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风电场主要设备介绍及其基本理论

1风力发电机的类型

风力发电机多种多样，归纳起来可分为两类：①水平轴风力

发电机，风轮的旋转轴与风向平行；②垂直轴风力发电机，风轮

的旋转轴垂直于地面或者气流方向。

1.1水平轴风力发电机

水平轴风力发电机可分为升力型和阻力型两类。

升力型风力发电机旋转速度快，阻力型旋转速度慢。对于风

力发电，多采用升力型水平轴风力发电机。大多数水平轴风力发

电机具有对风装置，能随风向改变而转动。对于小型风力发电机，

这种对风装置采用尾舵，而对于大型的风力发电机，则利用风向

传感元件以及伺服电机组成的传动机构。

风力机的风轮在塔架前面的称为上风向风力机，风轮在塔架

后面的则称为下风向风机。水平轴风力发电机的式样很多，有的

具有反转叶片的风轮，有的在一个塔架上安装多个风轮，以便在

输出功率一定的条件下减少塔架的成本，还有的水平轴风力发电

机在风轮周围产生漩涡，集中气流，增加气流速度。

1.2垂直轴风力发电机

垂直轴风力发电机在风向改变的时候无需对风，在这点上相

对于水平轴风力发电机是一大优势，它不仅结构设计简化，而且

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也减少了风轮对风时的陀螺力。

利用阻力旋转的垂直轴风力发电机有几种类型，其中有纯阻

力装置的风轮；S型风车，具有部分升力，但主要还是阻力装置。

这些装置有较大的启动力矩，但尖速比低，在风轮尺寸、重量和

成本一定的情况下，提供的功率输出低。

达里厄式风轮

是法国G.J.M达里厄于19世纪30年代发明的。在20世纪

70年代，加拿大国家科学研究院对此进行了大量的研究，现在是

水平轴风力发电机的主要竞争者。达里厄式风轮是一种升力装置，

弯曲叶片的剖面是翼型，它的启动力矩低，但尖速比可以很高，

对于给定的风轮重量和成本，有较高的功率输出。现在有多种达

里厄式风力发电机，如Φ型，Δ型，Y型和H型等。这些风轮可

以设计成单叶片，双叶片，三叶片或者多叶片。

其他形式的垂直轴风力发电机

有马格努斯效应风轮，它由自旋的圆柱体组成，当它在气流

中工作时，产生的移动力是由于马格努斯效应引起的，其大小与

风速成正比。有的垂直轴风轮使用管道或者漩涡发生器塔，通过

套管或者扩压器使水平气流变成垂直气流，以增加速度，还可利

用太阳能或者燃烧某种燃料，使水平气流变成垂直方向的气流。

2风力发电机的结构构成

1）机舱：机舱是风力发电机的关键设备，包括齿轮箱、发

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电机。维护人员可以通过风电机塔进入机舱。机舱左端是风力发

电机转子，即转子叶片及轴。

2）转子叶片：捉获风，并将风力传送到转子轴心。现代600kW

风力发电机上，每个转子叶片的测量长度大约为20米，而且被

设计得很像飞机的机翼。

轴心：转子轴心附着在风力发电机的低速轴上。

3）低速轴：风力发电机的低速轴将转子轴心与齿轮箱连接

在一起。在现代600千瓦风力发电机上，转子转速相当慢，大约

为19至30转每分钟。轴中有用于液压系统的导管，来推动空气

动力闸的运行。

4）齿轮箱：齿轮箱左边是低速轴，它可以将高速轴转速提

高至低速轴转速的50倍。

5）高速轴及其机械闸：高速轴以1500转每分钟运转，并驱

动发电机。它装备有紧急机械闸，用于空气动力闸失效时，或风

力发电机被维修时。

6）发电机：通常被称为感应电机或异步发电机。在现代风

力发电机上，最大电力输出通常为500kW至1500kW。

7）偏航装置：借助电动机转动机舱，以使转子正对风向。

偏航装置由电子控制器操作，电子控制器可以通过风向标来指示

风向。通常，在风改变其方向时，风力发电机一次只会偏转几度

角度。

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8）电子控制器：包含一台监控风力发电机状态的计算机，

并控制偏航装置。为防止任何故障（即齿轮箱或发电机的过热），

该控制器可以自动停止风力发电机的转动，并通过电话调制解调

器来呼叫风力发电机操作员。

9）液压系统：用于重置风力发电机的空气动力闸。

冷却元件：包含一个风扇，用于冷却发电机