风力发电机ppt

风 力 发 电 机 概 述风 电 机 组 传 动 系 统偏 航 系 统变 桨 系 统4123 目 录 Text in here风 轮叶 片轮 毂 机 舱齿 轮 箱发 电 机偏 航 系 统制 动 系 统塔 架 基 础主 要 部 件 风 力 机 主 要 部 件 按 风 轮结 构 划 分 垂 直 轴 风 力 机 风 轮 围 绕 一 个 垂 直 轴 进 行 旋 转 。 水 平 轴 风 力 机 叶 片 围 绕 一 个 水 平 轴 旋 转 ， 旋 转 平 面 与 风 向 垂 直 。 风 力 发 电 机 分 类 按 照 风 轮 与 塔 架 相 对 位 置 划 分 顺 风 式 风 力 机 风 轮 在 塔 架 的 下 风 位 置 旋 转 的 风 力 机 。 能 够 自 动 对准 风 向 ， 不 需 要 调 向 装 置 。 缺 点 ： 空 气 流 先 通 过塔 架 然 后 再 流 向 风 轮 ， 会 造 成 塔 影 效 应 ， 风 力 机性 能 降 低 。 以 空 气 流 向 作 为 参 考 ， 风 轮 在 塔 架 前 迎 风 旋 转 的风 力 机 为 逆 风 式 风 力 机 。 需 要 调 风 装 置 ， 使 风 轮迎 风 面 正 对 风 向 。逆 风 式 风 力 机 风 力 发 电 机 分 类 叶 片 固 定 在 轮 毂 上 ， 桨 距 角 不 变 ， 风 力 机 的 功 率调 节 完 全 依 靠 叶 片 的 失 速 性 能 。 当 风 速 超 过 额 定风 速 时 ， 在 叶 片 后 端 将 形 成 边 界 层 分 离 ， 使 升 力系 数 下 降 ， 阻 力 系 数 增 加 ， 从 而 限 制 了 机 组 功 率的 进 一 步 增 加 。结 构 简 单不 能 保 证 功 率 恒 定 ， 并 且 由 于 阻 力 增 大 ,导 致 叶 片和 塔 架 等 部 件 承 受 的 载 荷 相 应 增 大定 桨 距风 力 机按 功 率 调 节 方 式 划 分 :定 桨 距 与 变 桨 距 优 点 :缺 点 : 风 力 发 电 机 分 类 叶 片 和 轮 毂 不 是 固 定 连 接 ， 叶 片 桨 距 角 可 调 。 在 超 过 额定 风 速 范 围 时 ， 通 过 增 大 叶 片 桨 距 角 ， 使 攻 角 减 小 ， 以改 变 叶 片 升 力 与 阻 力 的 比 例 ， 达 到 限 制 风 轮 功 率 的 目 的 ，使 机 组 能 够 在 额 定 功 率 附 近 输 出 电 能 。变 桨 距风 力 机 高 于 额 定 风 速 区 域 可 以 获 得 稳 定 的 功 率 输 出 需 要 变 桨 距 调 节 机 构 ， 设 备 结 构 复 杂 。优 点 :缺 点 : 目 前 的 大 型 兆 瓦 级 风 电 机 组 普 遍 采 用 变 桨 距 控 制 技 术 风 力 发 电 机 分 类 水 平 轴 风 力 机 构 造 传 动 系 统 用 来 连 接 风 轮 与 发 电 机 ， 将 风 轮 产 生 的 机 械 转 矩 传 递 给 发 电 机 ， 同时 实 现 转 速 的 变 换 。图 为 一 种 目 前 风 电 机 组 较 多 采 用 的 带 齿 轮 箱 风 电 机 组 的 传 动 系 统 结 构 示 意 图 。包 括 风 轮 主 轴 （ 低 速 轴 ） 、 主 轴 轴 承 、 增 速 齿 轮 箱 、 高 速 轴 （ 齿 轮 箱 输 出 轴 ）联 轴 器 、 及 机 械 刹 车 制 动 装 置 等 部 件 。 作 用 在 风 轮 上 的 各种 气 动 载 荷 和 重 力载 荷 通 过 主 机 架 及偏 航 系 统 传 递 给 塔架 。 风 力 机 组 传 动 系 统 3.1主 轴 主 轴 是 风 力 发电 机 组 的 重 要零 件 之 一 ， 用来 支 持 旋 转 的机 械 零 件 。主 轴 目 前 ， 主 轴 轴 承 主 要 有 圆 锥 滚 子 轴 承 、 调 心 滚 子 轴 承 、 2-3 列 圆 柱 滚子 轴 承 等 形 式 ， 为 使 轴 承 有 更 长 的 使 用 寿 命 和 更 强 的 承 载 能 力 ， 往 往采 用 多 列 滚 子 轴 承 排 布 。主 轴 起 支 承 轮 毂 及 叶 片 ， 传 递 扭 矩 到 增 速 器 的 作 用 ， 主 轴 轴 承 主 要 承 受径 向 力 ， 其 性 能 的 好 坏 不 仅 对 传 递 效 率 有 影 响 ， 而 且 也 决 定 了 主 传 动 链的 维 护 成 本 ， 所 以 要 求 具 有 良 好 的 调 心 性 能 、 抗 振 性 能 和 运 转 平 稳 性 。主 轴 轴 承 齿 轮 箱 是 风 电 机 组 传 动 系 统 中 的 主 要 部 件 ， 需 要 承 受 来 自 风 轮 的 载 荷， 同 时 要 承 受 齿 轮 传 动 过 程 产 生 的 各 种 载 荷 。 需 要 根 据 机 组 总 体 布 局设 计 要 求 ， 为 风 轮 主 轴 、 齿 轮 传 动 机 构 和 传 动 系 统 中 的 其 他 构 件 提 供可 靠 的 支 撑 与 连 接 ， 同 时 将 载 荷 平 稳 传 递 到 主 机 架 。由 于 要 求 的 增 速 比 往 往 很 大 ， 风 电 齿 轮 箱 通常 需 要 多 级 齿 轮 传 动 。 大 型 风 电 机 组 的 增 速齿 轮 箱 的 典 型 设 计 ， 多 采 用 行 星 齿 轮 与 定 轴齿 轮 组 成 混 合 轮 系 的 传 动 方 案 。 结 构 形 式 风 电 机 组 齿 轮 箱 图 为 一 种 一 级 行 星 +两 级 定 轴 齿 轮 传 动 的 齿 轮 箱 结 构 ， 低 速 轴 为 行星 齿 轮 传 动 后 两 级 为 平 行 轴 圆 柱 齿 轮 传 动 ， 可 合 理 分 配 传 动 比 ， 提高 传 动 效 率 。 风 电 机 组 齿 轮 箱 结 构 形 式 图 为 二 级 行 星 +平 行 轴 齿 轮 传 动 的 齿 轮 箱 结 构 风 电 机 组 齿 轮 箱 结 构 形 式 有 些 齿 轮 箱 采 用 多 级 行 星 轮 系 的 传 动 形 式 ， 如 图 三 级 行 星 轮 加 一 级 平行 轴 齿 轮 的 传 动 结 构 。 多 级 行 星 轮 结 构 壳 可 以 获 得 更 加 紧 凑 的 结 构 ，但 也 使 齿 轮 箱 的 设 计 、 制 造 与 维 护 难 度 和 成 本 大 大 增 加 。 因 此 ， 齿 轮箱 的 设 计 和 选 型 过 程 ， 应 综 合 考 虑 设 计 要 求 、 齿 轮 箱 总 体 结 构 、 制 造能 力 ， 以 及 与 机 组 总 体 成 本 平 衡 等 因 素 间 的 关 系 ， 尽 可 能 选 择 相 对 合理 的 传 动 形 式 。 风 电 机 组 齿 轮 箱 结 构 形 式 优 点 ： 发 电 机 、 齿 轮 箱 等 大 部 件 易 拆 卸 ， 可 维 护 性 较 好 ； 技 术成 熟 ， 设 计 制 造 难 度 低 ， 发 电 机 由 于 极 对 数 小 ， 结 构 简 单 ， 体 积小 。 缺 点 ： 传 动 系 统 结 构 复 杂 ， 齿 轮 箱 增 速 比 高 ， 存 在 齿 轮 磨 损 、润 滑 油 更 换 频 繁 、 机 械 噪 声 、 振 动 等 问 题 。高 传 动 比齿 轮 箱 高 传 动 比 齿 轮 箱 直 驱 型优 点 ： 没 有 了 齿 轮 箱 所 带 来 的 噪 声 、 故 障 率 高 等 问 题 ， 提 高 了 运 行可 靠 性 ， 减 少 了 传 动 链 能 量 损 失 ， 能 量 利 用 率 高 ， 发 电 质 量 好 。缺 点 ： 发 电 机 极 对 数 高 ， 体 积 比 较 大 ， 结 构 复 杂 ， 同 时 增 加 了 制 造难 度 与 成 本 ； 需 要 全 功 率 变 频 器 ， 成 本 高 ， 损 耗 大 。 直 接 驱 动 型 ： 采 用 多 级 同 步 风 力 发 电 机 ， 让 风 轮 直 接 带 动 发 电 机 低 速旋 转 。直 驱 型 齿 轮 箱 高 速 轴 与 发 电 机 轴 的 连 接 构 件 一般 采 用 柔 性 联 轴 器 ， 以 弥 补 机 组 运 行 过程 轴 系 的 安 装 误 差 ， 解 决 主 传 动 链 的 轴系 不 对 中 问 题 。 同 时 ， 柔 性 联 轴 器 还 可以 增 加 传 动 链 的 系 统 阻 尼 ， 减 少 振 动 的传 递 。 联 轴 器 必 须 有 大 于 等 于 100 M的 阻 抗 ， 并且 承 受 2 kV 的 电 压 。 这 将 防 止 寄 生 电 流 通过 联 轴 器 从 发 电 机 转 子 流 向 齿 轮 箱 ， 这 可 能带 给 齿 轮 箱 极 大 的 危 害 。联 轴 器 一 、 根 据 风 向 的 变 化 ， 偏 航 操 作 装 置 按 系 统 控 制 单 元发 出 指 令 ， 使 风 轮 处 于 迎 风 状 态 ， 以 提 高 风 力 发 电 机组 的 发 电 效 率 。二 、 同 时 还 应 提 供 必 要 的 锁 紧 力 矩 ， 以 保 证 机 组 的 安全 运 行 和 停 机 状 态 的 需 要 。偏 航 系 统 功 能偏 航 系 统 构 成 风 力 发 电 机 组 的 偏 航系 统 主 要 由 风 向 标 、偏 航 轴 承 、 偏 航 驱 动器 、 偏 航 制 动 器 、 偏航 计 数 器 、 润 滑 泵 、偏 航 位 置 传 感 器 组 成 。偏 航 系 统 风 向 标 风 向 标 目 的 ：n 风 向风向标是偏航系统风向信号的采集装置，正常工作时能根据风向的变化传递不同的电压信号给主控，主控通过接收到的电压信号的不同能够分析外界风向情况，然后通过比较，决定是否发出偏航指令。为了减少突变风对风机偏航系统的影响，主控接收的一分钟内的平均风向。偏 航 系 统 相 关 部 件 偏 航 驱 动 部 件 一 般 由 电 动 机 、 大 速 比 减 速 机 和 开 式 齿 轮 传 动 副 组 成 ， 通 过 法 兰 连 接 安装 在 主 机 架 上 。 根 据 传 动 比 要 求 ， 偏 航 减 速 器 通 常 需要 采 用 3-4级 行 星 轮 传 动 方 案 ， 继 承 了 行 星齿 轮 传 动 平 稳 的 优 点 。 偏 航 驱 动 装 置偏 航 驱 动 电 动 机 一 般 选 用转 速 较 高 体 积 小 的 电 动 机但 由 于 偏 航 驱 动 所 要 求 的输 出 转 速 又 很 低 ， 多 采 用多 级 行 星 轮 系 传 动 ， 以 实现 大 速 比 、 紧 凑 型 传 动 的要 求 ， 以 满 足 偏 航 动 作 要求 。 偏 航 驱 动 电 机 偏 航 减 速 器 偏 航 系 统 相 关 部 件 偏 航 制 动 装 置 风 机 机 械 液 压 系 统 对 偏 航刹 车 的 控 制 ， 偏 航 系 统 未工 作 时 刹 车 片 全 部 抱 闸 ， 机 舱 不 转 动 ； 机 舱 对 风偏 航 时 ， 所 有 刹 车 片 半 松开 ， 设 置 足 够 的 阻 尼 ， 保持 机 舱 平 稳 偏 航 。 自 动解 缆 时 ， 偏 航 刹 车 片 全 松开 。偏 航 系 统 相 关 部 件 P130-23 风 向 标 作 为 感 应 元 件 将 风 向 的 变 化 用 电 信 号 传 递 到 偏 航 电 机 的 控 制回 路 的 处 理 器 里 ， 经 过 比 较 后 处 理 器 给 偏 航 电 机 发 出 顺 时 针 或 逆 时针 的 偏 航 命 令 ， 电 机 转 速 将 通 过 同 轴 联 接 的 减 速 器 减 速 后 ， 通 过 安装 在 驱 动 部 件 上 的 小 齿 轮 与 大 齿 圈 啮 合 ， 带 动 主 机 架 和 机 舱 旋 转 使风 轮 对 准 风 向 。工 作 原 理偏 航 系 统 工 作 原 理 禁 止 偏 航 条 件以 下 情 况 不 会 自 动 偏 航 产 生 偏 航 故 障 ； 偏 航 解 缆 动 作 ； 风 机 处 于 维 护 模 式 ； 30s平 均 风 速 2.5m/s； 紧 急 停 机 过 程 ； 发 生 液 压 故 障 ； 禁 止 偏 航 条 件 通 过 改 变 风 机 的 桨 叶 角 度来 调 节 风 力 发 电 机 的 功 率以 适 应 随 时 变 化 的 风 速 。保 障 风 机 机 组 安 全 停 机 在 额 定 风 速 以 下 时 ， 桨 叶 全 开 ，最 大 限 度 捕 获 风 能 ； 额 定 风 速 之上 时 ， 根 据 主 控 器 指 令 调 节 叶 片角 度 ， 保 证 机 组 的 输 出 功 率 。超 过 安 全 风 速 时 或 故 障 停 机 、紧 急 情 况 下 ， 旋 转 桨 叶 到 安 全位 置 ， 保 护 风 力 发 电 机 组 ， 实现 安 全 停 车 功 能 。变 桨 系 统功 能变 桨 系 统 变 桨 系 统 相 关 部 件 变 桨 轴 承 安 装 在 轮 毂 上 ，通 过 外 圈 螺 栓 把 紧 。其 内 齿 圈 与 变 桨 驱 动装 置 啮 合 运 动 ， 并 与叶 片 联 接 。 外 圈 内 圈变 桨 轴 承 变 桨 驱 动 装 置 通 过 螺 柱与 轮 毂 连 接 。 变 桨 齿 轮 箱 前 的 小 齿 轮与 变 桨 轴 承 内 圈 啮 合 ，并 要 保 证 啮 合 间 隙 。 间 隙 由 加 工 精 度 保 证 ，无 法 调 整 。 变 桨 驱 动 电 机变 桨 齿 轮 箱 安 装 位 置变 桨 驱 动 装 置 当 风 机 正 常 停 机 ， 在 风 电 机 组 断 开 电 网 前 先将 叶 片 顺 桨 到 89， 利 用 叶 片 的 气 动 刹 车 将叶 轮 转 速 降 低 至 功 率 为 0。 当 风 机 紧 急 停 机时 ， 叶 片 会 顺 桨 到 91限 位 置 ， 最 后 风 机 采用 机 械 刹 车 系 统 使 叶 轮 停 止 转 动 。此 外 还 需 要 一 个 冗 余 限 位 开 关 （ 用 于 95限位 ） ， 在 主 限 位 开 关 （ 用 于 91限 位 ） 失 效时 确 保 变 桨 电 机 的 安 全 制 动 。 91限 位 开 关95限 位 开 关限 位 开 关 绝 对 式 编 码 器特 点 是 ： 可 以 直 接 读 出 角 度 坐 标 的 绝 对 值 ； 没 有 累 积 误 差 ； 电 源切 除 后 位 置 信 息 不 会 丢 失 。因 此 ， 测 位 置 多 采 用 绝 对 编 码 器 ， 抗 干 扰 特 性 强 、 数 据 的 可 靠 性 大 。增 量 式 编 码 器偏 转 角 度 发 电 机 转 速编 码 器 雷 电 保 护 爪 主 要 由 三 部 分 组 成 ， 按 照 安 装 顺 序 从 上 到 下依 次 是 垫 片 压 板 ， 碳 纤 维 刷 和 集 电 爪 。雷 电 保 护 装 置 雷 电 保 护 装 置 在 变 桨 装 置 中 的 具 体 位 置 见 右图 ， 在 大 齿 圈 下 方 偏 左 一 个 螺 栓 孔 的 位 置 装第 一 个 保 护 爪 ， 然 后 120度 等 分 安 装 另 外 两个 雷 电 保 护 爪 。工 作 原 理 雷 电 保 护 装 置 可 以 有 效 的 将 作 用 在 轮 毂 和 叶 片 上 的 电 流 通 过 集 电 爪 导 到 地 面 ，避 免 雷 击 使 风 机 线 路 损 坏 。 炭 纤 维 刷 是 为 了 补 偿 静 电 的 不 平 衡 ， 雷 击 通 过 风 机的 金 属 部 分 传 导 。 安 装 位 置雷 电 保 护 装 置 风 向 顺 桨 位 置变 桨 电 机 工 作 位 置9 0 度 的 调 节 范 围当 风 速 发 生 变 化 时 ， 通 过 变 桨 驱 动 电 机 带 动 变 桨 轴 承 转 动 ， 从 而 改 变 叶 片 对 风 向地 迎 角 ， 使 叶 片 保 持 最 佳 的 迎 风 状 态 ， 由 此 控 制 叶 片 的 升 力 ， 以 达 到 控 制 作 用 在叶 片 上 的 扭 矩 和 功 率 的 目 的 。 变 桨 系 统 的 工 作 原 理 将 该 叶 片 的 角 度 值 反 馈 至主 控 系 统 1机 组 主 控 系 统 通 过 滑 环传 输 控 制 指 令 将 变 桨 命 令 分 配 至三 个 轴 柜轴 柜 通 过 各 自 独 立的 整 流 装 置 同 步 变换 直 流 来 驱 动 电 机通 过 减 速 齿 轮 箱 传 递 扭 矩至 变 桨 齿 轮 带 动 每 个 叶 片旋 转 至 精 确 的 角 度 24 35变 桨 系 统 的 工 作 流 程