風電機的基本原理結構與設計要點

為什么要使用齒輪箱？為什么我們不能通過主軸直接驅動發電機？

風電機轉子旋轉產生的能量，通過主軸、齒輪箱及高速軸傳送到發電機。使用齒輪箱，可以將風電機轉子上的較低轉速、較高轉矩，轉換為用于發電機上的較高轉速、較低轉矩（更低的轉矩，更高的速度）。風電機上的齒輪箱，通常在轉子及發電機轉速之間具有單一的齒輪比。對于600千瓦或750千瓦機器，齒輪比大約為1比50。

如果我們使用普通發電機，并使用兩個、四個或六個電極直接連接在50赫茲交流三相電網上，我們將不得不使用轉速為1000至3000轉每分鐘的風電機。對于43米轉子直徑的風電機，這意味著轉子末端的速度比聲速的兩倍還要高。另外一種可能性是建造一個帶許多電極的交流發電機。但如果你要將發電機直接連在電網上，你需要使用200個電極的發電機，來獲得30轉每分鐘的轉速。另外一個問題是，發電機轉子的質量需要與轉矩大小成比例。因此直接驅動的發電機會非常重。

偏航裝置系統是怎么運行的？

偏航裝置大體上可以分成三部分：

偏航誤差

當轉子不垂直于風向時，風電機存在偏航誤差。偏航誤差意味著，風中的能量只有很少一部分可以在轉子區域流動。如果只發生這種情況，偏航控制將是控制向風電機轉子電力輸入的極佳方式。但是，轉子靠近風源的部分受到的力比其它部分要大。一方面，這意味著轉子傾向于自動對著風偏轉，逆風或順風的汽輪機都存在這種情況。另一方面，這意味著葉片在轉子每一次轉動時，都會沿著受力方向前后彎曲。存在偏航誤差的風電機，與沿垂直于風向偏航的風電機相比，將承受更大的疲勞負載。

偏航機構

幾乎所有水平軸的風電機都會強迫偏航。即，使用一個帶有電動機及齒輪箱的機構來保持風電機對著風偏轉。750千瓦風電機上的偏航機構上可以看到環繞外沿的偏航軸承，及內部偏航馬達及偏航閘的輪子。幾乎所有逆風設備的制造商都喜歡在不需要的情況下，停止偏航機構。偏航機構由電子控制器來激發。

電纜扭曲計數器

電纜用來將電流從風電機運載到塔下。但是當風電機偶然沿一個方向偏轉太長時間時，電纜將越來越扭曲。因此風電機配備有電纜扭曲計數器，用于提醒操作員應該將電纜解開了。類似于所有風電機上的安全機構，系統具有冗余。風電機還會配備有拉動開關，在電纜扭曲太厲害時被激發。
設計具體步驟

一、氣動布局方案

包括對各類構形、型式和氣動布局方案的比較和選擇、模型吹風，性能及其他氣動特性的初步計算，確定整機和各部件（系統）主要參數，各部件相對位置等。最后，繪制整機三面圖，并提交有關的分析計算報告。

二 、整機總體布置方案

包括整機各部件、各系統、附件和設備等布置。此時要求考慮布置得合理、協調、緊湊，保證正常工作和便于維護等要求，并考慮有效合理的重心位置。最后繪制整機總體布置圖，并編寫有關報告和說明書。

二 整機總體布置方案

包括整機各部件、各系統、附件和設備等布置。此時要求考慮布置得合理、協調、緊湊，保證正常工作和便于維護等要求，并考慮有效合理的重心位置。最后繪制整機總體布置圖，并編寫有關報告和說明書。

四 、各部件和系統的方案

應包括對各部件和系統的要求、組成、原理分析、結構型式、參數及附件的選擇等工作。最后，應繪制有關部件的理論圖和有關系統的原理圖，并編寫有關的報告和技術說明。

五 、整機重量計算

包括整機總重量的確定、各部分重量的確定、重心和慣量計算等工作。最后應提交有關重量和重心等計算報告，并繪制重心定位圖。

六、配套附件

整機配套附件和備件等設備的選擇和確定，新材料和新工藝的選擇，對新研制的部件要確定技術要求和協作關系。最后提交協作及采購清單等有關文件。總體設計階段將解決全局性的重大問題，必須精心和慎重地進行，要盡可能充分利用已有的經驗，以求總體設計階段中的重大決策建立在可靠的理論分析和試驗基礎上，避免以后出現不應有重大反復。階段的結果是應給出風力發電機組整機三面圖，整機總體布置圖，重心定位圖，整機重量和重心計算報告，性能計算報告，初步的外負載計算報告，整機結構承力初步分析報告，各部件和系統的初步技術要求，部件理論圖，系統原理圖，新工藝、新材料等協作要求和采購清單等，以及其他有關經濟性和使用性能等應有明確文件。