典型風力發(fā)電機各部件介紹
我們以目前使用最為廣泛的水平軸風力發(fā)電機為例關于其結構作一介紹,它主要由葉輪，調速或限速裝置，偏航系統(tǒng)，傳動機構，發(fā)電機系統(tǒng)，塔架等組成：
葉輪風力機區(qū)別于其他機械的最主要特征就是葉輪。葉輪一般由 2～3 個葉片和輪轂所組成, 其功能是將風能轉換為機械能．除小型風力機的葉片部分采用木質材料外,中、大型風力機的葉片都采用玻璃纖維或高強度復合材料制成。風力機葉片都要裝在輪轂上。輪轂是葉輪的樞紐, 也是葉片根部與主軸的連接件。所有從葉片傳來的力,都通過輪轂傳遞到傳動系統(tǒng),再傳到風力機驅動的對象。同時輪轂也是控制葉片槳距(使葉片作俯仰轉動) 的所在。輪轂的作用是連接葉片和低速軸，要求能承受大的，復雜的載荷。中小型風機常采用剛性連接，兆瓦級風力機常采用蹺蹺板連接方式。
調速或限速裝置：在很多情況下, 要求風力機不論風速如何變化轉速總保持恒定或不超過某一限定值, 為此目的而采用了調速或限速裝置。當風速過高時, 這些裝置還用來限制功率, 并減小作用在葉片上的力。調速或限速裝置有各種各樣的類型,但從原理上來看大致有三類:一類是使葉輪偏離主風向,另一類是利用氣動阻力,第三類是改變葉片的槳距角。
偏航系統(tǒng)：為了讓葉輪能自然地對準風向,通常風機都會采用調向裝置, 對大型風力發(fā)電機組而言, 一般采用的是電動機驅動的風向跟蹤系統(tǒng)。整個偏航系統(tǒng)由電動機及減速機構、偏航調節(jié)系統(tǒng)和扭纜保護裝置等部分組成。偏航調節(jié)系統(tǒng)包括風向標和偏航系統(tǒng)調節(jié)軟件。風向標對應每一個風向都有一個相應的脈沖輸出信號, 通過偏航系統(tǒng)軟件確定其偏航方向和偏航角度,然后將偏航信號放大傳送給電動機,通過減速機構轉動風力機平臺, 直到對準風向為止。
傳動系統(tǒng)：風機的傳動系統(tǒng)一般包括低速軸、高速軸、齒輪箱、聯(lián)軸節(jié)和制動器等。但不是每一種風機都必須具備所有這些環(huán)節(jié)。有些風機的輪轂直接連接到齒輪箱上, 不需要低速傳動軸。也有一些風機設計成無齒輪箱的, 葉輪直接連接到發(fā)電機。葉輪葉片產生的機械能由機艙里的傳動系統(tǒng)傳遞給發(fā)電機，它包括一個齒輪箱、離合器和一個能使風力機在停止運行時的緊急情況下復位的剎車系統(tǒng)。齒輪箱用于增加葉輪轉速，從20~50 轉/分到 1000~1500 轉/分，后者是驅動大多數發(fā)電機所需的轉速。齒輪箱可以是一個簡單的平行軸齒輪箱，其中輸出軸是不同軸的，或者它也可以是較昂貴的一種，允許輸入、輸出軸共線，使結構更緊湊。傳動系統(tǒng)要按輸出功率和最大動態(tài)扭矩載荷來設計。由于葉輪功率輸出有波動，一些設計者試圖通過增加機械適應性和緩沖驅動來控制動態(tài)載荷，這對大型的風力發(fā)電機來說是非常重要的，因其動態(tài)載荷很大，而且感應發(fā)電機的緩沖余地比小型風力機的小。
發(fā)電機系統(tǒng)：風力發(fā)電包含了由風能到機械能和由機械能到電能兩個能量轉換過程，發(fā)電機及其控制系統(tǒng)承擔了后一種能量轉換任務。恒速恒頻發(fā)電機系統(tǒng)一般來說比較簡單，所采用的發(fā)電機主要有兩種，即同步發(fā)電機和鼠籠型感應發(fā)電機。變速恒頻發(fā)電機系統(tǒng)是２０世紀７０年代中期以后逐漸發(fā)展起來的一種新型風力發(fā)電系統(tǒng)，其主要優(yōu)點在于葉輪以變速運行，可以在很寬的風速范圍內保持近乎恒定的最佳葉尖速比，從而提高了風力機的運行效率，從風中獲取的能量可以比恒速風力機高得多。此外，這種風機在結構上和實用中還有很多的優(yōu)越性。利用電力電子學是實現(xiàn)變速運行最佳化的最好方法之一，雖然與恒速恒頻系統(tǒng)相比可能使風電轉換裝置的電氣部分變得較為復雜和昂貴，但電氣部分的成本在中、大型風力發(fā)電機組中所占比例不大，因而發(fā)展中、大型變速恒頻風電機組受到很多國家的重視。
（恒速）同步發(fā)電機：（恒速）同步發(fā)電機的優(yōu)先是勵磁系統(tǒng)可控制發(fā)電機的電壓和無功功率，發(fā)電機效率高。同步電機要通過同步設備的整步操作達到準同步并網（并網困難），由于風速變化大，以及同步發(fā)電機要求轉速恒定，風力機必需裝有良好的變槳距調節(jié)機構。
（恒速）異步發(fā)電機：異步發(fā)電機結構簡單，堅固，造價低，異步發(fā)電機投入系統(tǒng)運行時，由于是靠轉差率來調節(jié)負荷，因此對機組的調節(jié)精度要求不高，不需要同步設備的整步操作，只要轉速接近同步速時就可并網，且并網后不會產生振蕩和失步。缺點是并網時沖擊電流幅值大，不能產生無功功率。
塔架：風力機的塔架除了要支撐風力機的重量, 還要承受吹向風力機和塔架的風壓, 以及風力機運行中的動載荷。它的剛度和風力機的振動有密切關系。水平軸風力發(fā)電機的塔架主要可分為管柱型和桁架型兩類,管柱型塔架可從最簡單的木桿,一直到大型鋼管和混凝土管柱。小型風力機塔桿為了增加抗彎矩的能力,可以用拉線來加強。中、大型塔桿為了運輸方便, 可以將鋼管分成幾段。一般圓柱形塔架對風的阻力較小,特別是對于下風向風力機,產生紊流的影響要比桁架式塔架小。桁架式塔架常用于中小型風力機上,其優(yōu)點是造價不高,運輸也方便。但這種塔架會使下風向風力機的葉片產生很大的紊流。