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1螺旋桨式风力发电机螺旋桨式风力机是风力发电使用最多的一种。常见的是双叶片和三叶片风力机，但也有一片或四片以上的风力机。这种风力机的翼形与飞机翼形相类似，为了提高起动性能，尽量减少空气动力损失，多采用叶根强度高、叶尖强度低带有螺旋角的结构。螺旋桨式风力机，至少也要达到额定风速，才能输出额定功率，为了使风向正对风轮卧回转平面，需要进行方向控制。荷兰式风力发电机欧洲(特别是荷兰和比利时)使用的荷兰式风力机。现有900台左右，一部分作为游览用在运行，大型的有直径超过20米的机组。多翼式风力发电机多翼式风力机在美国的中、西部的牧场大部分用来提水。19世纪来有数百万台。多翼式风力机装有20枚左右的叶片，是典型的低转速大扭矩风力机，目前不仅在美国使用，在墨西哥、澳大利亚、阿根廷、南美等地也有相当的数量在使用，也是多翼式的风力机，它是美国风力涡轮公司最近研究的自行车车轮式风力机，48枚中空的叶片做放射状配置，性能比过去的多翼式风力机大有提高。用来发电的发电机用皮带或齿圈传动。涡轮式风力机2涡轮式风力发电机和燃气涡轮、蒸汽涡轮一样由静叶片（定子）和动叶片（转子）构成，这种风力机尤其适用于强风地区。多风轮式风力发电机这是美国的W.毕罗尼玛斯提出的一种设想，他把许多风轮安装在一个塔架上，整个机组在海上漂浮，使用由许多风轮组成的发电设备。这种设备，因为设置在海上，所以把发出的电力用于电解海水，贮存氢气和氧气。不过这种风力机目前还处于设想阶段。帆翼式风力机布制帆翼式风力机在地中海沿岸及岛屿有很长的历史，大型的有直径10米、20枚叶片的，但大多数为直径4米、6—8枚叶片。绝大部分用来提水，一小部分用来磨面。它的重量很轻，性能与刚体螺旋桨没有什么两样，而且通过加在叶尖上的配重也可以控制桨距进行调速。风力发电机构成机舱：机舱包容着风电机的关键设备，包括齿轮箱、发电机。维护人员可以通过风电机塔进入机舱。机舱左端是风电机转子，即转子叶片及轴。齿轮箱：齿轮箱左边是低速轴，它可以将高速轴的转速提高至低速轴的50倍。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。3它装备有紧急机械闸，用于空气动力闸失效时，或风电机被维修时。转子叶片：捉获风，并将风力传送到转子轴心。现代600千瓦风电机上，每个转子叶片的测量长度大约为20米，而且被设计得很象飞机的机翼。轴心：转子轴心附着在风电机的低速轴上。低速轴：风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，来激发空气动力闸的运行。偏航装置：借助电动机转动机舱，以使转子正对着风。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感觉风向。通常，在风改变其方向时，风电机一次只会偏转几度。电子控制器：包含一台不断监控风电机状态的计算机，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电机的转动，并通过电话调制解调器来呼叫风电机操作员。发电机：通常被称为感应电机或异步发电机。在现代风电机上，最大电力输出通常为500至1500千瓦。液压系统：用于重置风电机的空气动力闸。冷却元件：包含一个风扇，用于冷却发电机。此外，它包含一个油冷却元件，用于冷却齿轮箱内的油。一些风电机具有水冷发电机。塔铜：风电机塔载有机舱及转子。通常高的塔具有优势，因为离地面越高，风速越大。现代600千瓦风汽轮机的塔高为40至60米。它可以为管状的塔，也可以是格子状的塔。管状的塔对于维修人员更为安全，4因为他们可以通过内部的梯子到达塔顶。格状的塔的优点在于它比较便宜。风速计及风向标：用于测量风速及风向。冷却系统1、发电机冷却与变频器冷却系统类似，建议发电机采用水冷却系统，权衡效率、能耗、噪声等，认为是较合理的方式。2、齿轮箱冷却大部分齿轮油冷却使用风冷方式，对于冷油器敞开在机舱上的方式，在寒冷的天气下一旦机组故障停机，齿轮油的流动性会很差，给机组的启动带来问题。建议在冷却器上加装一个通风道，而不直接暴露在外界环境中，这样就可以避免油温过低的问题。风电机保温加热措施1、机舱与轮毂、机舱与塔筒连接处封堵措施。一般机舱与轮毂、机舱与塔筒连接处间隙较大，在冬季北方地区气温往往达到﹣30℃以下，这时风电机一旦停机，会因机舱温度低、齿轮油温低需要很长的启动时间。建议将连接部位采取适合的密封措施，以减小低温影响。2、机舱保温措施建议在机舱内部增加保温层，减少冬季机舱对外的热传递。在夏季保温层同时能起到减少外界对机舱的热传递，但如保温措施过于严密，容易造成机舱内空气不流通，这时可在机舱壁上加装一个百叶窗，根据时节和气候进行开闭。53、加热措施由于北方冬季特殊的低温气候，加之风电场往往建在海拔高的地区，为提高风电机对低温的适应性，还需要额外的热源，即在机舱内部装设加热器。加热器功率高、耗电量大，需要对其功率、位置做合理设计，对启停时间进行合理控制。（1）加热器控制。建议增加温控器，达到满足机舱工作温度的要求，控制加热器的启停。（2）加热器热保护。加热器一般采用“加热电阻+风扇”的方式，当加热电阻工作而风扇因某些原因无法运行时，加热器可能会过热，建议在加热器上安装一个根据测量温度自控断电的装置，以防止加热器过热起火情况发生。4、油品的选择齿轮箱油、偏航减速机齿轮油、变桨齿轮油以及润滑油脂均应具备低温下正常运行的能力。风电机控制系统1、控制方式建议在机舱内部和塔筒底部均可进行控制，即需两块操作屏，以便检修维护时随时观测状态。2、控制系统应具有保护功能风电场一般位于地理位置较为偏僻地区，往往是电网末端，这里负荷很少，出线电压也会偏离正常值，所以风电场电压产生波动的可能性较大。风电机应具备承受电网电压±10％波动能力，且不会因电压6波动而甩负荷。在电压波动超出风电机可承受值后，风电机应保护停机，但其电子电气部件应能承受波动值，重要部件具有自保护装置。控制监测系统风力机的运行及保护需要一个全自动控制系统，它必须能控制自动启动，叶片桨距的机械调节装置（在变桨距风力机上）及在正常和非正常情况下停机。除了控制功能，系统也能用于监测以提供运行状态、风速、风向等信息。该系统是以计算机为基础，除了小的风力机，控制及监测还可以远程进行。控制系统具有及格主要功能：1、顺序控制启动、停机以及报警和运行信号的监测2、偏航系统的低速闭环控制3、桨距装置(如果是变桨距风力机)快速闭环控制4、与风电场控制器或远程计算机的通讯为什么转子叶片呈螺旋状？大型风电机的转子叶片通常呈螺旋状。从转子叶片看过去，并向叶片的根部移动，直至到转子中心，你会发现风从很陡的角度进入（比地面的通常风向陡得多）。如果叶片从特别陡的角度受到撞击，转子叶片将停止运转。因此，转子叶片需要被设计成螺旋状，以保证7叶片后面的刀口，沿地面上的风向被推离。转子空气动力学为了解风在风电机的转子叶片上的移动方式，我们将红色带子绑缚在模型风电机的转子叶片末端。黄色带子距离轴的长度是叶片长度的四分之一。我们任由带子在空气中自由浮动。大部分风电机具有恒定转速，转子叶片末的转速为64米/秒，在轴心部分转速为零。距轴心四分之一叶片长度处的转速为16米/秒。黄色带子比红色带子，被吹得更加指向风电机的背部。这是显而易见的，因为叶片末端的转速是撞击风电机前部的风速的八倍。转子叶片转子叶片轮廓（横切面）风电机转子叶片看起来像航行器的机翼。实际上，转子叶片设计师通常将叶片最远端的部分的横切面设计得类似于正统飞机的机翼。但是叶片内端的厚轮廓，通常是专门为风电机设计的。为转子叶片选择轮廓涉及很多折衷的方面，诸如可靠的运转与延时特性。叶片的轮廓设计，即使在表面有污垢时，叶片也可以运转良好。转子叶片的材质大型风电机上的大部分转子叶片用玻璃纤维强化塑料（GRP）制造。采用碳纤维或芳族聚酰胺作为强化材料是另外一种选择，但这种叶片对大型风电机是不经济的。木材、环氧木材、或环氧木纤维合成物目8前还没有在转子叶片市场出现，尽管目前在这一领域已经有了发展。钢及铝合金分别存在重量及金属疲劳等问题，他们目前只用在小型风电机上。为什么要使用齿轮箱？风电机转子旋转产生的能量，通过主轴、齿轮箱及高速轴传送到发电机。为什么要使用齿轮箱？为什么我们不能通过主轴直接驱动发电机？如果我们使用普通发电机，并使用两个、四个或六个电极直接连接在50赫兹交流三相电网上，我们将不得不使用转速为1000至3000转每分钟的风电机。对于43米转子直径的风电机，这意味着转子末端的速度比声速的两倍还要高。另外一种可能性是建造一个带许多电极的交流发电机。但如果你要将发电机直接连在电网上，你需要使用200个电极的发电机，来获得30转每分钟的转速。另外一个问题是，发电机转子的质量需要与转矩大小成比例。因此直接驱动的发电机会非常重。更低的转矩，更高的速度使用齿轮箱，你可以将风电机转子上的较低转速、较高转矩，转换为用于发电机上的较高转速、较低转矩。风电机上的齿轮箱，通常在转子及发电机转速之间具有单一的齿轮比。对于600千瓦或750千瓦机器，齿轮比大约为1比50。9风电机偏航装置风电机偏航装置用于将风电机转子转动到迎风的方向。偏航误差当转子不垂直于风向时，风电机存在偏航误差。偏航误差意味着，风中的能量只有很少一部分可以在转子区域流动。如果只发生这种情况，偏航控制将是控制向风电机转子电力输入的极佳方式。但是，转子靠近风源的部分受到的力比其它部分要大。一方面，这意味着转子倾向于自动对着风偏转，逆风或顺风的汽轮机都存在这种情况。另一方面，这意味着叶片在转子每一次转动时，都会沿着受力方向前后弯曲。存在偏航误差的风电机，与沿垂直于风向偏航的风电机相比，将承受更大的疲劳负载。偏航机构几乎所有水平轴的风电机都会强迫偏航。即，使用一个带有电动机及齿轮箱的机构来保持风电机对着风偏转。偏航机构由电子控制器来激发。电缆扭曲计数器电缆用来将电流从风电机运载到塔下。但是当风电机偶然沿一个方向偏转太长时间时，电缆将越来越扭曲。因此风电机配备有电缆扭曲计数器，用于提醒操作员应该将电缆解开了。类似于所有风电机上的安全机构，系统具有冗余。风电机还会配备有拉动开关，在电缆扭曲太10厉害时被激发。1温度有8个点的温度被测量，用于反映风力发电机组系统的工作状况。这8个点包括：①齿轮箱油温；②高速轴承温度；③大发电机温度；④小发电机温度；⑤前主轴承温度；⑥后主轴承温度；⑦控制盘温度(主要是晶闸管的温度)；⑧控制器环境温度。由于温度过高引起风力发电机组退出运行，在温度降至允许值时，仍可自动起动风力发电机组运行。2转速风力发电机组转速的测量点有两个：即发电机转速和风轮转速。转速测量信号用于控制风力发电机组并网和脱网，还可用于起动超速保护系统，当风轮转速超过设定值n1或发电机转速超过设定值n2时，超速保护动作，风力发电机组停机。风轮转速和发电机转速可以相互校验。如果不符，则提示风力发电机组故障。3机舱振动为了检测机组的异常振动，在机舱上应安装振动传感器。传感器由一个与微动开关相连的钢球及其支撑组成。异常振动时，钢球从支撑它的圆环上落下，拉动微动开关，引起安全停机。重新起动时，必须重新安装好钢球。机舱后部还设有桨叶振动探测器(TAC84系统)。过振动时将引起正常停机。4．电缆扭转由于发电机电缆及所有电气、通信电缆均从机舱直接引入塔筒，直到地面控制柜。如果机舱经常向一个方向偏航，会引起电缆严重扭转因此偏航系统还应具备扭缆保护的功能。偏航齿轮上安有一个独立的记数传感器，以记录相对初始方位所转过的齿数。当11风力机向一个方向持续偏航达到设定值时，表示电缆已被扭转到危险的程度，控制器将发出停机指令并显示故障。风力发电机组停机并执行顺或逆时针解缆操作。为了提高可靠性，在电缆引入塔筒处(即塔筒顶部)，还安装了行程开关，行程开关触点与电缆相连，当电缆扭转到一定程度时可直接拉动行程开关，引起安全停机。为了便于了解偏航系统的当前状态，控制器可根据偏航记数传感器的报告，以记录相对初始方位所转过的齿数显示机舱当前方位与初始方位的偏转角度及正在偏航的方向。5．机械刹车状况在