風機并網結構示意圖：八種常見的風機結構及工作原理動態圖解，不能錯過了！

　　風機包括通風機、透平鼓風機、羅茨鼓風機和透平壓縮機，詳細劃分為離心式壓縮機、軸流式壓縮機、往復式壓縮機、離心式鼓風機、羅茨鼓風機、離心式通風機、軸流式通風機和葉氏鼓風機等八大類。

　　一、離心式壓縮機

　　離心式壓縮機是一種葉片旋轉式壓縮機（即透平式壓縮機）。在離心式壓縮機中，高速旋轉的葉輪給予氣體的離心力作用，以及在擴壓通道中給予氣體的擴壓作用，使氣體壓力得到提高。早期，由于這種壓縮機只適于低，中壓力、大流量的場合，而不為人們所注意。由于化學工業的發展，各種大型化工廠，煉油廠的建立，離心式壓縮機就成為壓縮和輸送化工生產中各種氣體的關鍵機器，而占有極其重要的地位。隨著氣體動力學研究的成就使離心壓縮機的效率不斷提高，又由于高壓密封，小流量窄葉輪的加工，多油楔軸承等技術關鍵的研制成功，解決了離心壓縮機向高壓力，寬流量范圍發展的一系列問題，使離心式壓縮機的應用范圍大為擴展，以致在很多場合可取代往復壓縮機，而大錦工擴大了應用范圍。

　　有些化工基礎原料，如丙烯、乙烯、丁二烯、苯等，可加工成塑料、纖維、橡膠等重要化工產品。在生產這種基礎原料的石油化工廠中，離心式壓縮機也占有重要地位，是關鍵設備之一。除此之外，其他如石油精煉，制冷等行業中，離心式壓縮機也是極為關鍵的設備。我國在五十年代已能制造離心式壓縮機，從七十年代初開始又以石油化工廠，大型化肥廠為主，引進了一系列高性能的中、高壓力的離心式壓縮機，取得了豐富的使用經驗，并在對引進技術進行消化、吸收的基礎上大大增強了自己的研究、設計和制造能力。

　　性能特點：

　　優點：

　　離心式壓縮機之所以能獲得這樣廣泛的應用，主要是比活塞式壓縮機有以下一些優點。

　　1、離心式壓縮機的氣量大，結構簡單緊湊，重量輕，機組尺寸小，占地面積小。

　　2、運轉平衡，操作可靠，運轉率高，摩擦件少，因之備件需用量少，維護費用及人員少。

　　3、在化工流程中，離心式壓縮機對化工介質可以做到絕對無油的壓縮過程。

　　4、離心式壓縮機為一種回轉運動的機器，它適宜于工業汽輪機或燃汽輪機直接拖動。對一般大型化工廠，常用副產蒸汽驅動工業汽輪機作動力，為熱能綜合利用提供了可能。但是，離心式壓縮機也還存在一些缺點。

　　缺點：

　　1、離心式壓縮機還不適用于氣量太小及壓比過高的場合。

　　2、離心式壓縮機的穩定工況區較窄，其氣量調節雖較方便，但經濟性較差。

　　3、離心式壓縮機效率一般比活塞式壓縮機低。

　　二、軸流式壓縮機

　　軸流式壓縮機是屬于一種大型的空氣壓縮機，最大的功率可以達到KW，排氣量是20000m3每分鐘，它的壓縮機能效比可以達到百分之90左右，比離心機要節能一些。它是由3大部分組成，一是以轉軸為主體的可以旋轉的部分簡稱轉子，二是以機殼和裝在機殼上的靜止部件為主體的簡稱定子（靜子），三是殼體、密封體、軸承箱、調節機構、聯軸器、底座和控制保護等組成。軸流式壓縮機也屬于透平式或速度式壓縮機，煉油廠多選用作催化裂化裝置的主風機。

　　性能特點：

　　效率較高，單機效率可達86%～92%，比離心式壓縮機高5%～10%，單位面積流通能力大，徑向尺寸小，適宜流量大于1500m3/min的場合，單級壓力比較低，單缸多級壓力比可達11，與離心式壓縮機相比，靜葉不可調試式軸流壓縮機的穩定工況區較窄，在恒定轉速下，流量變化相對較少，壓力變化較大。此外，結構較為簡單，維護方便。因此，軸流壓縮機對于中、低壓、大流量，且載荷基本不變的情況較為理想。全靜葉可調式軸流壓縮機可以擴大壓縮機的穩定工況區，彌補了靜葉不可調式軸流壓縮機的不足，而且可以提高壓縮機的效率，降低起動功率。目前，煉油廠主要用全靜葉可調式軸流壓縮機。

　　三、往復式壓縮機

　　曲軸帶動連桿，連桿帶動活塞，活塞做上下運動。活塞運動使氣缸內的容積發生變化，當活塞向下運動的時候，汽缸容積增大，進氣閥打開，排氣閥關閉，空氣被吸進來，完成進氣過程；當活塞向上運動的時候，氣缸容積減小，出氣閥打開，進氣閥關閉，完成壓縮過程。通常活塞上有活塞環來密封氣缸和活塞之間的間隙，氣缸內有潤滑油潤滑活塞環。靠一個或幾個作往復運動的活塞來改變壓縮腔內部容積的容積式壓縮機。目前往復式壓縮機主要是活塞式空壓機,化工工藝壓縮機，石油，天然氣壓縮機，為主，而活塞式空壓機現在主要向中壓及高壓方向發展，這個是螺桿機，離心機目前無法達到的一個高度。

　　性能特點：

　　由于設計原理的關系，就決定了活塞壓縮機的很多特點。比如運動部件多，有進氣閥、排氣閥、活塞、活塞環、連桿、曲軸、軸瓦等；比如受力不均衡，沒有辦法控制往復慣性力；比如需要多級壓縮，結構復雜；再比如由于是往復運動，壓縮空氣不是連續排出、有脈動等。

　　優點：

　　1、熱效率高、單位耗電量少

　　2、加工方便 對材料要求低，造價低廉

　　3、裝置系統較簡單

　　4、設計、生產早，制造技術成熟

　　5、應用范圍廣

　　缺點：

　　1、運動部件多，結構復雜，檢修工作量大，維修費用高

　　2、轉速受限制

　　3、活塞環的磨損、氣缸的磨損、皮帶的傳動方式使效率下降很快

　　4、噪音大

　　5、控制系統的落后，不適應連鎖控制和無人值守的需要，所以盡管活塞機的價格很低，但是也往往不能夠被用戶接受。

　　四、離心式鼓風機

　　在設計條件下，風壓為15kPa~0.2MPa或壓縮比e=1.15~3的風機叫鼓風機，有兩個或更多葉輪串聯組成的離心鼓風機叫多級離心鼓風機，（相鄰葉輪之間必須有導葉連接）。多級離心鼓風機廣泛應用于各種冶煉高爐及化鐵爐鼓風、洗煤跳汰機配套、礦山浮選、污水曝氣、化工造氣等需要輸送空氣的場合,亦可用于輸送其它特殊氣體。

　　性能特點：

　　該系列鼓風機具有效率高、噪聲低、運行平穩、絕無脈沖、穩定區域廣、輸送的氣體清潔、干燥且無油,易損件少和安裝、操作、維護簡便等特點。

　　五、羅茨鼓風機

　　羅茨鼓風機系屬容積回轉鼓風機。這種壓縮機靠轉子軸端的同步齒輪使兩轉子保持嚙合。轉子上每一凹入的曲面部分與氣缸內壁組成工作容積，在轉子回轉過程中從吸氣口帶走氣體，當移到排氣口附近與排氣口相連通的瞬時，因有較高壓力的氣體回流，這時工作容積中的壓力突然升高，然后將氣體輸送到排氣通道。兩轉子互不接觸，它們之間靠嚴密控制的間隙實現密封，故排出的氣體不受潤滑油污染。下側兩“鞋底尖”分開時，形成低壓，將氣體吸入；上側兩“鞋底尖”合攏時，形成高壓，將氣體排出。

　　性能特點：

　　其最大的特點是使用時當壓力在允許范圍內加以調節時流量之變動甚微，壓力選擇范圍很寬，具有強制輸氣的特點。輸送時介質不含油。結構簡單、維修方便、使用壽命長、整機振動小。羅茨鼓風機輸送介質為清潔空氣，清潔煤氣，二氧化硫及其他惰性氣體，特殊氣體行業（煤氣、天然氣、沼氣、二氧化碳、二氧化硫等）及高壓工況的首選產品。鑒于具有上述特點，因而能廣泛適應冶金、化工、化肥、石化、儀器、建材行業。

　　與離心風機的區別比較大：

　　⒈工作原理不同，離心風機用的是曲線風葉，靠離心力將氣體甩到機殼處，而羅茨風機用的是兩個8字形的風葉，它們間的間隙很小，靠兩個葉片的擠壓，將氣體擠至出氣口。

　　⒉由于工作原理不同，一般它們的工作壓力不同，羅茨風機的出氣壓力比較高，而離心風機比較小。

　　⒊風量不同，一般羅茨風機用在風量要求不大但壓力要求較高的地方，而離心風機用在壓力要求低，風量要求大的地方。

　　⒋制造精度不一樣，羅茨風機要求的精度很高，對裝配要求也很嚴，而離心風機比較松。

　　六、離心式通風機

　　其原理與離心泵相同。葉輪上葉片的數目比離心泵的稍多，葉片比較短。中低壓風機的葉片常向前彎，高壓風機的葉片為后彎葉片。

　　性能特點：

　　優點：

　　1、通風換氣效果好，非常適合用在管道抽風或者送風；

　　2、適用性強、無腐蝕、易燃易爆氣體場所均可使用。

　　3、噪聲低，離心式通風機根據空氣流力學采用合理葉輪角度設計，運行時，無任何機械摩擦，合理葉片形線使噪聲降為最低；離心式通風機產生的噪音是高頻噪音，只要有障礙物，即可隔音。

　　4、運行平穩，優化設計的葉輪使軸向力減小到最低程度，且有高效的葉輪，并經靜動平衡校正，使整機運行平穩，在不加任何減振裝置的情況下，軸承振幅比較小。

　　5、維護方便，部分機型可配置清理門，勿須拆機維護清潔，省時省力。

　　缺點：

　　1、體積較為龐大，其進風與送風之方向垂直，在配置上，系統風管需要較妥當的配合。

　　2、無法逆向送風。

　　3、價格較貴。

　　七、軸流式通風機

　　送風方向與軸向相同。靠葉片的軸向傾斜，將軸向空氣向前推進。

　　性能特點：

　　優點：

　　1、軸流式通風具有結構緊湊、體積小、質量輕、轉速高。

　　2、可直接與電動機相連，風量調節較為方便、可以逆向送風。

　　3、價格便宜。

　　4、適用于低壓、錦工量的情況。

　　5、由于風吹送的方向與軸平行，故可容易與管路相連接，成為管路統之套件。

　　缺點：

　　1、其缺點是噪音大、構造復雜、檢修困難、并聯工作穩定性差。它一般運用于風壓變化較大，風量變化較小的礦井。

　　2、效率特性曲線陡直，略超出設計點之運轉會產生激變的現象，效率迅速降低。

　　3、對塵埃及表面腐蝕的現象較為敏感，造成效率降低的現象。

　　八、葉氏鼓風機

　　葉氏鼓風機是另一種回轉式鼓風機。它是由長圓筒形機殼、阻風翼、鼓風翼以及兩根平行的軸所組成。圖1為葉氏鼓風機的兩個轉子，它們的結構互不相同。兩根平行軸的兩端裝有式樣完全相同的兩個活動齒輪，其中一個軸與電動機相聯，叫主動軸，另一根叫從動軸。鼓風翼裝在主動軸上，阻風翼裝在從動軸上。

風機并網結構示意圖：風力發電原理結構圖

　　風力發電機組是將風能轉化為電能的機械。從能量轉換的角度看，風力發電機組由兩大部分組成：其一是風力機，它的功能是將風能轉換為機械能；其二是發電機，它的功能是將機械能轉換為電能。

　　小型風力發電系統結構如圖所示。它一般由風輪、發電機、尾舵和電氣控制部分等構成。常規的小型風力發電機組多由感應發電機或永磁同步發電機加AC/DC變換器、蓄電池、逆變器組成。在風的吹動下，風輪轉動起來，使空氣動力能轉變成了機械能（轉速+扭矩）。風輪的輪轂固定在發電機軸上，風輪的轉動驅動了發電機軸的旋轉，帶動永磁三相發電機發出三相交流電。風速的不斷變化、忽大忽小，發電機發出的電流和電壓也隨著變化。發出的電經過控制器的整流，由交流電變成了具有一定電壓的直流電，并向蓄電池進行充電。從蓄電池組輸出的直流電，通過逆變器后變成了220V的交流電，供給用戶的家用電器。

　　風力發電機根據應用場合的不同又分為并網型和離網型風力機。離網型風力發電機亦稱獨立運行風力機，是應用在無電網地區的風力機，一般功率較小。獨立運行風力機一般需要與蓄電池和其他控制裝置共同組成獨立運行風力機發電系統。這種獨立運行系統可以是幾kW乃至幾十kw，解決一個村落的供電系統，也可以是幾十到幾百W的小型風力發電機組以解決一家一戶的供電

　　獨立運行小型風力發電系統

　　3 小型風力發電機的電力變換裝置

　　由于風能的隨機性，發電機所發出電能的頻率和電壓都是不穩定的，以及蓄電池只能存儲直流電能，無法為交流負載直接供電。因此，為了給負載提供穩定、高質量的電能和滿足交流負載用電，需要在發電機和負載之間加入電力變換裝置，這種電力變換裝置主要由整流器、逆變器、控制器、蓄電池等組成。

　　3.1 整流器

　　整流器的主要功能是對風力發電機輸出的三相交流電進行整流，整流后的直流電經過控制器再對蓄電池進行充電。一般采用的都是三相橋式整流電路。在風電支路中整流器的另外一個重要的功能是，在外界風速過小或者基本沒風的情況下，風力發電機的輸出功率也較小，由于三相整流橋的二極管導通方向只能是由風力發電機的輸出端到蓄電池，所以防止了蓄電池對風力發電機的反向供電。

　　獨立運行的小型風力發電系統中，有風輪驅動的交流發電機，需要配以適當的整流器，才能對蓄電池充電。根據風力發電系統的容量不同，整流器分為可控與不可控兩種。可控整流器主要應用在功率較大的系統中，可以減小電感過大帶來的體積大、損耗大等缺點；不可控整流器主要應用于小功率系統中。

　　3.2 逆變器

　　逆變器是在電力變換過程中經常使用到的一種電力電子裝置，它的主要作用就是將蓄電池存儲的或由整流橋輸出的直流電轉變為負載所能使用的交流電。目前獨立運行小型風電系統的逆變器多數為電壓型單相橋式逆變器。在風力發電中所使用的逆變器要求具有較高的效率，特別是輕載時的效率要高，這是因為風電發電系統經常運行在輕載狀態。另外，由于輸入的蓄電池電壓隨充、放電狀態改變而變動較大，這就要求逆變器能在較大的直流電壓變化范圍內正常工作，而且要保證輸出電壓的穩定。

　　過去風力機的控制器和逆變器是分開的，現在多數廠家都采用控制器和逆變器一體化的方案。控制器將發電機發出的交流電整流后，充入蓄電池組。逆變器將蓄電池組輸出的直流電轉換成220V交流電，并提供給用電器。

　　逆變器按輸人方式分為兩種：

　　（1）直流輸入型：逆變器輸入端直接與電瓶連接的產品；

　　（2）交流輸入型：逆變器輸入端與風力發電機組的發電機交流輸出端連接的產品，即控制、逆變一體化的產品。

　　逆變器的保護功能有：

　　（1）過充保護：當風速持續較高，蓄電池充電很足，蓄電池組電壓超過額定電壓1.25倍時，控制器停止向蓄電池充電，多余的電流流向卸荷器。

　　（2）過放保護：當風速長期較低，蓄電池充電不足，蓄電池組電壓低于額定電壓0.85倍時，逆變器停止工作，不再向外供電。當風速再增高，蓄電池組電壓恢復到額定電壓的1.1倍時，逆變器自動恢復工作、向外供電。

　　3.3 蓄電池

　　在獨立運行的小型風力發電系統中，廣泛采用蓄電池作為蓄能裝置。蓄電池的作用是當風力較強或負荷減小時，可以將來自風力發電機發出的電能中的一部分儲存在蓄電池中，也就是向蓄電池充電。當風力較弱、無風或用電負荷增大時，儲存在蓄電池中的電能向負荷供電，以補足風力發電機所發電能的不足，達到維持向負荷持續穩定供電的作用。

　　蓄電池主要有普通蓄電池、堿性鎘鎳蓄電池以及閥控式密封鉛酸蓄電池三類。普通鉛酸蓄電池由于具有使用壽命短、效率低、維護復雜、所產生的酸霧污染環境等問題，其使用范圍很有限，目前已逐漸被閥控式密封鉛酸蓄電池所淘汰。閥控式密封鉛酸蓄電池整體采用密封結構，不存在普通鉛酸蓄電池的氣漲、電解液滲漏等現象，使用安全可靠、壽命長，正常運行時無須對電解液進行檢測和調酸加水，又稱為免維護蓄電池，目前已被廣泛地應用到郵電通信、船舶交通、應急照明等許多領域。堿性鎘鎳蓄電池的特點是體積小、放電倍率高、運行維護簡單、壽命長，但由于它單體電壓低、易漏電、造價高且容易對環境造成污染，因而其使用受到限制，現主要應用在電動工具及各種便攜式電子裝置上。

　　目前在大多數風電系統或太陽能光伏系統中采用的都是閥控式密封鉛酸蓄電池。蓄電池是影響風電系統壽命的關鍵因素，對閥控式密封鉛酸蓄電池充放電的控制直接影響蓄電池的壽命，不合理的充放電將直接導致蓄電池的崩潰。在大多數的風電系統中，都是由CPU來監測并控制蓄電池的充放電過程，較多采用分階段法來優化充電過程。因為分階段充電過程符合閥控式密封鉛酸蓄電池的特性，能很好地保護蓄電池，延長其使用壽命。

　　4 最大輸出功率調節方式

　　在風力發電中，由于風速變幻莫測，使對其的利用存在一定的困難。風速的變化使風力機輸出機械功率發生變化，從而使發電機輸出功率產生波動而使電能質量下降，使風力發電機的輸出電能質量穩定成為風力發電技術中的重要問題。所以改善風力發電技術，提高風力發電機組的效率，對于最充分地利用風能資源有著十分重要的意義。

　　根據風力發電供電方式的不同將功率輸出定性地分為兩類：調節機械功率，在風力機控制回路加調節裝置使風力機輸出機械功率穩定；調節電功率，在發電機的控制部分加入反饋，使用快速響應的控制器和優化控制策略來控制發電機輸出功率。

　　4.1 定漿距失速調節

　　失速調節方式是指漿葉本身所具有的失速特性，當風速高于額定風速時，氣流的攻角增大到失速條件，使漿葉的表面產生渦流，降低葉片氣動效率，影響能量捕獲。小型風力發電系統最大功率控制擾動法失速調節一般用于恒速運行的風力發電機中。

　　4.2 變漿距調節

　　為了提高風能轉換效率和保證風力機輸出功率平穩，可以通過漿距調節使風力機適應風速的變化，達到最優的功率輸出。變漿距風力發電機組不完全依靠葉片的氣動特性，而主要是依靠與葉片相匹配的葉片攻角改變來調節風能的轉換效率。在靜止時節距角為90°，這時氣流對槳葉不產生力矩，整個槳葉相當于一塊阻尼板。當達到啟動風速時，槳葉向0°方向轉動，氣流對槳葉產生一定的攻角，葉輪開始轉動。在額定風速以下時，葉片的攻角處于0°附近，此時葉片角度受控制精度的影響，變化范圍很小，可等同于定漿矩風機。在額定風速以上時，變漿距機構發揮作用，調整葉片攻角，保證發電機的功率在允許范圍之內。變漿距風力機啟動風速比較低，這對增加發電量幾乎沒有什么意義，停機時對傳動機構沖擊小，風力機正常工作時主要采用功率控制。

　　4.3 主動失速調節

　　這種調節方式是前兩種功率調節方式的組合。在低風速時，采用變漿距調節，可達到更高的氣動效率；當風機達到額定功率后，風機按照變漿距調節時風機調節漿距相反的方向改變漿距，這種調節將引起葉片攻角的變化，從而導致更深層次的失速，可使功率輸出更加平滑。這種調節方式綜合前兩種調節方式的優點，類似變漿距調節，但不需要很靈敏的調節速度，錦工時，整個機組受到的沖擊也較小。

風機并網結構示意圖：風力發電基礎知識 風機組成結構

　　葉輪

　　風電場的風力機通常有２片或３片葉片，葉尖速度50～70ｍ／ｓ，具有這樣的葉尖速度，3葉片葉輪通常能夠提供最佳效率，然而2葉片葉輪僅降低2～3％效率。甚至可以使用單葉片葉輪，它帶有平衡的重錘，其效率又降低一些，通常比2葉片葉輪低6％。盡管葉片少了，自然降低了葉片的費用，但這是有代價的。對于外形很均衡的葉片，葉片少的葉輪轉速就要快些，這樣就會導致葉尖噪聲和腐蝕等問題。更多的人認為3葉片從審美的角度更令人滿意。3葉片葉輪上的受力更平衡，輪轂可以簡單些，然而2葉片、1葉片葉輪的輪轂通常比較復雜，因為葉片掃過風時，速度是變的，為了限制力的波動，輪轂具有翹翹板的特性。翹翹板的輪轂，葉輪鏈接在輪轂上，允許葉輪在旋轉平面內向后或向前傾斜幾度。葉片的擺動運動，在每周旋轉中會明顯的減少由于陣風和剪切在葉片上產生的載荷。

　　葉片是用加強玻璃塑料（GRP）、木頭和木板、碳纖維強化塑料（CFRP）、鋼和鋁構成的。對于小型的風力發電機，如葉輪直徑小于５米，選擇材料通常關心的是效率而不是重量、硬度和葉片的其它特性。對于大型風機，葉片特性通常較難滿足，所以對材料的選擇更為重要。

　　世界上大多數大型風力機的葉片是由GRP制成的。這些葉片大部分是用手工把聚脂樹脂敷層，和通常制造船殼、園藝、游戲設施及世界范圍內消費品的方法一樣。其過程需要很高的技術水平才能得到理想的結果，并且如果人們對重量不太關心的話，比如對于長度小于２０米的葉片，設計也不很復雜。不過有很多很先進的利用GRP的方法，可以減小重量，增加強度，在此就不贅述了。玻璃纖維要較精確的放置，如果把它放在預浸片材中，使用高性能樹脂，如控制環氧樹脂比例，并在高溫下加工處理。當今，出現了簡單的手工鋪放聚脂，通過認真地選擇和放置纖維，為GRP葉片提供了降低成本的途徑。

　　偏航系統

　　風力機的偏航系統也稱為對風裝置，其作用在于當風速矢量的方向變化時，能夠快速平穩地對準風向，以便風輪獲得最大的風能。

　　小微型風力機常用尾舵對風，它主要有兩部分組成，一是尾翼，裝在尾桿上與風輪軸平行或成一定的角度。為了避免尾流的影響，也可將尾翼上翹，裝在較高的位置。

　　中小型風機可用舵輪作為對風裝置，其工作原理大致如下：當風向變化時，位于風輪后面兩舵輪（其旋轉平面與風輪旋轉平面相垂直）旋轉，并通過一套齒輪傳動系統使風輪偏轉，當風輪重新對準風向后，舵輪停止轉動，對風過程結束。

　　大中型風力機一般采用電動的偏航系統來調整風輪并使其對準風向。偏航系統一般包括感應風向的風向標，偏航電機，偏航行星齒輪減速器，回轉體大齒輪等。其工作原理如下：

　　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針的偏航命令，為了減少偏航時的陀螺力矩，電機轉速將通過同軸聯接的減速器減速后，將偏航力矩作用在回轉體大齒輪上，帶動風輪偏航對風，當對風完成后，風向標失去電信號，電機停止工作，偏航過程結束。

　　風機的發電機

　　所有并網型風力發電機通過三相交流（AC）電機將機械能轉化為電能。發電機分為兩個主要類型。同步發電機運行的頻率與其所連電網的頻率完全相同，同步發電機也被稱為交流發電機。異步發電機運行時的頻率比電網頻率稍高，異步發電機常被稱為感應發電機。

　　感應發電機與同步發電機都有一個不旋轉的部件被稱為定子，這兩種電機的定子相似，兩種電機的定子都與電網相連，而且都是由疊片鐵芯上的三相繞組組成，通電后產生一個以恒定轉速旋轉的磁場。盡管兩種電機有相似的定子，但它們的轉子是完全不同的。同步電機中的轉子有一個通直流電的繞組，稱為勵磁繞組，勵磁繞組建立一個恒定的磁場鎖定定子繞組建立的旋轉磁場。因此，轉子始終能以一個恒定的與定子磁場和電網頻率同步的恒定轉速上旋轉。在某些設計中，轉子磁場是由永磁機產生的，但這對大型發電機來說不常用。

　　感應電機的轉子就不同例如，它是由一個兩端都短接的鼠籠形繞組構成。轉子與外界沒有電的連接，轉子電流由轉子切割定子旋轉磁場的相對運動而產生。如果轉子速度完全等于定子轉速磁場的速度（與同步發電機一樣），這樣就沒有相對運動，也就沒有轉子感應電流。因此，感應發電機總的轉速總是比定子旋轉磁場速度稍高，其速度差叫滑差，在正常運行期間。它大概為1%。

　　同步發電機和異步發電機

　　將機械能轉化為電能裝置的發電機常用同步勵磁發電機、永磁發電機和異步發電機。同步發電機應用非常廣泛，在核電、水電、火電等常規電網中所使用的幾乎都是同步發電機，在風力發電中同步發電機即可以獨立供電又可以并網發電。然而同步發電機在并網時必須要有同期檢測裝置來比較發電機側和系統側的頻率、電壓、相位，對風力發電機進行調整，使發電機發出電能的頻率與系統一致；操作自動電壓調壓器將發電機電壓調整到與系統電壓相一致；同時，微調風力機的轉速從周期檢測盤上監視，使發電機的電壓與系統的電壓相位相吻合，就在頻率、電壓、相位同時一臻的瞬間，合上斷路器將風力發電機并入系統。同期裝置可采用手動同期并網和自同期并網。但總體來說，由于同步發電機造價比較高，同時并網麻煩，故在并網風力發電機中很少采用。

　　控制監測系統

　　風力機的運行及保護需要一個全自動控制系統，它必須能控制自動啟動，葉片槳距的機械調節裝置（在變槳距風力機上）及在正常和非正常情況下停機。除了控制功能，系統也能用于監測以提供運行狀態、風速、風向等信息。該系統是以計算機為基礎，除了小的風力機，控制及監測還可以遠程進行。控制系統具有及格主要功能：

　　1、順序控制啟動、停機以及報警和運行信號的監測

　　2、偏航系統的低速閉環控制

　　3、槳距裝置(如果是變槳距風力機)快速閉環控制

　　4、與風電場控制器或遠程計算機的通訊

　　風機傳動系統

　　葉輪葉片產生的機械能有機艙里的傳動系統傳遞給發電機，它包括一個齒輪箱、離合器和一個能使風力機在停止運行時的緊急情況下復位的剎車系統。齒輪箱用于增加葉輪轉速，從20~50轉/分到1000~1500轉/分，后者是驅動大多數發電機所需的轉速。齒輪箱可以是一個簡單的平行軸齒輪箱，其中輸出軸是不同軸的，或者它也可以是較昂貴的一種，允許輸入、輸出軸共線，使結構更緊湊。傳動系統要按輸出功率和最大動態扭矩載荷來設計。由于葉輪功率輸出有波動，一些設計者試圖通過增加機械適應性和緩沖驅動來控制動態載荷，這對大型的風力發電機來說是非常重要的，因其動態載荷很大，而且感應發電機的緩沖余地比小型風力機的小。

　　異步發電機

　　永磁發電機是一種將普通同步發電機的轉子改變成永磁結構的發電機，常用的永磁材料有鐵氧體（BaFeO）、釤鈷5(SmCo)等，永磁發電機一般用于小型風力發電機組中。

　　異步發電機是指異步電機處于發電的工作狀態，從其激勵方式有電網電源勵磁發電（他勵）和并聯電容自勵發電（自勵）兩種情況。

　　電網電源勵磁發電：是將異步電機接到電網上，電機內的定子繞組產生以同步轉速轉動的旋轉磁場，再用原動機拖動，使轉子轉速大于同步轉速，電網提供的磁力矩的方向必定與轉速方向相反，而機械力矩的方向則與轉速方向相同，這時就將原動機的機械能轉化為電能。在這種情況下，異步電機發出的有功功率向電網輸送；同時又消耗電網的無功功率作勵磁作用，并供應定子和轉子漏磁所消耗的無功功率，因此異步發電機并網發電時，一般要求加無功補償裝置，通常用并列電容器補償的方式。

　　２、并聯電容器自勵發電：并聯電容器的連接方式分為星形和三角形兩種。勵磁電容的接入在發電機利用本身的剩磁發電的過程中，發電機周期性地向電容器充電；同時，電容器也周期性地通過異步電機的定子繞組放電。這種電容器與繞組組成的交替進行充放電的過程，不斷地起到勵磁的作用，從而使發電機正常發電。勵磁電容分為主勵磁電容和輔助勵磁電容，主勵磁電容是保證空載情況下建立電壓所需要的電容，輔助電容則是為了保證接入負載后電壓的恒定，防止電壓崩潰而設的。

　　通過上述的分析，異步發電機的起動、并網很方便且便于自動控制、價格低、運行可靠、維修便利、運行效率也較高、因此在風力發電方面并網機組基本上都是采用異步發電機，而

　　同步發電機則常用于獨立運行方面。

　　偏航系統的設計

　　根據調向力矩的大小，可以進行齒輪傳動部分的設計計算。當驅動回轉體大齒輪的主動小齒輪的強度不能滿足時，可選用兩套偏航電機－－－行星齒輪減速器分置于風輪主輪的兩側對稱布置，每個電機的容量為總容量的一半。齒輪傳動計算可按開式齒輪傳動計算，其主要的磨損形式是齒面磨損失效，如調向力矩較大，除按照彎曲強度計算之外，應計算齒面接觸強度。

　　值得注意的是，大多數風機的發電機輸出功率的同軸電纜在風力機偏航時一同旋轉，為了防止偏航超出而引起的電纜旋轉，應該設置解纜裝置，并增加扭纜傳感器以監視電纜的扭轉狀態。位于下風向布重的風輪，能夠自動找正風向。在總體布置時應考慮塔架前面的重量略重一些，這樣在風機運行時平衡就會好一些。

　　電機的切換

　　根據風速決定是選擇小發電機并網發電，還是選擇大發電機空轉，若風速低于8米/秒，則小發電機并網運行且風機運行狀態切換到“投入G2”。如果風速高于8米/秒，則選擇“空轉G1”運行狀態。

　　投入G2：

　　小發電機接觸器閉合，發電機并網電流由可控硅控制到350A。一旦投入過程完成，可控硅切除，風機切換到“運行G2”狀態。

　　風電投入小發電機發電，如果平均輸出功率在某一單位時間內太低，這是小發電機斷開且風機切換到“等待重新支轉”的狀態。如果平均輸出功率超過了限定值110KW，則小發電機切除，風機運行狀態切換到“G1空轉”。

　　G1空轉：

　　風機等待風速達到投入大電機的風速，一旦達到這個風速則風機就切換到“投入G1”狀態。

　　投入G1：

　　大發電機的接觸接通。發電機的并網電流由可控硅將其限定在350A。投入過程一結束，可控硅切除，風機切換到“運行G1”狀態。

　　運行G1

　　風機的大電機投入發電，如果功率輸出在一定的時間內少于限定值80KW，大發電機切除，風機的運行狀態切換到“切換G11-G12”狀態。

　　切換G1-G2

　　大發電機的接觸器切除小發電機的接觸器接通，可控硅將發電機的電流限定到700A，一旦投入過程完成，可控硅切除，風機轉為“運轉G2”狀態。

　　等待再投入

　　如果小發電機的出力小于限定值，則此運行狀態動作。此狀態下，小發電機的接觸器被切除，如果風速有效，風機就切換到“投入G2”狀態，如果風速低于限定值，風機將切換到“空轉G2”狀態。

　　風機工作狀態之間轉變

　　風機工作狀態之間轉變

　　說明各種工作狀態之間是如何實現轉換的。

　　提高工作狀態層次只能一層一層地上升，而要降低工作狀態層次可以是一層或多層。這種工作狀態之間轉變方法是基本的控制策略，它主要出發點是確保機組的安全運行。如果風力發電機組的工作狀態要往更高層次轉化，必須一層一層往上升，用這種過程確定系統的每個故障是否被檢測。當系統在狀態轉變過程中檢測到故障，則自動進入停機狀態。

　　當系統在運行狀態中檢測到故障，并且這種故障是致命的，那么工作狀態不得不從運行直接到緊停，這可以立即實現而不需要通過暫停和停止。

　　下面我們進一步說明當工作狀態轉換時，系統是如何動作的。

　　1．工作狀態層次上升

　　緊停→停機

　　如果停機狀態的條件滿足，則：

　　1)關閉緊停電路；

　　2)建立液壓工作壓力；

　　3)松開機械剎車。

　　停機→暫停

　　如果暫停的條件滿足，則，

　　1)起動偏航系統；

　　2)對變槳距風力發電機組，接通變槳距系統壓力閥。

　　暫停→運行

　　如果運行的條件滿足，則：

　　1)核對風力發電機組是否處于上風向；

　　2)葉尖阻尼板回收或變槳距系統投入工作；

　　3)根據所測轉速，發電機是否可以切人電網。

　　2．工作狀態層次下降

　　工作狀態層次下降包括3種情況：

　　(1)緊急停機。緊急停機也包含了3種情況，即：停止→緊停；暫停→緊停；運行→緊停。其主要控制指令為：

　　1)打開緊停電路；

　　2)置所有輸出信號于無效；

　　3)機械剎車作用；

　　4)邏輯電路復位。

　　(2)停機。停機操作包含了兩種情況，即：暫停→停機；運行→停機。

　　暫停→停機

　　1)停止自動調向；

　　2)打開氣動剎車或變槳距機構回油閥(使失壓)。

　　運行→停機

　　1)變槳距系統停止自動調節；

　　2)打開氣動剎車或變槳距機構回油閥(使失壓)；

　　3)發電機脫網。

　　(3)暫停。

　　1)如果發電機并網，調節功率降到。后通過晶閘管切出發電機；

　　2)如果發電機沒有并入電網，則降低風輪轉速至0。

　　(三)故障處理

　　工作狀態轉換過程實際上還包含著一個重要的內容：當故障發生時，風力發電機組將自動地從較高的工作狀態轉換到較低的工作狀態。故障處理實際上是針對風力發電機組從某一工作狀態轉換到較低的狀態層次可能產生的問題，因此檢測的范圍是限定的。

　　為了便于介紹安全措施和對發生的每個故障類型處理，我們給每個故障定義如下信息：

　　1)故障名稱；

　　2)故障被檢測的描述；

　　3)當故障存在或沒有恢復時工作狀態層次；

　　4)故障復位情況(能自動或手動復位，在機上或遠程控制復位)。

　　(1)故障檢測。控制系統設在頂部和地面的處理器都能夠掃描傳感器信號以檢測故障，故障由故障處理器分類，每次只能有一個故障通過，只有能夠引起機組從較高工作狀態轉入較低工作狀態的故障才能通過。

　　(2)故障記錄。故障處理器將故障存儲在運行記錄表和報警表中。

　　(3)對故障的反應。對故障的反應應是以下三種情況之一：

　　1)降為暫停狀態；

　　2)降為停機狀態；

　　3)降為緊急停機狀態。

　　4)故障處理后的重新起動。在故障已被接受之前，工作狀態層不可能任意上升。故障被接受的方式如下：

　　如果外部條件良好，一此外部原因引起的故障狀態可能自動復位。一般故障可以通過遠程控制復位，如果操作者發現該故障可接受并允許起動風力發電機組，他可以復位故障。有些故障是致命的，不允許自動復位或遠程控制復位，必須有工作人員到機組工作現場檢查，這些故障必須在風力發電機組內的控制面板上得到復位。故障狀態被自動復位后10min將自動重新起動。但一天發生次數應有限定，并記錄顯示在控制面板上。

　　如果控制器出錯可通過自檢(WATCHDOG)重新起動。

風機并網結構示意圖：風機的工作原理、結構講解.ppt

　　二十世紀初人們開始研究風力發電機，到三、四十年代開始實現風力發電，而并網型風力發電機的出現則在五、六十年代。風力發電事業的真正大規模興起是在70年代第一次石油危機以后。其容量迅速向大型化發展，因為單機容量越大，單位容量成本就越低。主流機型的發展次序大體是：50KW，100 KW，150 KW，300 KW，600 KW，750 KW，1000 KW，1500 KW，2000 KW，3000 KW…。但是單機容量增大在降低制造成本的同時，卻導致運輸安裝成本增加。  按產生轉矩的氣動力分:阻力型和升力型 按旋轉軸方向分:垂直軸型和水平軸型 按功率調節方式分:定槳距型和變槳距型 按轉速變與不變分:定速型與變速型 按葉片與塔筒位置分:上風向型與下風向型  采用變槳變速技術，提高風能轉換率； 大型雙饋風力發電機組成為主流產品； 無齒輪箱風力發電技術開始受到重視； 發電機與變流器的集成設計技術； 基于高性能微處理器芯片的控制技術；           2.1概述 風輪的作用是把風的動能轉換成風輪的旋轉機械能。 風輪一般由一個、兩個或兩個以上，幾何形狀相同的葉片和一個輪轂組成。風力發電機組的空氣動力特性取決于風輪的幾何形式，風輪的幾何形式取決于葉片數、葉片的弦長、扭角、相對厚度分布以及葉片所用翼型空氣動力特性等。    2.4 葉片的基本概念   2.5 葉片設計時需考慮因素：    2.7 葉片材料 3.5 偏航制動器 3.6 偏航計數器 3.7 扭纜保護裝置 四、主傳動鏈系統 4.2調槳機構 主軸的作用是連接輪轂和齒輪箱，有些風機主軸涵蓋在齒輪箱內，主軸軸承主要有兩種安裝方式：兩個獨立軸承分別安裝在主軸前后兩端；或者主軸前端配一個軸承，主軸后端與齒輪箱輸入端連接。主軸軸承的結構形式一般采用雙列滾珠調心軸承。 齒輪箱是風力發電機的一個重要部件，其主要功能是將風輪在風力作用下所產生的動力傳給發電機，使其得到相應的轉速。風輪的轉速很低，遠遠達不到發電機發電要求，必須通過齒輪箱增速來實現。目前齒輪箱主要采用兩級斜齒和一級行星齒輪的結構方式。 剎車機構由安裝在低速軸或高速軸上的剎車圓盤與布置在四周的液壓夾鉗構成。液壓閘鉗固定，剎車圓盤隨軸一起轉動。剎車閘鉗有一個預壓的彈簧制動力，液壓力通過油缸中的活塞將制動閘鉗打開。機械剎車的預壓彈簧制動力，一般要求在額定負載下脫網時能夠保證風力機安全停機 。 在風力發電機組中，常采用剛性聯軸器、彈性聯軸器（或萬向聯軸器）二種方式。 通常在低速軸端（主軸與齒軸箱低速軸聯接處）選用剛性聯軸器。 在高速軸端（發電機與齒輪箱高速軸聯接處）選用彈性聯軸器（或萬向聯軸器）。一般選用輪胎聯軸器、十字節聯軸器或者復合材料聯軸器。 在定槳距風力發電機組中，液壓系統的主要任務是執行風力機的氣動剎車和機械剎車；在變槳距風力發電機組中，液壓系統主要控制變距機構，實現風力發電機組的轉速控制、功率控制，同時也控制機械剎車機構。 液壓系統包括液壓泵站、槳距調節液壓缸、剎車圓盤閘。 控制系統是整個風力發電機組的核心，它保持風力發電機組安全可靠運行；實現對風力發電機組的運行參數、狀態的監控顯示，保證了機組功率的優化控制；并在機組出現故障時能自動處理并安全停機。 主控柜內電力系統主要由配電、供電、軟并網（含軟啟動）、功率因數補償等各分系統組成。他們都在控制器的控制下自動工作。 感應發電機可以直接聯入電網，也可以通過晶閘管調壓裝置與電網連接。 變距控制系統實際上是一個隨動系統。變距控制器是一個非線性比例控制器 ，它可以補償比例閥的死帶和極限。變距系統的執行機構是液壓系統 ，節距控制器的輸出信號經Ｄ/Ａ轉換后變成電壓信號控制比例閥 ，驅動油缸活塞 ，推動變距機構 ，使槳葉節距角變化。 風場廠管理控制系統（Wind Power Management System WPMS）可以監測所有風電機的運行狀況；在風電機出現故障時及時記錄下風電機的故障原因并報警；在故障消除后可遠程啟、停機；在風機基本狀態模塊上可顯示每臺風機的各種狀態參數。 七、發電機系統 7.3 籠型異步發電機 7.4 永磁低速

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