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风力发电机的分类和原理

时间:2014-01-22 16:41:01    

根据风力发电机旋转轴的区别,风力发电机可以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

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

垂直轴风力发电机目前占市场主流的是水平轴风力发电机,平时说的风力发电机通常也是指水平轴风力发电机。目前水平轴风力发电机的功率最大已经做到了5wm左右。垂直轴风力发电机虽然最早被人类利用,但是用来发电还是近10多年的事。与传统的水平轴风力发电机相比,垂直轴风力发电机具有不用对风向,转速低,无噪音等优点,但同时也存在起动风速高,结构复杂等缺点,这都制约了垂直轴风力发电机的应用。

风力发电机的工作原理就是通过叶轮将风能转变为机械转距(风轮转动惯量),通过主轴传动链,经过齿轮箱增速到异步发电机的转速后,通过励磁变流器励磁而将发电机的定子电能并入电网.如果超过发电机同步转速,转子也处于发电状态,通过变流器向电网馈电.

最简单的风力发电机可由叶轮和发电机两部分构成,立在一定高度的塔干上,这是小型离网风机最初的风力发电机发出的电能随风变化时有时无,电压和频率不稳定,没有实际应用价值.为了解决这些问题,现代风机增加了齿轮箱、偏航系统、液压系统、刹车系统和控制系统等.

齿轮箱可以将很低的风轮转速(1500千瓦的风机通常为12-22/)变为很高的发电机转速(发电机同步转速通常为1500/).同时也使得发电机易于控制,实现稳定的频率和电压输出.偏航系统可以使风轮扫掠面积总是垂直于主风向.要知道,1500千瓦的风机机舱总重50多吨,叶轮30,使这样一个系统随时对准主风向也有相当的技术难度.

风机是有许多转动部件的,机舱在水平面旋转,随时偏航对准风向;风轮沿水平轴旋转,以便产生动力扭距.对变桨矩风机,组成风轮的叶片要围绕根部的中心轴旋转,以便适应不同的风况而变桨距.在停机时,叶片要顺桨,以便形成阻尼刹车.

早期采用液压系统用于调节叶片桨矩(同时作为阻尼、停机、刹车等状态下使用),现在电变距系统逐步取代液压变距.

1500千瓦风机而言,一般在4/秒左右的风速自动启动,13/秒左右发出额定功率.然后,随着风速的增加,一直控制在额定功率附近发电,直到风速达到25/秒时自动停机.

现代风机的设计极限风速为60-70/,也就是说在这么大的风速下风机也不会立即破坏.理论上的12级飓风,其风速范围也仅为32.7-36.9/.

风机的控制系统要根据风速、风向对系统加以控制,在稳定的电压和频率下运行,自动地并网和脱网;同时*齿轮箱、发电机的运行温度,液压系统的油压,对出现的任何异常进行报警,必要时自动停机,属于无人值守独立发电系统单元.