風力發電機組主要由主傳動系統、偏航系統、液壓系統、制動系統、發電機等組成，均安裝在機艙底盤上。

1.主傳動系統

由主軸、增速齒輪箱、聯軸器等組成。主傳動系統將風輪的各種載荷傳遞到機艙，並將風輪的轉速、轉矩轉化為與發電機相匹配的轉速、轉矩，傳遞給發電機。

（1）主傳動系統的結構分類按結構可以分為主軸雙支承、主軸單支承、主軸及齒輪箱一體化結構。其結構佈置如圖2-12所示。

圖2-12主傳動系統的結構佈置

a） 主軸雙支承結構 b）主軸單支承結構

1）主軸采用雙支承結構的傳動系統。主軸將風輪的各種載荷，包括風輪的推力和彎矩等通過兩個軸承傳遞到機艙，但僅將轉矩傳遞到齒輪箱，且齒輪箱承受的載荷較小。

齒輪箱低速軸以軸裝的形式用收縮盤剛性連接在主軸末端，齒輪箱左右兩端安裝有彈性的轉矩支承系統，以承受低速軸的反作用轉矩。采用這種結構，齒輪箱承受的外部載荷小，並且可以在不拆卸風輪的情況下拆卸齒輪箱。

2）主軸采用單支承結構的傳動系統。主軸末端與齒輪箱通過收縮盤剛性連接，通過主軸支承、齒輪箱左右安裝端耳形成三支承結構，風輪的各種載荷由主軸和齒輪箱共同承受。

3）主軸及齒輪箱一體化結構的傳動系統。主軸成為齒輪箱的一部分，承擔風輪的全部載荷，同時齒輪箱箱體又成為機艙底盤的一部分，減少瞭機艙底盤的尺寸和重量。采用這種結構的傳動系統結構緊湊，且軸向尺寸短，因主軸、齒輪箱為一體，同軸度好，並且主軸軸承與齒輪箱一起采用油潤滑，潤滑效果好，維護也很方便。

（2）聯軸器安裝在齒輪箱和發電機之間，將齒輪箱的輸出轉矩傳遞到發電機。風力機中的聯軸器常采用撓性聯軸器，用於補償齒輪箱輸出軸與發電機軸的不同心。常用的聯軸器有十字軸式雙萬向聯軸器、橡膠彈性聯軸器、膜片式聯軸器等。

1）十字軸式雙萬向聯軸器。利用十字軸之間的關節軸承補償連接軸之間的不同心。采用這種聯軸器需要定期潤滑關節軸承，維護工作量大，並且關節軸承間為剛性連接，沒有緩沖作用，耐沖擊性能差。

2）橡膠彈性聯軸器。采用橡膠彈性元件補償連接軸之間的不同心，具有很好的補償和緩沖作用，且無須維護。因橡膠有老化現象，需要定期檢查並更換。

3）膜片式聯軸器。采用復合材料做成的膜片作為彈性元件，由於復合材料強度高、彈性好，因此這種聯軸器重量輕，並有很好的緩沖和補償能力，目前被廣泛使用。

2.偏航系統

偏航系統用於調整風力發電機組的方向，使風輪始終處於對準風的方向，以獲取最大風能。偏航系統由偏航軸承、偏航驅動裝置、偏航制動器或阻尼器等幾部分組成。

（1）偏航軸承常用的偏航軸承有滑動軸承和回轉支承兩種類型，如圖2-13所示。

圖2-13偏航系統結構

a） 回轉支承 b）滑動軸承

滑動軸承常用工程塑料做軸瓦，這種材料即使在缺少潤滑的情況下也能正常工作。軸瓦分為軸向上推力瓦、徑向推力瓦和軸向下推力瓦三種類型，分別用來承受機艙和葉片重量產生的平行於塔筒方向的軸向力、葉片傳遞給機艙的垂直於塔筒方向的徑向力和機艙的傾覆力矩，從而將機艙受到的各種力和力矩通過這三種軸瓦傳遞到塔架。

回轉支承是一種特殊結構的大型軸承，它除瞭能夠承受徑向力、軸向力外，還能承受傾覆力矩。這種軸承已成為系列化產品而大批量生產，可直接選用，目前大多數風力機都采用這種軸承。

（2）偏航驅動裝置通常采用開式齒輪傳動。齒圈部分固定在塔架頂部靜止不動，小齒輪由安裝在機艙上的驅動器驅動帶動機艙旋轉。偏航驅動器常采用多臺電動機驅動，並通過齒輪減速器得到合適的輸出轉速和轉矩。為瞭保證偏航的穩定性，偏航速度一般控制在0.1r/min或更慢。

（3）偏航制動器或阻尼器為瞭保證風力機在停止偏航時，不會因葉片受風載荷而被動偏離風向的情況，偏航系統上都裝有偏航制動器或阻尼器。

偏航制動器主要有鼓式制動器和盤式制動器兩種。因偏航制動力矩大，常采用多制動器結構，但它有結構復雜、成本高、維護工作量大等缺點。

采用滑動軸承的偏航系統，因軸瓦處於幹摩擦和邊界摩擦狀態，且摩擦阻力較大，加上下推力瓦上彈簧的壓力，起到瞭調節偏航阻尼的作用，並不會產生被動偏航的現象，無須再增加偏航制動器。

目前新出現瞭一種既采用回轉支承，又使用偏航阻尼器的結構。采用這種結構綜合瞭兩者的優點，回轉支承為標準產品，可直接選用，且故障率低，從而解決瞭使用偏航制動器結構復雜、需定期更換制動片的問題。

（4）偏航控制器由風向傳感器和控制器組成，通過風向傳感器檢測的風向信號，經過控制器處理後控制偏航驅動器進行對風。

（5）解纜裝置由於風力機總是選擇從最近的方向偏航對風，有時由於風向的變化規律，風力機有可能長時間往一個方向偏航對風，這就造成瞭電纜的纏繞，如果纏繞圈數過多將損壞電纜。為瞭防止這種現象的發生，通常安裝有解纜傳感器。通過齒輪傳動計數，控制凸輪推動微動開關發出信號控制解纜或通過電子編碼器計數控制解纜。

3.液壓系統

風力發電機液壓系統分為定槳距風力機液壓系統和變槳距風力機液壓系統兩大類。

（1）定槳距風力機的液壓系統用於驅動和控制各種制動器。液壓系統的執行機構通常有葉尖撓流器、機械制動器和偏航制動器。采用一套液壓站集中供油或各制動器都有獨立的液壓站供油。

采用集中供油的液壓站使用不同的電磁閥控制各個制動器，液壓站安裝在機艙中，通過液壓旋轉接頭給安裝在輪轂內的驅動葉尖撓流器的液壓缸供油，因旋轉接頭長期工作而磨損會造成漏油，需定期更換。定槳距風力發電機組液壓系統原理如圖2-14所示。

圖2-14定槳距風力發電機組液壓系統原理

1—油箱2—液壓泵3—電動機4—高壓濾清器5—油位計6—溢流閥7—單向閥8—蓄能器9—壓力繼電器10—針閥11—壓力表12—電磁閥（1）13—電磁閥（2）14—制動鉗15—突開閥16—電磁閥（3）

采用獨立供油的液壓系統，在機艙和輪轂上各安裝一套液壓站，分別驅動葉尖擾流器和機械制動器。由於液壓站安裝在輪轂上並隨輪轂一起轉動，為瞭防止油箱內的液壓油在轉動過程中漏油和泵的吸空作用，油箱使用全封閉的壓力油箱。油箱內有一個充有一定壓力的氣囊，以補充泵送出的壓力油。液壓站通過電刷、集電環供電，並將信號傳送到控制器。

（2）變槳距風力機的液壓系統采用液壓變槳距的液壓系統用於驅動變槳機構和機械制動器。變槳控制采用比例閥進行控制，在應急順槳狀態下，變槳控制電磁閥斷電，旁路比例閥、變槳控制電磁閥直接控制變槳液壓缸工作，壓力油經減壓閥減壓後供機械制動器工作。變槳距風力發電機液壓系統原理如圖2-15所示。

4.制動系統

風力發電機組制動系統主要采用兩套互相獨立的制動器，即為空氣制動器和機械制動器。

圖2-15變槳距風力發電機組液壓系統原理

1— 油箱2—油位計3—空氣濾清器4—油溫傳感器5—液壓泵6—聯軸器7—電動機8—集成塊9—測壓接頭10—高壓濾清器11—單向閥12、23—壓力繼電器13—溢流閥14—壓力表15—壓力表接口16—蓄能器17—節流閥18—針閥19、21—電磁閥20—比例閥22—減壓閥24—液控單向閥

（1）空氣制動器也是風力機的主制動器。空氣制動器具有對風力機傳動系統無沖擊、無機械磨損等優點。但空氣制動器不能使風輪完全停止轉動，在維修或需要風輪完全停止轉動的情況下，還需要機械制動器配合使用。

定槳距風力機的空氣制動器采用葉尖擾流器結構。葉片的葉尖部分做成可以在葉片主體上旋轉的部分稱為葉尖擾流器。安裝在每根葉片根部的液壓缸，通過連接在液壓缸活塞桿和葉尖軸之間的鋼絲繩驅動葉尖運動。正常運行時，液壓缸驅動葉尖收回，使葉尖與葉片主體靠攏並成一整體工作。制動停機時，液壓系統泄壓，葉尖在離心力和彈簧力的作用下彈出。由於葉尖軸上螺旋導槽的作用，葉尖在彈出的同時繞葉尖軸旋轉，與葉片主體成90°角，以起到制動作用。葉尖擾流器的結構如圖2-16所示。

變槳距風力機通過變槳系統的全葉片應急順槳來實現空氣制動。

（2）機械制動器這是風力機的輔助制動器，用於配合空氣制動器進行制動停機或維修時需要機組完全停止時使用。

定槳距風力機的機械制動器用於配合風力機進行停機操作。正常停機時，葉尖擾流器先工作，當風輪轉速下降到大約為額定轉速的一半時，機械制動器工作制動停機。在緊急停機情況下和主制動器同時制動停機。即使在葉尖擾流器失效的情況下，也能起到主制動器的作用進行制動停機。定槳距風力機的機械制動器常安裝在齒輪箱高速軸上。

風力機中的機械制動器一般采用液壓制動器，液壓制動器有常開和常閉兩種類型。常開型制動器使用液壓力進行制動，在電網停電的情況下，靠貯存在液壓系統蓄能器中的壓力油進行制動。常閉型制動器采用液壓力進行松閘，靠制動器中的彈簧進行制動，具有更高的安全性和可靠性。

安裝在齒輪箱高速軸上的機械制動器如圖2-17所示。

圖2-16葉尖擾流器的結構

1—液壓缸2—彈簧3—葉尖擾流器

圖2-17安裝在齒輪箱高速軸上的機械制動器

5.發電機

發電機的作用是將風輪的機械能轉換為電能，分為異步發電機和同步發電機兩種。異步發電機又可分為籠型和繞線轉子異步發電機兩種。

（1）異步發電機

1）籠型異步發電機。工作在發電狀態，由於風力機經常工作在額定功率以下，因此要求這種發電機在低負載情況下要有高的效率。為瞭提高低風速段的風能轉化效率，這種發電機常做成雙繞組雙速發電機，通過切換繞組進行高低速切換。

籠型異步發電機多用於定槳距風力機，通過晶閘管軟並網系統直接與電網連接，其轉差率大約為0.01，因此使用這種發電機的風力發電機組是恒速風力機。

2）繞線轉子異步發電機，這是一種感應發電機，其轉子做成繞線轉子結構，通過外接電阻調整轉子的轉差，從而提高發電機的起動性能。由於轉差可調，因此其轉速可以在一定范圍內調整。

3）雙饋發電機在繞線轉子異步發電機的轉子上通過變頻器加上交流勵磁，通過調整轉子變頻器的頻率即可控制發電機的轉速。這種發電機具有功率因數可調並可發無功的特點，並且在超同步狀態下，轉子可向電網輸送有功功率。這種發電機使用在變槳、變速風力機上，目前廣泛用於主流風力發電機組中。

（2）同步發電機

1）同步發電機的並網方式，一種是準同期直接並網，這種方法在早期的風力發電機組中常采用。另一種是交-直-交並網。近年來，由於大功率電子元器件的快速發展，變速恒頻風力發電機組得到瞭迅速的發展。同步發電機也在風力發電機中得到廣泛的應用。

2）直接驅動式同步發電機。直接驅動式風力發電機采用多級式同步發電機，這種發電機的直徑很大、長度很短。為瞭減少發電機的維護，直接驅動式發電機多采用永磁式結構。由於發電機的級數不可能做得非常多，目前兆瓦級風力機的風輪轉速隻有10～20r/min，因此發電機發出的交流電頻率不足50Hz，必須通過變頻器接入電網。

風力發電機的電壓等級多采用690V，通過風力機塔架附近的箱式變壓器升壓後再輸送到附近的變電站二次升壓後接入電網。隨著機組容量的增大，為瞭減少輸電損耗，常將變壓器放在機艙中。

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