風力發(fā)電機組的分類及各自特點

風力發(fā)電機組主要由兩大部分組成：

風力機部分――它將風能轉換為機械能；

發(fā)電機部分――它將機械能轉換為電能。

根據風機這兩大部分采用的不同結構類型、以及它們分別采用的技術方案的不同特征，再加上它們的不同組合，風力發(fā)電機組可以有多種多樣的分類。

（1）如依風機旋轉主軸的方向（即主軸與地面相對位置）分類，可分為：

“水平軸式風機”――轉動軸與地面平行，葉輪需隨風向變化而調整位置；

“垂直軸式風機”――轉動軸與地面垂直，設計較簡單，葉輪不必隨風向改變而調整方向。

CNWPEM.COM（2）按照槳葉受力方式可分成“升力型風機”或“阻力型風機”。

（3）按照槳葉數量分類可分為“單葉片”﹑“雙葉片”﹑“三葉片”和“多葉片”型風機；葉片的數目由很多因素決定，其中包括空氣動力效率、復雜度、成本、噪音、美學要求等等。

大型風力發(fā)電機可由1、2或者3片葉片構成。

葉片較少的風力發(fā)電機通常需要更高的轉速以提取風中的能量，因此噪音比較大。而如果葉片太多，它們之間會相互作用而降低系統(tǒng)效率。目前3葉片風電機是主流。從美學角度上看，3葉片的風電機看上去較為平衡和美觀。

（4）按照風機接受風的方向分類，則有“上風向型”――葉輪正面迎著風向（即在塔架的前面迎風旋轉）和“下風向型”――葉輪背順著風向，兩種類型。

上風向風機一般需要有某種調向裝置來保持葉輪迎風。

而下風向風機則能夠自動對準風向，從而免除了調向裝置。但對于下風向風機，由于一部分空氣通過塔架后再吹向葉輪，這樣，塔架就干擾了流過葉片的氣流而形成所謂塔影效應，使性能有所降低。

（5）按照功率傳遞的機械連接方式的不同，可分為“有齒輪箱型風機”和無齒輪箱的“直驅型風機”。

有齒輪箱型風機的槳葉通過齒輪箱及其高速軸及萬能彈性聯軸節(jié)將轉矩傳遞到發(fā)電機的傳動軸，聯軸節(jié)具有很好的吸收阻尼和震動的特性，可吸收適量的徑向、軸向和一定角度的偏移，并且聯軸器可阻止機械裝置的過載。

而直驅型風機則另辟蹊徑，配合采用了多項先進技術，槳葉的轉矩可以不通過齒輪箱增速而直接傳遞到發(fā)電機的傳動軸，使風機發(fā)出的電能同樣能并網輸出。這樣的設計簡化了裝置的結構，減少了故障幾率，優(yōu)點很多，現多用于大型機組上。

（6）根據按槳葉接受風能的功率調節(jié)方式可分為：

“定槳距（失速型）機組”――槳葉與輪轂的連接是固定的。當風速變化時，槳葉的迎風角度不能隨之變化。由于定槳距（失速型）機組結構簡單、性能可靠，在20年來的風能開發(fā)利用中一直占據主導地位。

“變槳距機組”――葉片可以繞葉片中心軸旋轉，使葉片攻角可在一定范圍內（一般0－90度）調節(jié)變化，其性能比定槳距型提高許多，但結構也趨于復雜，現多用于大型機組上。

（7）按照葉輪轉速是否恒定可分為：

“恒速風力發(fā)電機組”――設計簡單可靠，造價低，維護量少，直接并網；缺點是：氣動效率低，結構載荷高，給電網造成電網波動，從電網吸收無功功率。

“變速風力發(fā)電機組”――氣動效率高，機械應力小，功率波動小，成本效率高，支撐結構輕。缺點是：功率對電壓降敏感，電氣設備的價格較高，維護量大?，F常用于大容量的主力機型。

（8）根據風力發(fā)電機組的發(fā)電機類型分類，可分為兩大類：

“異步發(fā)電機型”“同步發(fā)電機型”

只要選用適當的變流裝置，它們都可以用于變速運行風機。

異步發(fā)電機按其轉子結構不同又可分為：

（a）籠型異步發(fā)電機――轉子為籠型。由于結構簡單可靠、廉價、易于接入電網，而在小、中型機組中得到大量的使用；

（b）繞線式雙饋異步發(fā)電機――轉子為線繞型。定子與電網直接連接輸送電能，同時繞線式轉子也經過變頻器控制向電網輸送有功或無功功率。

同步發(fā)電機型按其產生旋轉磁場的磁極的類型又可分為：

（a）電勵磁同步發(fā)電機――轉子為線繞凸極式磁極，由外接直流電流激磁來產生磁場。

（b）永磁同步發(fā)電機――轉子為鐵氧體材料制造的永磁體磁極，通常為低速多極式，不用外界激磁，簡化了發(fā)電機結構，因而具有多種優(yōu)勢。

（9）如根據風機的輸出端電壓高低化分，一般可分為：

“高壓風力發(fā)電機”――風力發(fā)電機輸出端電壓為10~20kV，甚至40kV，可省掉風機的升壓變壓器直接并網。它與直驅型，永磁體磁極結構一起組成的同步發(fā)電機總體方案，是目前風力發(fā)電機中一種很有發(fā)展前途的機型。

“低壓風力發(fā)電機”――輸出端電壓為1kV以下，目前市面上大多為此機型。

（10）如根據風機的額定功率化分，一般可分為：

微型機：10kW以下

小型機：10kW至100kW

中型機：100kW至1000kW

大型機：1000kW以上（MW級風機）

風電材料設備

12.直驅永磁同步風力發(fā)電機

永磁同步發(fā)電機由于結構簡單、無需勵磁繞組、效率高的特點而在中小型風

力發(fā)電機中應用廣泛，隨著高性能永磁材料制造工藝的提高，大容量的風力發(fā)電cnwpem

系統(tǒng)也傾向于使用永磁同步發(fā)電機。永磁風力發(fā)電機通常用于變速恒頻的風力發(fā)

電系統(tǒng)中，風力發(fā)電機轉子由風力機直接拖動，所以轉速很低。由于去掉了增速齒輪箱，增加了機組的可靠性和壽命；利用許多高性能的永磁磁鋼組成磁極，不像電勵磁同步電機那樣需要結構復雜、體積龐大的勵磁繞組，提高了氣隙磁密和功率密度，在同功率等級下，減小了電機體積。

永磁同步發(fā)電機從結構上分有外轉子和內轉子之分。

對于典型的外轉子永磁同步發(fā)電機結構，外轉子內圓上有高磁能積永磁材料拼貼而成的磁極，內定子嵌有三相繞組。外轉子設計，使得能有更多的空間安置永磁磁極，同時轉子旋轉時的離心力，使得磁極的固定更加牢固。

由于轉子直接暴露在外部，所以轉子的冷卻條件較好。外轉子存在的問題是主要發(fā)熱部件定子的冷卻和大尺寸電機的運輸問題。

內轉子永磁同步發(fā)電機內部為帶有永磁磁極、隨風力機旋轉的轉子，外部為定子鐵心。除具有通常永磁電機所具有的優(yōu)點外，內轉子永磁同步電機能夠利用機座外的自然風條件，使定子鐵心和繞組的冷卻條件得到了有效改善，轉子轉動帶來的氣流對定子也有一定的冷卻作用。另外，電機的外徑如果大于4m，往往會給運輸帶來一些困難。很多風電場都是設計在偏遠的地區(qū)，從電機出廠到安裝地，很可能會經過一些橋梁和涵洞，如果電機外徑太大，往往就不能順利通過。內轉子結構降低了電機的尺寸，往往給運輸帶來了方便。

內轉子永磁同步發(fā)電機中，常見有四種形式的轉子磁路，分別為徑向式、切向式、和軸向式。相對其它轉子磁路結構而言，徑向磁化結構因為磁極直接面對氣隙，具有小的漏磁系數，且其磁軛為一整塊導磁體，工藝實現方便；而且徑向磁化結構中，氣隙磁感應強度接近永磁體的工作點磁感應強度，雖然沒有切向結構那么大的氣隙磁密，但也不會太低，所以徑向結構具有明顯的優(yōu)越性，也是大型風力發(fā)電機設計中應用較多的轉子磁路結構。