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風力發(fā)電機組的分類及各自特點

時間:2017-12-26 10:34:45來源:網絡轉載

導語:?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。

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。

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