒輪傳動平穩的優點。 偏航驅動裝置偏航驅動裝置偏航驅動電動機一般選用偏航驅動電動機一般選用轉速較高體積小的電動機轉速較高體積小的電動機但由于偏航驅動所要求的但由于偏航驅動所要求的輸出轉速又很低，多采用輸出轉速又很低，多采用多級行星輪系傳動，以實多級行星輪系傳動，以實現大速比、緊湊型傳動的現大速比、緊湊型傳動的要求，以滿足偏航動作要要求，以滿足偏航動作要求。求。偏航驅動電機偏航驅動電機偏航減速器偏航減速器偏航系統相關部件偏航系統相關部件偏航制動裝置偏航制動裝置 風機機械液壓系統對偏航風機機械液壓系統對偏航剎車的

17、控制，偏航系統未剎車的控制，偏航系統未工作時剎車片全部抱閘，工作時剎車片全部抱閘， 機艙不轉動；機艙不轉動； 機艙對風機艙對風偏航時，所有剎車片半松偏航時，所有剎車片半松開，設置足夠的阻尼，保開，設置足夠的阻尼，保持機艙平穩偏航。持機艙平穩偏航。 自動自動解纜時，偏航剎車片全松解纜時，偏航剎車片全松開。開。偏航系統相關部件偏航系統相關部件P130-23風向標作為感應元件將風向的變化用電信號傳遞到偏航電機的控制風向標作為感應元件將風向的變化用電信號傳遞到偏航電機的控制回路的處理器里，經過比較后處理器給偏航電機發出順時針或逆時回路的處理器里，經過比較后處理器給偏航電機發出順時針或逆時針的偏航命令，

18、電機轉速將通過同軸聯接的減速器減速后，針的偏航命令，電機轉速將通過同軸聯接的減速器減速后，通過安通過安裝在驅動部件上的小齒輪與大齒圈嚙合，帶動主機架和機艙旋轉使裝在驅動部件上的小齒輪與大齒圈嚙合，帶動主機架和機艙旋轉使風輪對準風向。風輪對準風向。工作原理工作原理偏航系統工作原理偏航系統工作原理禁止偏航條件禁止偏航條件以下情況不會自動偏航以下情況不會自動偏航 產生偏航故障；產生偏航故障； 偏航解纜動作；偏航解纜動作； 風機處于維護模式；風機處于維護模式； 30s 30s平均風速平均風速 2.5m/s2.5m/s； 緊急停機過程；緊急停機過程； 發生液壓故障；發生液壓故障； 禁止偏航條件禁止偏航條

19、件通過改變風機的槳葉角度通過改變風機的槳葉角度來調節風力發電機的功率來調節風力發電機的功率以適應隨時變化的風速。以適應隨時變化的風速。保障風機機組安全停機保障風機機組安全停機在額定風速以下時，槳葉全開，在額定風速以下時，槳葉全開，最大限度捕獲風能；額定風速之最大限度捕獲風能；額定風速之上時，根據主控器指令調節葉片上時，根據主控器指令調節葉片角度，保證機組的輸出功率。角度，保證機組的輸出功率。超過安全風速時或故障停機、超過安全風速時或故障停機、緊急情況下，旋轉槳葉到安全緊急情況下，旋轉槳葉到安全位置，保護風力發電機組，實位置，保護風力發電機組，實現安全停車功能。現安全停車功能。變槳系統變槳系統功

20、能功能變槳系統變槳系統變槳系統相關部件變槳系統相關部件 變槳軸承安裝在輪轂上，變槳軸承安裝在輪轂上，通過外圈螺栓把緊。通過外圈螺栓把緊。其內齒圈與變槳驅動其內齒圈與變槳驅動裝置嚙合運動，并與裝置嚙合運動，并與葉片聯接。葉片聯接。外圈外圈內圈內圈變槳軸承變槳軸承變槳驅動裝置通過螺柱變槳驅動裝置通過螺柱與輪轂連接。與輪轂連接。變槳齒輪箱前的小齒輪變槳齒輪箱前的小齒輪與變槳軸承內圈嚙合，與變槳軸承內圈嚙合，并要保證嚙合間隙。并要保證嚙合間隙。間隙由加工精度保證，間隙由加工精度保證，無法調整。無法調整。變槳驅動電機變槳驅動電機變槳齒輪箱變槳齒輪箱安裝位置安裝位置變槳驅動裝置變槳驅動裝置當風機正常停機，

21、在風電機組斷開電網前先當風機正常停機，在風電機組斷開電網前先將葉片順槳到將葉片順槳到8989，利用葉片的氣動剎車將，利用葉片的氣動剎車將葉輪轉速降低至功率為葉輪轉速降低至功率為0 0。當風機緊急停機。當風機緊急停機時，時，葉片會順槳到葉片會順槳到91限位置限位置，最后風機采，最后風機采用機械剎車系統使葉輪停止轉動。用機械剎車系統使葉輪停止轉動。此外還需要一個冗余限位開關（用于此外還需要一個冗余限位開關（用于95限限位），在主限位開關（用于位），在主限位開關（用于91限位）失效限位）失效時確保變槳電機的安全制動。時確保變槳電機的安全制動。91限位開關限位開關95限位開關限位開關限位開關限位開關絕

22、對式編碼器絕對式編碼器特點是：可以直接讀出角度坐標的絕對值；沒有累積誤差；電源特點是：可以直接讀出角度坐標的絕對值；沒有累積誤差；電源切除后位置信息不會丟失。切除后位置信息不會丟失。因此，測位置多采用絕對編碼器，抗干擾特性強、數據的可靠性大。因此，測位置多采用絕對編碼器，抗干擾特性強、數據的可靠性大。增量式編碼器增量式編碼器偏轉角度偏轉角度發電機轉速發電機轉速編碼器編碼器 雷電保護爪主要由三部分組成，按照安裝順序從上到下雷電保護爪主要由三部分組成，按照安裝順序從上到下依次是墊片壓板，碳纖維刷和集電爪。依次是墊片壓板，碳纖維刷和集電爪。雷電保護裝置雷電保護裝置 雷電保護裝置在變槳裝置中的具體位置見右雷電保