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大型风力发电机的结构

2017-05-04 15:32:50来源:贤集网浏览: 评论:0

  风力发电机就安装结构而言,可分为两种类型:一种是水平轴风力发电机,叶片安装在水平轴上;另一种是垂直轴风力发电机,风轮轴是垂直布置的,由叶片带动垂直轴转动,再去带动发电机进行发电。垂直轴风力发电机的增速器、联轴器、发电机、制动器等都是安装在地面上的,整个机组的安装、调试和维修均比水平轴风力发电机要方便一些。但由于一些难以解决的技术问题,垂直轴风力发电机的发展和应用受到了很大的限制。下面主要介绍水平轴风力发电机的结构以及工作过程。

  大型水平轴风力发电机主要由塔架、风轮、机舱以及控制系统等部件构成。塔架是风力发电机的安装支撑,一般有型钢桁架结构、混凝土结构、圆锥型钢管焊接并组装而成的3种结构。风轮一般是由2~3个叶片装在轮毂上组成,是风力发电机接受风能的部件。大型风力发电机的叶片直径都在60m以上,有的甚至到100多米。由于叶片在转动过程中,距离回转中心不同半径处叶片的线速度不相同,所接受风的能量也不相同。为了使叶片各部分接受的风能大致相同,通常将叶片结构加工成从叶片根部至叶片尖部是渐缩的,同时扭转一定角度的机翼型扭曲叶片。所有的风轮叶片都应具有承受沙暴、盐雾侵袭的能力,并且具备防雷的措施。

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  机舱是风力发电机主要的传动、控制、发电部分,由增速器、联轴器、制动器、调速装置和发电机等构成。机舱内部设有消声设施,并具有良好的通风条件  。机舱设有登机入口,以供登塔检修人员进入。机舱和筒式塔架具有防止小动物进入的防护设施。

  一、大型风力发电机的工作过程及原理

  在自然界,风的方向是不固定的。为了使风轮在正常工作时,风轮叶片一直正对着风的方向,以充分利用风的能量,在机舱转盘底座上安装了调向机构。由调向电机和调向制动器来共同实现该功能。调向系统具有自动解缆和扭缆保护装置。

  风轮的直径比较大,在运行时转速比较低。为匹配交流发电机,满足发电机的转速要求,在低速的风轮轴和高速的发电机轴之间安装有增速器,使传递到发电机轴上的转速达到发电机的额定转速需求。制动器是使风力发电机停止运转的装置,也就是通常所说的刹车。

  图1的调速结构属于可变桨矩调速装置,这种形式的调速装置是现代风力发电机的主要调速方式之一。当风速增大时,风轮的转速增加,微机系统发出指令让叶片增大安装角,用以减少叶片转速加快的趋势。此时,在电磁阀的作用下,变桨矩液压油缸动作,拉动叶片向安装角增大的方向转动一定的角度,来使叶片所接受的风能减少,以维持风轮在额定的转速之内运行;当风速减小时,微机发出的指令信号与前述相反,变桨矩液压油缸动作,以减小叶片的安装角,使叶片所接受的风能增加,维持风轮在额定的转速范围内运转。

  交流发电机的防护等级应能满足防盐雾、防沙尘暴的要求。在湿度较大的地区,发电机内部还设有加热装置,以防结露。发电机的定子线圈应匹配安装测温装置,转子上还要安装测速装置。

  二、大型风力发电机的自动控制原理

  现在的大型风力发电机已经基本实现了微机自动控制、无人现场值守的工作模式。风电场的控制系统由两部分组成:一部分为就地的计算机控制系统;另一部分为主控室计算机控制系统。同时。主控室的计算机要求配备不间断电源,并与风电机组现场具有可靠的通信连接。

  风力发电机的微机自动控制是将风向标、风速仪、风轮的转速、发电机的电压、电流、频率等参数,以及发电机温升、增速器温升、机舱和塔架的振动、电缆的过缠绕、电网的电压、电流、频率等传感器信号,通过A/D转换,输送给微机,微机进行分析比较后,再按设定的程序发出各种执行指令。从而实现风力发电机组的自动启动、自动调向、自动调速、自动并网、自动解列、运行中机组故障时的自动停机、自动执行电缆解绕、过振动停机以及风速过大时的自动停机等自动控制。

  风电场的各风电机组群之间可以实现联网管理、互相通信,出现故障的风电机组会在微机总站的微机终端和显示器上显示出来,可以进行程序的调出和修改程序等操作,实现现场无人值守的自动控制功能。

 

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