風力發(fā)電機ppt

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1、 風 力 發(fā) 電 機 概 述風 電 機 組 傳 動 系 統(tǒng)偏 航 系 統(tǒng)變 槳 系 統(tǒng)4123 目 錄 Text in here風 輪葉 片輪 轂 機 艙齒 輪 箱發(fā) 電 機偏 航 系 統(tǒng)制 動 系 統(tǒng)塔 架 基 礎主 要 部 件 風 力 機 主 要 部 件 按 風 輪結 構 劃 分 垂 直 軸 風 力 機 風 輪 圍 繞 一 個 垂 直 軸 進 行 旋 轉 。 水 平 軸 風 力 機 葉 片 圍 繞 一 個 水 平 軸 旋 轉 ， 旋 轉 平 面 與 風 向 垂 直 。 風 力 發(fā) 電 機 分 類 按 照 風 輪 與 塔 架 相 對 位 置 劃 分 順 風 式 風 力 機 風 輪 在 塔 架

2、 的 下 風 位 置 旋 轉 的 風 力 機 。 能 夠 自 動 對準 風 向 ， 不 需 要 調 向 裝 置 。 缺 點 ： 空 氣 流 先 通 過塔 架 然 后 再 流 向 風 輪 ， 會 造 成 塔 影 效 應 ， 風 力 機性 能 降 低 。 以 空 氣 流 向 作 為 參 考 ， 風 輪 在 塔 架 前 迎 風 旋 轉 的風 力 機 為 逆 風 式 風 力 機 。 需 要 調 風 裝 置 ， 使 風 輪迎 風 面 正 對 風 向 。逆 風 式 風 力 機 風 力 發(fā) 電 機 分 類 葉 片 固 定 在 輪 轂 上 ， 槳 距 角 不 變 ， 風 力 機 的 功 率調 節(jié) 完 全 依

3、靠 葉 片 的 失 速 性 能 。 當 風 速 超 過 額 定風 速 時 ， 在 葉 片 后 端 將 形 成 邊 界 層 分 離 ， 使 升 力系 數 下 降 ， 阻 力 系 數 增 加 ， 從 而 限 制 了 機 組 功 率的 進 一 步 增 加 。結 構 簡 單不 能 保 證 功 率 恒 定 ， 并 且 由 于 阻 力 增 大 ,導 致 葉 片和 塔 架 等 部 件 承 受 的 載 荷 相 應 增 大定 槳 距風 力 機按 功 率 調 節(jié) 方 式 劃 分 :定 槳 距 與 變 槳 距 優(yōu) 點 :缺 點 : 風 力 發(fā) 電 機 分 類 葉 片 和 輪 轂 不 是 固 定 連 接 ， 葉 片

4、槳 距 角 可 調 。 在 超 過 額定 風 速 范 圍 時 ， 通 過 增 大 葉 片 槳 距 角 ， 使 攻 角 減 小 ， 以改 變 葉 片 升 力 與 阻 力 的 比 例 ， 達 到 限 制 風 輪 功 率 的 目 的 ，使 機 組 能 夠 在 額 定 功 率 附 近 輸 出 電 能 。變 槳 距風 力 機 高 于 額 定 風 速 區(qū) 域 可 以 獲 得 穩(wěn) 定 的 功 率 輸 出 需 要 變 槳 距 調 節(jié) 機 構 ， 設 備 結 構 復 雜 。優(yōu) 點 :缺 點 : 目 前 的 大 型 兆 瓦 級 風 電 機 組 普 遍 采 用 變 槳 距 控 制 技 術 風 力 發(fā) 電 機 分 類

5、 水 平 軸 風 力 機 構 造 傳 動 系 統(tǒng) 用 來 連 接 風 輪 與 發(fā) 電 機 ， 將 風 輪 產 生 的 機 械 轉 矩 傳 遞 給 發(fā) 電 機 ， 同時 實 現 轉 速 的 變 換 。圖 為 一 種 目 前 風 電 機 組 較 多 采 用 的 帶 齒 輪 箱 風 電 機 組 的 傳 動 系 統(tǒng) 結 構 示 意 圖 。包 括 風 輪 主 軸 （ 低 速 軸 ） 、 主 軸 軸 承 、 增 速 齒 輪 箱 、 高 速 軸 （ 齒 輪 箱 輸 出 軸 ）聯 軸 器 、 及 機 械 剎 車 制 動 裝 置 等 部 件 。 作 用 在 風 輪 上 的 各種 氣 動 載 荷 和 重 力載 荷

6、 通 過 主 機 架 及偏 航 系 統(tǒng) 傳 遞 給 塔架 。 風 力 機 組 傳 動 系 統(tǒng) 3.1主 軸 主 軸 是 風 力 發(fā)電 機 組 的 重 要零 件 之 一 ， 用來 支 持 旋 轉 的機 械 零 件 。主 軸 目 前 ， 主 軸 軸 承 主 要 有 圓 錐 滾 子 軸 承 、 調 心 滾 子 軸 承 、 2-3 列 圓 柱 滾子 軸 承 等 形 式 ， 為 使 軸 承 有 更 長 的 使 用 壽 命 和 更 強 的 承 載 能 力 ， 往 往采 用 多 列 滾 子 軸 承 排 布 。主 軸 起 支 承 輪 轂 及 葉 片 ， 傳 遞 扭 矩 到 增 速 器 的 作 用 ， 主 軸

7、軸 承 主 要 承 受徑 向 力 ， 其 性 能 的 好 壞 不 僅 對 傳 遞 效 率 有 影 響 ， 而 且 也 決 定 了 主 傳 動 鏈的 維 護 成 本 ， 所 以 要 求 具 有 良 好 的 調 心 性 能 、 抗 振 性 能 和 運 轉 平 穩(wěn) 性 。主 軸 軸 承 齒 輪 箱 是 風 電 機 組 傳 動 系 統(tǒng) 中 的 主 要 部 件 ， 需 要 承 受 來 自 風 輪 的 載 荷， 同 時 要 承 受 齒 輪 傳 動 過 程 產 生 的 各 種 載 荷 。 需 要 根 據 機 組 總 體 布 局設 計 要 求 ， 為 風 輪 主 軸 、 齒 輪 傳 動 機 構 和 傳 動 系

8、 統(tǒng) 中 的 其 他 構 件 提 供可 靠 的 支 撐 與 連 接 ， 同 時 將 載 荷 平 穩(wěn) 傳 遞 到 主 機 架 。由 于 要 求 的 增 速 比 往 往 很 大 ， 風 電 齒 輪 箱 通常 需 要 多 級 齒 輪 傳 動 。 大 型 風 電 機 組 的 增 速齒 輪 箱 的 典 型 設 計 ， 多 采 用 行 星 齒 輪 與 定 軸齒 輪 組 成 混 合 輪 系 的 傳 動 方 案 。 結 構 形 式 風 電 機 組 齒 輪 箱 圖 為 一 種 一 級 行 星 +兩 級 定 軸 齒 輪 傳 動 的 齒 輪 箱 結 構 ， 低 速 軸 為 行星 齒 輪 傳 動 后 兩 級 為 平

9、行 軸 圓 柱 齒 輪 傳 動 ， 可 合 理 分 配 傳 動 比 ， 提高 傳 動 效 率 。 風 電 機 組 齒 輪 箱 結 構 形 式 圖 為 二 級 行 星 +平 行 軸 齒 輪 傳 動 的 齒 輪 箱 結 構 風 電 機 組 齒 輪 箱 結 構 形 式 有 些 齒 輪 箱 采 用 多 級 行 星 輪 系 的 傳 動 形 式 ， 如 圖 三 級 行 星 輪 加 一 級 平行 軸 齒 輪 的 傳 動 結 構 。 多 級 行 星 輪 結 構 殼 可 以 獲 得 更 加 緊 湊 的 結 構 ，但 也 使 齒 輪 箱 的 設 計 、 制 造 與 維 護 難 度 和 成 本 大 大 增 加 。

10、因 此 ， 齒 輪箱 的 設 計 和 選 型 過 程 ， 應 綜 合 考 慮 設 計 要 求 、 齒 輪 箱 總 體 結 構 、 制 造能 力 ， 以 及 與 機 組 總 體 成 本 平 衡 等 因 素 間 的 關 系 ， 盡 可 能 選 擇 相 對 合理 的 傳 動 形 式 。 風 電 機 組 齒 輪 箱 結 構 形 式 優(yōu) 點 ： 發(fā) 電 機 、 齒 輪 箱 等 大 部 件 易 拆 卸 ， 可 維 護 性 較 好 ； 技 術成 熟 ， 設 計 制 造 難 度 低 ， 發(fā) 電 機 由 于 極 對 數 小 ， 結 構 簡 單 ， 體 積小 。 缺 點 ： 傳 動 系 統(tǒng) 結 構 復 雜 ， 齒

11、 輪 箱 增 速 比 高 ， 存 在 齒 輪 磨 損 、潤 滑 油 更 換 頻 繁 、 機 械 噪 聲 、 振 動 等 問 題 。高 傳 動 比齒 輪 箱 高 傳 動 比 齒 輪 箱 直 驅 型優(yōu) 點 ： 沒 有 了 齒 輪 箱 所 帶 來 的 噪 聲 、 故 障 率 高 等 問 題 ， 提 高 了 運 行可 靠 性 ， 減 少 了 傳 動 鏈 能 量 損 失 ， 能 量 利 用 率 高 ， 發(fā) 電 質 量 好 。缺 點 ： 發(fā) 電 機 極 對 數 高 ， 體 積 比 較 大 ， 結 構 復 雜 ， 同 時 增 加 了 制 造難 度 與 成 本 ； 需 要 全 功 率 變 頻 器 ， 成 本

12、高 ， 損 耗 大 。 直 接 驅 動 型 ： 采 用 多 級 同 步 風 力 發(fā) 電 機 ， 讓 風 輪 直 接 帶 動 發(fā) 電 機 低 速旋 轉 。直 驅 型 齒 輪 箱 高 速 軸 與 發(fā) 電 機 軸 的 連 接 構 件 一般 采 用 柔 性 聯 軸 器 ， 以 彌 補 機 組 運 行 過程 軸 系 的 安 裝 誤 差 ， 解 決 主 傳 動 鏈 的 軸系 不 對 中 問 題 。 同 時 ， 柔 性 聯 軸 器 還 可以 增 加 傳 動 鏈 的 系 統(tǒng) 阻 尼 ， 減 少 振 動 的傳 遞 。 聯 軸 器 必 須 有 大 于 等 于 100 M的 阻 抗 ， 并且 承 受 2 kV 的

13、電 壓 。 這 將 防 止 寄 生 電 流 通過 聯 軸 器 從 發(fā) 電 機 轉 子 流 向 齒 輪 箱 ， 這 可 能帶 給 齒 輪 箱 極 大 的 危 害 。聯 軸 器 一 、 根 據 風 向 的 變 化 ， 偏 航 操 作 裝 置 按 系 統(tǒng) 控 制 單 元發(fā) 出 指 令 ， 使 風 輪 處 于 迎 風 狀 態(tài) ， 以 提 高 風 力 發(fā) 電 機組 的 發(fā) 電 效 率 。二 、 同 時 還 應 提 供 必 要 的 鎖 緊 力 矩 ， 以 保 證 機 組 的 安全 運 行 和 停 機 狀 態(tài) 的 需 要 。偏 航 系 統(tǒng) 功 能偏 航 系 統(tǒng) 構 成 風 力 發(fā) 電 機 組 的 偏 航系

14、統(tǒng) 主 要 由 風 向 標 、偏 航 軸 承 、 偏 航 驅 動器 、 偏 航 制 動 器 、 偏航 計 數 器 、 潤 滑 泵 、偏 航 位 置 傳 感 器 組 成 。偏 航 系 統(tǒng) 風 向 標 風 向 標 目 的 ：n 風 向風向標是偏航系統(tǒng)風向信號的采集裝置，正常工作時能根據風向的變化傳遞不同的電壓信號給主控，主控通過接收到的電壓信號的不同能夠分析外界風向情況，然后通過比較，決定是否發(fā)出偏航指令。為了減少突變風對風機偏航系統(tǒng)的影響，主控接收的一分鐘內的平均風向。偏 航 系 統(tǒng) 相 關 部 件 偏 航 驅 動 部 件 一 般 由 電 動 機 、 大 速 比 減 速 機 和 開 式 齒 輪

15、傳 動 副 組 成 ， 通 過 法 蘭 連 接 安裝 在 主 機 架 上 。 根 據 傳 動 比 要 求 ， 偏 航 減 速 器 通 常 需要 采 用 3-4級 行 星 輪 傳 動 方 案 ， 繼 承 了 行 星齒 輪 傳 動 平 穩(wěn) 的 優(yōu) 點 。 偏 航 驅 動 裝 置偏 航 驅 動 電 動 機 一 般 選 用轉 速 較 高 體 積 小 的 電 動 機但 由 于 偏 航 驅 動 所 要 求 的輸 出 轉 速 又 很 低 ， 多 采 用多 級 行 星 輪 系 傳 動 ， 以 實現 大 速 比 、 緊 湊 型 傳 動 的要 求 ， 以 滿 足 偏 航 動 作 要求 。 偏 航 驅 動 電 機

16、偏 航 減 速 器 偏 航 系 統(tǒng) 相 關 部 件 偏 航 制 動 裝 置 風 機 機 械 液 壓 系 統(tǒng) 對 偏 航剎 車 的 控 制 ， 偏 航 系 統(tǒng) 未工 作 時 剎 車 片 全 部 抱 閘 ， 機 艙 不 轉 動 ； 機 艙 對 風偏 航 時 ， 所 有 剎 車 片 半 松開 ， 設 置 足 夠 的 阻 尼 ， 保持 機 艙 平 穩(wěn) 偏 航 。 自 動解 纜 時 ， 偏 航 剎 車 片 全 松開 。偏 航 系 統(tǒng) 相 關 部 件 P130-23 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

17、 ， 經 過 比 較 后 處 理 器 給 偏 航 電 機 發(fā) 出 順 時 針 或 逆 時針 的 偏 航 命 令 ， 電 機 轉 速 將 通 過 同 軸 聯 接 的 減 速 器 減 速 后 ， 通 過 安裝 在 驅 動 部 件 上 的 小 齒 輪 與 大 齒 圈 嚙 合 ， 帶 動 主 機 架 和 機 艙 旋 轉 使風 輪 對 準 風 向 。工 作 原 理偏 航 系 統(tǒng) 工 作 原 理 禁 止 偏 航 條 件以 下 情 況 不 會 自 動 偏 航 產 生 偏 航 故 障 ； 偏 航 解 纜 動 作 ； 風 機 處 于 維 護 模 式 ； 30s平 均 風 速 2.5m/s； 緊 急 停 機 過

18、程 ； 發(fā) 生 液 壓 故 障 ； 禁 止 偏 航 條 件 通 過 改 變 風 機 的 槳 葉 角 度來 調 節(jié) 風 力 發(fā) 電 機 的 功 率以 適 應 隨 時 變 化 的 風 速 。保 障 風 機 機 組 安 全 停 機 在 額 定 風 速 以 下 時 ， 槳 葉 全 開 ，最 大 限 度 捕 獲 風 能 ； 額 定 風 速 之上 時 ， 根 據 主 控 器 指 令 調 節(jié) 葉 片角 度 ， 保 證 機 組 的 輸 出 功 率 。超 過 安 全 風 速 時 或 故 障 停 機 、緊 急 情 況 下 ， 旋 轉 槳 葉 到 安 全位 置 ， 保 護 風 力 發(fā) 電 機 組 ， 實現 安 全

19、停 車 功 能 。變 槳 系 統(tǒng)功 能變 槳 系 統(tǒng) 變 槳 系 統(tǒng) 相 關 部 件 變 槳 軸 承 安 裝 在 輪 轂 上 ，通 過 外 圈 螺 栓 把 緊 。其 內 齒 圈 與 變 槳 驅 動裝 置 嚙 合 運 動 ， 并 與葉 片 聯 接 。 外 圈 內 圈變 槳 軸 承 變 槳 驅 動 裝 置 通 過 螺 柱與 輪 轂 連 接 。 變 槳 齒 輪 箱 前 的 小 齒 輪與 變 槳 軸 承 內 圈 嚙 合 ，并 要 保 證 嚙 合 間 隙 。 間 隙 由 加 工 精 度 保 證 ，無 法 調 整 。 變 槳 驅 動 電 機變 槳 齒 輪 箱 安 裝 位 置變 槳 驅 動 裝 置 當 風

20、機 正 常 停 機 ， 在 風 電 機 組 斷 開 電 網 前 先將 葉 片 順 槳 到 89， 利 用 葉 片 的 氣 動 剎 車 將葉 輪 轉 速 降 低 至 功 率 為 0。 當 風 機 緊 急 停 機時 ， 葉 片 會 順 槳 到 91限 位 置 ， 最 后 風 機 采用 機 械 剎 車 系 統(tǒng) 使 葉 輪 停 止 轉 動 。此 外 還 需 要 一 個 冗 余 限 位 開 關 （ 用 于 95限位 ） ， 在 主 限 位 開 關 （ 用 于 91限 位 ） 失 效時 確 保 變 槳 電 機 的 安 全 制 動 。 91限 位 開 關95限 位 開 關限 位 開 關 絕 對 式 編 碼

21、器特 點 是 ： 可 以 直 接 讀 出 角 度 坐 標 的 絕 對 值 ； 沒 有 累 積 誤 差 ； 電 源切 除 后 位 置 信 息 不 會 丟 失 。因 此 ， 測 位 置 多 采 用 絕 對 編 碼 器 ， 抗 干 擾 特 性 強 、 數 據 的 可 靠 性 大 。增 量 式 編 碼 器偏 轉 角 度 發(fā) 電 機 轉 速編 碼 器 雷 電 保 護 爪 主 要 由 三 部 分 組 成 ， 按 照 安 裝 順 序 從 上 到 下依 次 是 墊 片 壓 板 ， 碳 纖 維 刷 和 集 電 爪 。雷 電 保 護 裝 置 雷 電 保 護 裝 置 在 變 槳 裝 置 中 的 具 體 位 置 見

22、右圖 ， 在 大 齒 圈 下 方 偏 左 一 個 螺 栓 孔 的 位 置 裝第 一 個 保 護 爪 ， 然 后 120度 等 分 安 裝 另 外 兩個 雷 電 保 護 爪 。工 作 原 理 雷 電 保 護 裝 置 可 以 有 效 的 將 作 用 在 輪 轂 和 葉 片 上 的 電 流 通 過 集 電 爪 導 到 地 面 ，避 免 雷 擊 使 風 機 線 路 損 壞 。 炭 纖 維 刷 是 為 了 補 償 靜 電 的 不 平 衡 ， 雷 擊 通 過 風 機的 金 屬 部 分 傳 導 。 安 裝 位 置雷 電 保 護 裝 置 風 向 順 槳 位 置變 槳 電 機 工 作 位 置9 0 度 的 調

23、節(jié) 范 圍當 風 速 發(fā) 生 變 化 時 ， 通 過 變 槳 驅 動 電 機 帶 動 變 槳 軸 承 轉 動 ， 從 而 改 變 葉 片 對 風 向地 迎 角 ， 使 葉 片 保 持 最 佳 的 迎 風 狀 態(tài) ， 由 此 控 制 葉 片 的 升 力 ， 以 達 到 控 制 作 用 在葉 片 上 的 扭 矩 和 功 率 的 目 的 。 變 槳 系 統(tǒng) 的 工 作 原 理 將 該 葉 片 的 角 度 值 反 饋 至主 控 系 統(tǒng) 1機 組 主 控 系 統(tǒng) 通 過 滑 環(huán)傳 輸 控 制 指 令 將 變 槳 命 令 分 配 至三 個 軸 柜軸 柜 通 過 各 自 獨 立的 整 流 裝 置 同 步 變換 直 流 來 驅 動 電 機通 過 減 速 齒 輪 箱 傳 遞 扭 矩至 變 槳 齒 輪 帶 動 每 個 葉 片旋 轉 至 精 確 的 角 度 24 35變 槳 系 統(tǒng) 的 工 作 流 程