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风力发电机内部结构说明

2012-07-23 16:37
野明月
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  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。

  显示了用于风电机的1.5兆瓦的齿轮箱。这个齿轮箱有些不同寻常,因为在高速点的两个发电机上安装有法兰。右侧安装在发电机下的橙黄色配件,是液压驱动的紧急盘状刹车。在背景处你可以看到用于1.5MW风电机的机舱的下半部分

  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。本图显示的是750千瓦风电机上的偏航机构。我们可以看到环绕外沿的偏航轴承,及内部偏航马达及偏航闸的轮子。几乎所有逆风设备的制造商都喜欢在不需要的情况下,停止偏航机构。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,在电缆扭曲太厉害时被激发。

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