风力发电机 风力发电机的分类及其特点

它是一种取之不尽、用之不竭、无污染的可再生能源。近年来，我国风力发电发展迅速，风力发电机也在不断发展。本文主要讲述风力发电机的分类和特点。

首先，根据风力涡轮机和叶片的分类，

根据主轴的方向，可分为水平轴风力机和垂直轴风力机。

01水平轴风力涡轮机

转轴与叶片垂直，一般与地面平行，转轴水平。水平轴风力发电机相对于垂直轴发电机的优点:叶片旋转大空，转速高，适合大型风力发电场。水平轴风力发电机发展历史悠久，已经完全达到工业化生产，结构简单，比垂直轴风力发电机效率高。到目前为止，所有用于发电的风力发电机都是水平轴，没有商业垂直轴。

02垂直轴风力涡轮机

旋转轴平行于叶片，通常垂直于地面风，旋转轴垂直于风力涡轮机。与水平轴发电机相比，垂直轴风力发电机的优点是:发电效率高，不需要转风，叶片转速小空，抗风能力强(可抗12-14级台风)，启动风速小，维护简单。

与水平风力机相比，垂直轴有两个优点:一是在相同风速下，垂直轴的发电效率高于水平风力机，特别是在低风速地区；第二，在高风速区域，垂直轴风力机比水平轴风力机更安全、更稳定；此外，国内外大量案例证明，在城市地区，水平风轮机往往不旋转，在我国北方、西北等高风速地区，风轮机经常发生断裂、脱落，对道路上的行人和车辆造成伤害。

二、按产出能力分类

风力发电机可分为小、中、大、兆瓦系列。

(1)小型风力发电机是指发电机容量为0.1~1kw的风力发电机。

(2)中型风力发电机是指发电机容量为1 ~ 100千瓦的风力发电机。

(3)大型风力发电机是指发电机容量为100~1000kw的风力发电机。

(4)兆瓦级风力发电机是指发电机容量在1000千瓦以上的风力发电机。

三、按风力发电机组分类的功率调节方式

可分为定桨距调速型、变桨距型、主动失速型和独立变桨距型风力发电机组。

01固定螺距失速风扇

叶片与轮毂固定连接，叶片迎风角度不随风速变化。自动失速取决于叶片的气动特性，即当风速大于额定风速时，叶片的失速特性保持输入功率基本不变。

02可变螺距调节

当风速低于额定风速时，确保叶片处于最佳攻角，以获得最大风能；当风速超过额定风速时，变桨系统减小叶片攻角，保证输出功率在额定范围内。

03主动失速调节

当风速低于额定风速时，控制系统根据风速分为若干级，控制精度低于变桨距控制；当风速超过额定风速时，桨距控制系统通过增大叶片攻角使叶片失速，限制了风轮吸收功率的增加。

04独立变桨控制风力涡轮机

由于叶片尺寸较大，每个叶片都有十几吨甚至几十吨，叶片运行位置不同，因此叶片中立性对风轮扭矩的影响不容忽视。通过独立控制三片叶片，可以大大降低风力机叶片载荷和扭矩的波动，进而降低传动机构和齿轮箱的疲劳程度，降低塔架的振动，在额定功率率附近输出功率基本不变。

四、按机械形式分离发电机分类

它可以分为带齿轮箱的风力涡轮机、无齿轮风力涡轮机和混合驱动风力涡轮机。

01带齿轮箱的风力涡轮机

由于叶尖速度的限制，风轮转速一般较慢。当风轮直径超过100米时，风轮速度为15r/min或更低。为了减小发电机的尺寸，发电机的输入速度必须更高。这时必须用变速箱使发动机的输入转速达到1500/min或3000/min，这样发电机的尺寸才能设计得尽可能小。

02无齿轮发电机

具有叶轮和发电机直接连接在一起的结构的风力发电机成为没有齿轮箱的风力发电机。这种发电机结构简单，由于没有齿轮箱，制造和维护方便，因此有可能开发出没有齿轮箱的风力发电机，并在未来的海上风力发电机上使用。

03混合驱动风力涡轮机

混合驱动风力发电机采用一级齿轮传动，齿轮箱结构简单，效率高。随着点击速度的增加，点击尺寸和重量比普通直接驱动单元更小更轻。因此，这种风力发电机具有直燃式风力发电机、体积小、重量轻的特点，逐渐成为3GW以上大型风力发电机设计和发展的趋势。

五、按风力发电机的类型分类

可分为异步风力发电机组和同步风力发电机组。

01异步发电机按其转子结构可分为

(一)笼型异步发电机——转子为笼型。

由于其结构简单可靠、价格低廉、易于接入电网，在中小型机组中得到广泛应用；

(b)绕线双馈异步发电机——转子是绕线的。

定子直接与电网相连传输电能，绕线转子也由变频器控制向电网传输有功或无功功率。

根据产生旋转磁场的磁极类型，同步发电机型号可分为两种

(a)电励磁同步发电机-转子为缠绕凸极，磁场由外部直流励磁产生。

(b)永磁同步发电机——转子是由铁氧体材料制成的永磁磁极，通常为低速多极型，不需要外部励磁，简化了发电机结构，具有很多优点。

六、按齿轮箱和发电机的相对位置分类

齿轮箱与发电机的相对位置可分为紧凑型和长轴布置型。

01紧凑型风力涡轮机

紧凑型风轮直接与变速箱的低速轴连接，齿轮高速轴的输出端通过弹性联轴器与发电机连接，发电机与变速箱壳体连接。这种结构的齿轮箱由于结构紧凑，可以节省材料和相对成本。作用在风轮和发电机上的力通过齿轮箱的外壳传递到主机架上。紧凑型风力发电机的主轴与发电机轴在同一平面上。当齿轮箱损坏时，拆卸风轮、齿轮箱和发电机进行修理是很麻烦的。

02具有长轴布置的风力涡轮机

它通过固定在机舱主机架上的主轴与变速箱的低速轴连接。长轴风力发电机的主轴是独立的，由独立的轴承支撑。这种结构的优点是风轮不直接作用在变速箱低速轴上，变速箱可以采用标准结构，减少了变速箱低速轴所受的复杂扭矩，降低了成本，降低了损坏变速箱的可能性。

七、按速度分类

根据发电机的转速和并网方式，发电机可分为定速风机和变速风机。

01恒速风力涡轮机

定速风力发电机组一般采用速度控制的叶片控制方式，采用异步感应电机直接接入电网。由于风能的随机性，风力发电机驱动异步发电机低于额定运行的时间占全年运行时间的60%~70%。为了充分利用低风速的风能，增加发电量，广泛使用双速异步发电机，设计为四级和六级绕组。低速运行时，双速异步发电机的效率高于氮气异步发电机，转差损失较小。当风力发电机在低风速下运行时，不仅叶片具有较高的启动效率，而且发电机效率也可以保持在较高的水平。

02变速风力涡轮机

变速风力涡轮机通常配备有可变桨距功率调节模式。风力发电机必须有一套控制系统来调节和限制转速和功率。调速和功率调节装置的主要任务是保护风力涡轮机免受强风、运行故障和过载的影响。其次，风力发电机启动时运行平稳，电能质量满足公共电网要求。

八、根据塔的不同分类

根据塔架的不同，可分为塔式风力发电机组和桁架式风力发电机组

01塔式风力涡轮机

国内外绝大多数采用塔式结构。这种结构的优点是刚度好，冬季爬塔安全，连接部件的螺栓比桁架塔少得多，维护工作量少，安装和调整方便。

02桁架风力涡轮机

桁架结构类似于电力塔。这种结构风阻低，便于运输。但是组装比较复杂，每年都要拧紧他家的螺栓，工作量很大，冬天爬塔的条件也比较差。在国内，这种类型的结构更适合在南方岛屿使用，特别是阵风强、风向不稳定的风场，桁架塔可以吸收手机单元运行时产生的扭矩和振动。