風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)電原理

1、風(fēng)力發(fā)電原理趙勝利編2012年5月目錄n總體介紹總體介紹50/750風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是定槳矩失速控制，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是定槳矩失速控制，額定功率額定功率750kW三葉片上風(fēng)向三葉片上風(fēng)向葉輪直徑葉輪直徑50m總體介紹設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)n 額定功率額定功率 750kWn 啟動(dòng)風(fēng)速啟動(dòng)風(fēng)速 4.0m/sn 額定風(fēng)速額定風(fēng)速 15m/sn 切出風(fēng)速切出風(fēng)速 25.0m/sn 最大設(shè)計(jì)風(fēng)速最大設(shè)計(jì)風(fēng)速 70m/s總體介紹葉輪葉輪n 直徑直徑 50mn 葉片數(shù)量葉片數(shù)量 3n 轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)數(shù) 21r/min齒輪箱齒輪箱n 型式型式 一級(jí)行星，一級(jí)圓柱齒輪一級(jí)行星，一級(jí)圓柱齒輪n 傳動(dòng)比傳動(dòng)比 i=67.6總體介紹n發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)

2、n 額定功率額定功率 750n 型式型式 4極異步發(fā)電機(jī)極異步發(fā)電機(jī)n 額定電壓額定電壓 690Vn 防護(hù)等級(jí)防護(hù)等級(jí) IP 54總體介紹總體介紹葉輪相關(guān)知識(shí)n風(fēng)力發(fā)電氣動(dòng)工作原理 風(fēng)力機(jī)由風(fēng)輪系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、塔架系統(tǒng)等組成，其中風(fēng)輪是關(guān)鍵部件。風(fēng)輪葉片在風(fēng)的作用下產(chǎn)生空氣動(dòng)力使風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)，將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，在通過風(fēng)力傳動(dòng)系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，因此風(fēng)機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)問題主要是風(fēng)輪葉片的空氣動(dòng)力學(xué)問題。n風(fēng)輪的幾何參數(shù)（1）風(fēng)輪直徑 風(fēng)輪的直徑是指風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)風(fēng)輪外圓直徑，用D 表示 葉輪相關(guān)知識(shí)（2）風(fēng)輪面積 風(fēng)輪面積是指風(fēng)輪掃掠面積（3）風(fēng)機(jī)錐角 風(fēng)輪錐角是葉

3、片與旋轉(zhuǎn)軸垂直的平面的夾角，錐角的作用是在風(fēng)輪運(yùn)行狀態(tài)下，減少離心力引起的葉片彎曲應(yīng)力或防止葉片稍部與塔架碰撞（4）風(fēng)輪仰角 風(fēng)輪仰角是風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸與水平面的夾角，仰角的作用是防止葉片稍部與塔架碰撞。葉輪相關(guān)知識(shí)葉輪相關(guān)知識(shí)n葉片翼型幾何參數(shù)葉片主要有一下幾個(gè)幾何參數(shù)（1）前緣翼型中弧線的最前點(diǎn)稱為翼型前緣（2）后緣翼型中弧線的最后稱為翼型后緣（3）弦線翼型前緣點(diǎn)和后緣的連線稱為弦線，其長(zhǎng)度稱為弦長(zhǎng)（4）中弧線葉輪相關(guān)知識(shí)垂直與弦線度量的上、下表面間距離中點(diǎn)連線稱為中弧線（5）厚度垂直于弦線度量的上、下表面間的距離稱為翼型厚度。最大厚度與弦長(zhǎng)的比值稱為翼型相對(duì)厚度（6）彎度中弧線到弦線的最大垂直

4、距離稱為翼型彎度，彎度與弦長(zhǎng)的比值稱為相對(duì)彎度（7）后緣厚度尾緣點(diǎn)處上下表面間的距離稱為后緣厚度。葉輪相關(guān)知識(shí)葉輪相關(guān)知識(shí)n葉片的受力 作用在風(fēng)力機(jī)葉輪上的氣動(dòng)力可用葉素理論來解釋。葉素理論的基本出發(fā)點(diǎn)是將葉片延展向分成許多微段，稱這些微段為葉素。假設(shè)在每個(gè)葉素上的流動(dòng)相互之間沒有干擾，即葉素可以看成是二維翼型。 葉輪相關(guān)知識(shí)葉輪相關(guān)知識(shí) 當(dāng)一個(gè)葉素在流場(chǎng)中流動(dòng)時(shí)，環(huán)繞該葉素產(chǎn)生一個(gè)壓力分布，該壓力分布與攻角有關(guān)（攻角就是弦線和風(fēng)向的夾角。葉素的上表面，是負(fù)壓力；下表面是正壓力，由于壓力分布在葉素上而產(chǎn)生的載荷，可用2個(gè)力（即升力和阻力）和一個(gè)力矩（俯仰力矩）表示。 環(huán)繞葉素的升力L垂直于風(fēng)向

5、V；阻力平行于風(fēng)向與升力垂直，力矩M稱為俯仰力矩，力矩是相對(duì)于一個(gè)特定點(diǎn)來說的，通常在弦長(zhǎng)的0.25處。將作用在每個(gè)葉素上的力矩沿展向積分，就可以求得力矩在風(fēng)輪上的力和力矩葉輪相關(guān)知識(shí) 將由長(zhǎng)度為dr葉素上的阻力和升力合成的空氣動(dòng)力dFa分解為法向力dFn和切向力dFt，正是由于此切向力Ft的存在，形成了扭矩M才使得葉片旋轉(zhuǎn)，并進(jìn)行風(fēng)能捕捉，然后將捕捉到的能量轉(zhuǎn)化為電能葉輪相關(guān)知識(shí)風(fēng)知識(shí)講解葉輪相關(guān)知識(shí)n能量計(jì)算 由流體力學(xué)可知，氣流的動(dòng)能為： 其中m-氣體質(zhì)量 v-氣體速度設(shè)單位時(shí)間內(nèi)流過截面積的為S的氣體體積為V則212EmvVS v葉輪相關(guān)知識(shí)葉尖正常運(yùn)行狀態(tài)下：葉尖與葉片聯(lián)為一體在過速

6、狀態(tài)下：離心力通過鋼絲繩使液壓缸上壓力增加，當(dāng)壓力超過高定值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)停機(jī)。當(dāng)壓力超過防爆臘的設(shè)定值時(shí)，防爆膜沖開，系統(tǒng)泄壓，葉尖閘動(dòng)作停機(jī)。齒輪箱相關(guān)知識(shí)重齒重齒nS50/750kw FL800A齒箱齒箱采用一級(jí)行星兩級(jí)平行軸齒輪箱傳動(dòng)n內(nèi)齒圈固定，3行星輪Z3自轉(zhuǎn)加公轉(zhuǎn)。太陽輪Z2轉(zhuǎn)速低，載荷大。NGW傳動(dòng)，i=1+Z4/Z2 =1+99/21=5.714南高齒nS50/750kw FDG-00R1一級(jí)行星兩級(jí)平行軸齒輪箱傳動(dòng)n內(nèi)齒圈固定，3行星輪Z3自轉(zhuǎn)加公轉(zhuǎn)。太陽輪Z2轉(zhuǎn)速低，載荷大。NGW傳動(dòng)，i=1+Z4/Z2=1+91/23=4.957齒輪箱相關(guān)知識(shí)n齒輪箱 齒輪箱相關(guān)知識(shí)

7、n齒輪箱 齒輪箱相關(guān)知識(shí)n齒輪箱 齒輪箱相關(guān)知識(shí)n齒輪油泵 n齒輪油泵為一個(gè)外部自吸式擺線轉(zhuǎn)子泵，由一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)循環(huán)油路壓力超過規(guī)定范圍時(shí)，一個(gè)集成旁路系統(tǒng)可以保護(hù)電機(jī)防止過載。壓力控制閥在壓力超過10bar時(shí)打開，將吸出的油直接送回油箱。齒輪箱相關(guān)知識(shí)n中壓微粒濾清器帶有旁通閥的中壓微粒濾清器串聯(lián)在循環(huán)潤(rùn)滑油路系統(tǒng)中，確保持續(xù)過濾齒輪油。利用20m的濾清器，使齒輪箱內(nèi)循環(huán)的潤(rùn)滑油始終保持清潔，有效地使所有接觸轉(zhuǎn)動(dòng)的部件不致因潤(rùn)滑油中的雜質(zhì)受到損壞。n當(dāng)濾清器進(jìn)油口和出油口之間的壓力差達(dá)到3bar時(shí)，濾清器上的污染發(fā)訊器發(fā)出信號(hào)，同時(shí)污染發(fā)訊器上也有燈光顯示，此時(shí)應(yīng)及時(shí)更換濾蕊，如果更換濾

8、蕊不及時(shí)，濾油器進(jìn)出口壓差達(dá)到4.5bar時(shí)，濾油器旁通閥將會(huì)開啟，此時(shí)濾油器將失去濾清作用齒輪箱相關(guān)知識(shí)n油位開關(guān)n齒輪箱潤(rùn)滑油規(guī)定油位的監(jiān)測(cè)，是依靠一個(gè)安裝在保護(hù)管中的磁電位置開關(guān)來完成的，以避免油槽內(nèi)擾動(dòng)引起開關(guān)的誤動(dòng)作。同時(shí)設(shè)定一個(gè)浮動(dòng)開關(guān)點(diǎn)，使得齒輪油溫度改變引起的齒輪油的粘度和體積波動(dòng)不致使油位開關(guān)誤動(dòng)作。n如果潤(rùn)滑油的油平面低于規(guī)定油位的高度，油位開關(guān)動(dòng)作，計(jì)算機(jī)報(bào)警，這時(shí)需要加注潤(rùn)滑油，系統(tǒng)處理器發(fā)出停機(jī)指令（允許滯后時(shí)間最多不超過5分鐘）。齒輪箱相關(guān)知識(shí)n電阻式溫度傳感器（PT-100）n監(jiān)測(cè)齒輪箱油槽內(nèi)潤(rùn)滑油的溫度。在齒輪箱高速軸所處的位置的最低點(diǎn)，安裝了一個(gè)2根導(dǎo)線的電阻

9、式溫度傳感器 PT 100。白金薄膜電阻式溫度傳感器，0時(shí)對(duì)應(yīng)電阻100。n當(dāng)潤(rùn)滑油的溫度低于0時(shí)，系統(tǒng)處理器發(fā)出指令，齒輪油加熱器開始工作，潤(rùn)滑油被加熱到10后加熱器停止加熱；750發(fā)電機(jī)相關(guān)知識(shí)n發(fā)電機(jī)750發(fā)電機(jī)相關(guān)知識(shí)發(fā)電機(jī)750發(fā)電機(jī)相關(guān)知識(shí)n主要結(jié)構(gòu)及工作原理定子及其部件 定子中主要部件有：機(jī)座、定子鐵心、線圈等。 異步發(fā)電機(jī)的機(jī)座采用鑄鐵帶散熱筋結(jié)構(gòu)。 定子鐵心由相互絕緣的冷扎硅鋼片迭壓而成，在鐵心的兩端及背部由端板和扣片將其固定在中間，構(gòu)成定子鐵心的整體組件。金風(fēng)750機(jī)組發(fā)電原理轉(zhuǎn)子及其部件 轉(zhuǎn)子為鼠籠型，其主要部件有：轉(zhuǎn)子鐵心、軸、轉(zhuǎn)子繞組、風(fēng)扇。 轉(zhuǎn)子鐵心由相互絕緣的冷扎硅鋼片迭壓而成，圓周平均分布有通風(fēng)槽，轉(zhuǎn)子鐵心迭壓后直接套在軸上。 轉(zhuǎn)子繞組采用籠型銅條焊接結(jié)構(gòu)，由置于轉(zhuǎn)子槽中的導(dǎo)條及兩端的端環(huán)組成閉合回路，整個(gè)轉(zhuǎn)子形成一堅(jiān)實(shí)的整體，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固。750發(fā)電機(jī)相關(guān)知識(shí)n其它部件： 軸承：發(fā)電機(jī)為單軸伸結(jié)構(gòu)，兩端采用滾珠軸承 加熱器：電機(jī)內(nèi)部裝有兩個(gè)加熱器 溫度傳感器（PT100）： 出線盒n發(fā)電原理 與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行，定子繞組接到電壓和頻率都恒定的電網(wǎng)，利用原動(dòng)力把異步電機(jī)轉(zhuǎn)子加速到超過同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)差率s為負(fù)值，異步電機(jī)即在發(fā)電狀態(tài)下運(yùn)行，輸出電功率。異步發(fā)電機(jī)