傅朋凯
北京天润新能投资有限公司西北分公司 新疆乌鲁木齐 830000
摘要：作为自然界清洁的可再生能源，风能取之不尽，用之不竭。过去，人们使用风车来抽水，研磨表面并用帆来帮助船舶起航。现在，风力发电越来越受到重视，不仅因为其清洁和可再生，而且更重要的是能源和当前能源有限。可再生能源，环境污染加剧和气候变暖已经引发了生活环境的警醒，这决定了清洁能源必须得到发展。作为清洁能源之一，风能在中国具有一定的发展基础。随着能源结构的不断调整，风力发电将有广阔的发展前景。风力发电正在形成世界的热潮，因为它的燃料来自大自然，可以在没有人力的情况下获得，也不会产生辐射和空气污染。风力发电在国外也很受欢迎，并在中国西部地区大力倡导。风力利用自然能源，比火电，核电等发电更绿色环保。
关键词：风力发电机、分类、构成
引言：风能资源的开发利用利用了该技术，从最早的单机运行到目前全国范围内的并网运行，相应发电机组的容量也从最初的几十千瓦发展到兆瓦 海上风电场; 机械控制方法的范围从固定失速控制到可变间距控制，以及从恒速恒频开发到当今变速恒频系统（如双馈异步）的电力电子控制。 要使风力发电技术在能源开发利用方面有更好的发展前景，并与火力，水利等传统发电技术展开竞争，关键在于解决控制问题。
1风力发电的原理?
广义上讲，风力发电是一种以太阳为热源，大气为工作介质的热能利用引擎。阳光照射在地球表面。它提高了地球表面的温度，地球表面的空气膨胀并升温。随着热空气升高，低温冷空气在水平方向流动，并且该空气流产生风。由于逐渐冷却和较重的温度，上升的空气会下降。随着表面温度升高，空气将被加热升高。这种对流也会造成风。可以看出，风的能量来自太阳。太阳发出的光和热是地球上风的源头。风力发电的原理很简单。最简单的风力涡轮机可以由两部分组成：叶轮和发电机。气流的动能作用在叶轮上，并将动能转换成机械能，从而驱动叶轮的旋转。如果叶轮的轴与发电机的轴连接，它将驱动发电机发电。风力发电是将风能转化为机械功的动力机器。它也被称为风车。风力利用自然能源。根据目前的风车技术，约三米每秒的微风速度，可以开始发电。
2风力发电机分类与构成?
2.1风力发电机的分类。风力涡轮机是将风能转换为电能的装置。 按其容量分为小型（10kw以下），中型（10-100kw），大型（100kw以上）风力发电机组。根据主轴与地面的相对位置，可以进一步分为：水平轴风力发电机组和垂直轴风力发电机组，水平轴风力涡轮机是世界上最成功的风力涡轮机。主要优点是可以将风力涡轮机设置在离地面较高的位置，从而减少地面干扰对风力涡轮机动态特性的影响。
2.2风力发电机的构成。一般大型的工业风力发电组应当有以下构成部件：?
机舱：机舱包含风力涡轮机的关键设备，包括变速箱和发电机，维护人员可以通过风力涡轮机塔进入机舱。发动机舱的左端是风力发电机的转子，即转子叶片和轴。
转子叶片：捕捉风力并将风传送到转子轴，在现代化的600千瓦风力发电机组上，每个转子叶片的长度大约为20米，其设计非常像飞机机翼。
轴心：转子轴安装在风力发电机的低速轴上，在现代600千瓦风力涡轮机上，转子速度很慢，大约每分钟19至30转。轴上的液压系统有一个导管来刺激气动制动器的操作。
齿轮箱：变速箱的左侧是低速轴，它可以将高速轴的速度提高到低速轴的50倍。
高速轴及其机械闸：高速轴以1500rpm运行并驱动发电机，它配备了紧急机械制动器，用于空气动力门的故障或风轮机的维修。
发电机：通常被称为感应电机或异步发电机，在我国使用的风力涡轮机中，功率输出通常为500至1500千瓦。发电机和变速箱通常是风力涡轮机的最关键部件。
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偏航装置：用电机旋转机舱，使转子面向风。偏航装置由电子控制器操作，并且电子控制器可以感测通过风向标的风向。
电子控制器：包括一台持续监测风力涡轮机状态并控制偏航装置的计算机。为了防止任何故障（即变速箱或发电机过热），控制器可以自动停止风力涡轮机的旋转并通过电话调制解调器呼叫风力涡轮机操作员。
冷却元件：包括用于冷却发生器的风扇，此外，它还包含一个油冷却元件，用于冷却齿轮箱中的油，一些风力发电机具有水冷发电机。?
塔：风力涡轮机包含有机罐和转子。通常高的塔有优势，因为离地面越远，风速就越大。现代600千瓦风机的塔架高度为40至60米。 它可以是管状塔或网格状塔，管状塔对维护人员更安全，因为它们可以通过内部梯子到达塔顶，电网塔的优点是价格便宜。
3风力发电机类型?
3.1双馈异步风力发电机。所谓双馈，是指两个能量流通道，双口进给，即转子和定子都参与激励，可以发电，并且与电网有能量交换，双馈电机中的逆变器是不可或缺的。 变频器主要用于变频驱动技术，以改变交流电机工作电压的频率和幅度，在双馈感应发电机中，定子绕组直接连接到电网，转子绕组通过变频器连接到电网，使得频率和电压与变频器的频率成正比变化，并且逆变器的输出电压被控制。 保持一定的，满足用电负荷和并网需求。在双馈异步风力发电机组中，变频器是一个重要的组成部分，主要由五部分组成：设备侧变流器，直流电压中间电路，网侧变流器，IGBT模块和控制电子器件单元。其工作原理主要是利用功率半导体器件上的工频功率转换到另一个频率功率控制器的作用。风力涡轮机的主要应用是AC-DC-AC变频器。首先通过整流器将交流电转换为直流电，然后用逆变器将直流电转换为频率和电压可变的交流电。 IGBT（绝缘栅双极型晶体管）模块在逆变器整流过程中起着重要作用。尽管它是一个开关，但它是开通和关闭线路的关键环节。双馈异步风力涡轮机由风力涡轮机驱动，然后由发电机驱动。变速箱可以换档1：100倍，以使风扇以1500 RPM（最大速度）运行。目前盛行的是1.25兆瓦，1.5。 MW，2MW三种型号，异步发电机组单价较低，1KW约6000元左右，但技术成熟，国产化程度较高。一对齿轮正确啮合的条件是两个齿轮的模数和压力角分别相等。在实际运行中，齿轮啮合存在不可避免的误差，易产生摩擦噪声。
在实际运行中，发现双馈异步风力发电机采用高速电机，具有体积小，重量轻，效率高，价格低的优点，但同时由于速度较为复杂 - 增加齿轮箱结构，很容易产生疲劳损伤。
3.2直驱永磁同步发电机。直接驱动，顾名思义，是一种直接驱动，它是直接将新型电机与电机的执行部分相结合，即电机直接驱动机器运行，没有中间机械传动链接，直驱式风力发电机也称为无齿轮风力发电机。永磁体意味着材料本身是磁性的，没有被磁化，并且通常不会消磁。永磁材料也被称为“硬磁材料”。一种能够在磁化时保持恒定磁场的材料具有宽磁滞回线，高矫顽力和高剩磁。直驱永磁同步发电机采用多极电机和叶轮直接连接驱动，省去了传统的齿轮箱部分。同时，磁极对的数量增加，从而降低了电机的额定速度。众所周知，齿轮箱是风力涡轮机中最脆弱的部件，因此直驱式永磁同步发电机的可靠性要高于双馈异步风力发电机。风能被叶轮吸收后，转化为机械能，通过主轴传递给发电机，产生的电能通过全功率变流器，然后通过升压变压器进入电网。
因此，无变速箱的直驱永磁同步发电机具有以下优点：消除了齿轮箱的机械部件，进一步简化了传动结构，大大降低了传动损失，提高了机组的可靠性，并且发电效率得到提高。在低风速环境下，优势更加明显;装置的部件数量也同步减少，以免损坏部件并降低运行和维护成本;同时摩擦噪声大大降低，设备性能更好，电网接入性能优异。这也有利于电网的稳定运行。但同时必须注意的是，为提高发电效率，发电机数量非常多，吨位相应较重，体积较大。同时，直驱永磁发电机的单价相对昂贵，技术复杂。
结束语
我国风能资源丰富，风力发电在中国具有广阔的发展前景。 在国家大力推行清洁能源的背景下，有必要加大风机制造技术，建设国产风电设备，做好风资源的确定工作。 勘探工作取决于发展风电的政策。 面对全球环境污染和气候问题，寻求清洁能源是唯一的出路，风力发展必将成为关键环节之一。
参考文献：
[1] 蒋宏春.风力发电技术综述[J].机械设计与制造，2010（9）：250-251.?
[2] 刘晓林.风力发电机主要种类及应用技术浅析[J].电器制造，2009（9）：18-20.
论文作者:傅朋凯
论文发表刊物:《防护工程》2018年第15期
论文发表时间:2018/11/2
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