大功率同步风力发电机的结构设计
风力发电机ppt课件.pptx
1
风力发电机概述
2
风电机组传动系统
3
偏航系统
4
变桨系统
风力机主要部件
风轮
叶片 轮毂
Text in here
塔架
主要部件
机舱
齿轮箱 发电机 偏航系统 制动系统
基础
风力发电机分类
按风轮 结构划分
水平轴风力机 垂直轴风力机
叶片围绕一个水平轴旋转，旋转平面与风向垂直。 风轮围绕一个垂直轴进行旋转。
风力发电机分类
按功率调节方式划分:定桨距与变桨距
定桨距 风力机
叶片固定在轮毂上，桨距角不变，风力机的功率 调节完全依靠叶片的失速性能。当风速超过额定 风速时，在叶片后端将形成边界层分离，使升力 系数下降，阻力系数增加，从而限制了机组功率 的进一步增加。
优点: 缺点:
结构简单
不能保证功率恒定，并且由于阻力增大,导致叶片和 塔架等部件承受的载荷相应增大
变桨系统 功能
保障风机机组安全停机 气动刹车
超过安全风速时或故障停机、 紧急情况下，旋转桨叶到安全 位置，保护风力发电机组，实 现安全停车功能。
变桨系统相关部件
变桨轴承
变桨轴承安装在轮毂上， 通过外圈螺栓把紧。 其内齿圈与变桨驱动 装置啮合运动，并与 叶片联接。
外圈
内圈
变桨驱动装置
变桨齿轮箱
• 变桨驱动装置通过螺柱 与轮毂连接。
结构形式
由于要求的增速比往往很大，风电齿轮箱通 常需要多级齿轮传动。大型风电机组的增速 齿轮箱的典型设计，多采用行星齿轮与定轴 齿轮组成混合轮系的传动方案。
风电机组齿轮箱结构形式
图为一种一级行星+两级定轴齿轮传动的齿轮箱结构，低速轴为行 星齿轮传动后两级为平行轴圆柱齿轮传动，可合理分配传动比，提 高传动效率。
大型风力发电机塔筒计算设计
发 电没 备
Ｐ０Ｗ ＥＲ ＥＱＵＩ Ｅ ＰＭ ＮＴ
Ｖｏ ． ５。Ｎ Ｏ １２ ．５ Ｓ ｐ ｅ ．２ １ ０１
大 型 风 力 发 电机 塔 简计 算 设 计
卓 高柱 刘 刃 李 林 宋凤 芹。 ， ， ， （ ．济 南二机 床 集 团有 限公 司 ，济 南 ２ ０ ２ ； ２ １ ５ ０ ２ ．济 南锅 炉 集 团 ，济 南 ２ ０ ２ ） ５ ０ ３
够 安 全 运行 ， 能 节 约 成 本 ， 高 经 济 效 益 和 市 才 提 场竞 争 力 。这 就要 求 塔 筒 设 计 人 员 对 塔 筒 进 行
静强 度 计 算 、 态 分 析 和稳 定 性 屈 曲分 析 ， 据 模 依
相 关标 准 规 范 对 计 算 结 果 作 出 正 确 的评 估 ， 并
摘 要 ： 用 有 限元 分 析 软 件 ＡＮＳ Ｓ对 风 机 塔 筒 进 行 静 强 度 和 动 力 学 分 析 ， 据 德 国 ＧＬ规 范 对 塔 筒 利 Ｙ 依
进 行 稳 定性 屈 曲 计 算 通 过 对 计 算 结 果 的分 析 ， 出 了塔 筒 设 计 中应 注 意 的 问 题 ， 而 为 塔 架 结 构 设 计 和 优 提 从
直 向上 ； Ｙ轴 ， 据 右 手 定 则 确 定 其 方 向 ； 标 原 根 坐
点 为塔架 每个 截 面 圆的 圆心 。
同时 还 要 保 证 其 固 有 频 率 避 开 风 机 的 固 有 频 率， 以确 保 不 发 生 机 械 共 振 。只 有 设 计 合 理 的
塔 筒 ， 能 保 证 风 机 即 使 在 恶 劣 的 环 境 中也 能 才
ＺＨ Ｕ Ｏ ａ － ｈ Ｇ ｏｚ ｕ ， ＬＩ ｎ Ｕ Ｒｅ ， ＬＩ Ｌｉ 。 Ｓ ＮＧ ｎ — ｉ ｎ ， Ｏ Ｆｅ ｇ ｑ ｎ
风力发电机基塔设计算例
风力发电机塔基设计算例Tjjg1设计概况风机塔的结构形式主要有钢、混凝土、预应力混凝土、钢/混凝土混合结构。
为了对比采用不同结构体系风力发电机塔的经济技术指标，对装机容量为3.6MW、风机轴线高100m的钢管及预应力钢筋混凝土两种结构形式分别进行设计。
其中钢塔的材料分别考虑Q235和Q390两种情况，混凝土塔采用C60。
风力发电机设备荷载取自LWST PhaseⅠProject Conceptual Design Study及WindPACT公开发布的研究报告。
风力发电机塔的结构设计依据中华人民共和国颁布的现行设计规范及标准，主要包括：建筑地基基础设计规范（GB50007－2002）、混凝土结构设计规范（GB50010－2002）、建筑抗震设计规范（GB50011－2001）、钢结构设计规范（GB50017－2003）、建筑结构荷载规范（GB50009－2001）。
两类钢塔（tower1、tower2）及预应力混凝土塔（tower3）的主要技术指标见表1。
其中钢塔的设计控制荷载是风荷载组合，混凝土塔的设计控制荷载为地震效应组合。
表 12钢塔设计钢塔的设计主要包括截面初选、模态分析、内力计算、截面验算、屈曲分析、疲劳验算等步骤。
主要荷载包括结构自重、风力发电机组荷载、风荷载、地震荷载。
机组拟建上海地区，抗震设防烈度为7度，基本风压设计值0.55kN/m2。
而且与混凝土结构相比钢结构自重较小，所以结构承载力极限状态设计时起控制作用的是风荷载。
由于缺乏可信的组合系数，所以不考虑风机荷载的效应的组合，将其与地震作用、风荷载效应分别直接组合确定最不利设计内力。
2.1设计荷载风机塔在使用过程中的设计荷载包括结构自重、风机荷载、风荷载、地震作用。
不考虑温度作用的影响。
2.1.1 结构自重根据钢结构设计规范（GB50017－2003）本设计钢材密度取ρ＝7800kg/m3，弹性模量Es＝200×109 N/m2，Q235设计强度取205MPa、Q390设计强度取335MPa。
风力发电机联轴器的结构及原理
风力发电机联轴器的结构及原理1. 引言嘿，朋友们，今天咱们聊聊风力发电机的联轴器，这个小家伙可是风力发电的关键角色哦。
想象一下，在广袤的田野上，风力发电机高高耸立，迎风招展，转动着大大的叶片。
可是，叶片和发电机之间可少不了一个小小的“桥梁”，那就是联轴器。
别小看它，这玩意儿可承担着巨大的责任呢！1.1 什么是联轴器简单来说，联轴器就是连接两个旋转部件的装置。
就像人和人之间的桥梁一样，它能保证力量的传递，让发电机正常运转。
风力发电机的联轴器主要是把风叶的旋转动能传递给发电机。
要是没有它，风在那儿转悠，电可就没法发出来了。
1.2 联轴器的种类联轴器可不是单一的款式哦，市场上有好多种类。
比如有弹性联轴器，它就像是弹簧一样，能吸收一些振动，减少冲击力；还有刚性联轴器，更加坚固，不容易损坏，适合于高速运转的场合。
每种类型都有自己的“拿手绝活”，我们得根据具体情况选择合适的。
2. 联轴器的结构接下来，我们来深度探讨一下联轴器的结构。
这小家伙的结构并不复杂，通常由两个部分和一些紧固件组成。
两个连接部分分别与风叶和发电机相连，中间有一个小小的连接器，像胶水一样把它们粘在一起。
这样一来，风叶转动时，动能就能顺利传递到发电机上，真是神奇得很！2.1 材料选择说到材料，那可是大有讲究的。
常用的材料有铝合金、钢铁等，它们各有优缺点。
铝合金轻巧，耐腐蚀，但承载能力稍差；而钢铁坚固，能承受更大的压力，但是重量比较大，得看具体需求。
可以说，选对材料，就像做菜时调对了味，成品才好吃嘛。
2.2 安装与维护安装联轴器的时候，要特别小心，确保它们对齐。
如果对不齐，那可就麻烦了，可能会导致震动加剧，甚至损坏设备。
日常维护也不能忽视哦，定期检查联轴器的磨损情况，及时更换损坏的部件，就像养护爱车一样，保持它的“青春活力”。
3. 联轴器的原理那么，联轴器到底是怎么工作的呢？其实原理非常简单。
风吹动叶片转动，叶片通过联轴器将旋转的力量传递给发电机，发电机再将这些机械能转化为电能。
风力发电机工作原理及原理图
风力发电机工作原理及原理图风力发电机工作原理及原理图风力发电机工作原理及原理图现代变速双馈风力发电机的工作原理就是通过叶轮将风能转变为机械转距(风轮转动惯量),通过主轴传动链,经过齿轮箱增速到异步发电机的转速后,通过励磁变流器励磁而将发电机的定子电能并入电网.如果超过发电机同步转速,转子也处于发电状态,通过变流器向电网馈电.最简单的风力发电机可由叶轮和发电机两部分构成,立在一定高度的塔干上,这是小型离网风机.最初的风力发电机发出的电能随风变化时有时无,电压和频率不稳定,没有实际应用价值.为了解决这些问题,现代风机增加了齿轮箱、偏航系统、液压系统、刹车系统和控制系统等.齿轮箱可以将很低的风轮转速(1500千瓦的风机通常为12-22转/分)变为很高的发电机转速(发电机同步转速通常为1500转/分).同时也使得发电机易于控制,实现稳定的频率和电压输出.偏航系统可以使风轮扫掠面积总是垂直于主风向.要知道,1500千瓦的风机机舱总重50多吨,叶轮30吨,使这样一个系统随时对准主风向也有相当的技术难度.风机是有许多转动部件的,机舱在水平面旋转,随时偏航对准风向;风轮沿水平轴旋转,以便产生动力扭距.对变桨矩风机,组成风轮的叶片要围绕根部的中心轴旋转,以便适应不同的风况而变桨距.在停机时,叶片要顺桨,以便形成阻尼刹车.早期采用液压系统用于调节叶片桨矩(同时作为阻尼、停机、刹车等状态下使用),现在电变距系统逐步取代液压变距.就1500千瓦风机而言,一般在4米/秒左右的风速自动启动,在13米/秒左右发出额定功率.然后,随着风速的增加,一直控制在额定功率附近发电,直到风速达到25米/秒时自动停机.现代风机的设计极限风速为60-70米/秒,也就是说在这么大的风速下风机也不会立即破坏.理论上的12级飓风,其风速范围也仅为32.7-36.9米/秒.风机的控制系统要根据风速、风向对系统加以控制,在稳定的电压和频率下运行,自动地并网和脱网;同时*齿轮箱、发电机的运行温度,液压系统的油压,对出现的任何异常进行报警,必要时自动停机,属于无人值守独立发电系统单元.风力发电机是将风能转换为机械功的动力机械，又称风车。
直驱轴向磁场永磁同步风力发电机的设计
能优 良， 行可靠 ， 运 易维 护 、 效率高 等． 由于稀 土永磁 材料、 电力 电子技术 和数 值计算 技术 的发 展 ， 磁 同 永
步 发 电 机 最 近 在 风 能 转 换 系 统 中 获 得 了 广 泛 的 应
１ 轴 向磁 场 永 磁 同步 发 电机 结构 特 点
摘 要 ：当电机 极数 足够 多， 电机 轴 向长度 与外径 的 比率足 够 小时 ， 向磁 场 电机 的转矩 和功率 密度 比 轴 传统径 向磁 场 电机 大． 另外 ， 向磁 场永磁 电机还 有许 多其 它优 点 ， 结 构 简单 ， 向 长度短 ， 轴 如 轴 节约材 料 等， 因此 轴向磁 场永磁 同步发 电机 特 别适合 于直驱 风 能转 换和 电动 车应 用场合． 阐述 轴 向磁 场永磁 同步
众 所周知 ， 如果 电机 的极数 足够 多 ， 向长度 与 轴 外 径 的比率足 够 小 时 ， 向磁 场 永 磁 （ Ｐ 电机 轴 ＡＦ Ｍ） 的转矩 和功率密 度 比传 统径 向磁 场永 磁 （ Ｆ Ｍ） Ｒ Ｐ 电 机 大雎 ． 向磁 场永 磁 电机还具 有结 构紧 凑 、 动惯 ］轴 转
可 以做 成多定 子 、 转子 的多气 隙结 构 ， 多 以提 高输 出
功率． 因此轴 向永磁 同步 发 电机 特 别 适 合 应用 于 风 能转换 和电动 车辆场合 ．
由于轴 向磁 场 电机 的结构 不 同于传 统径 向磁 场
的， 因此简称 为 Ｎ （ Ｓ方 案 ）Ｔｏｕ —Ｓ 开槽 ） ＳＮ ｒｓ （ 型．
量小 ， 节约材 料 ， 子 绕组 散热 条 件 良好 的优 点 ， 定 还
对 于有 三 个 盘 的轴 向磁 场 电机 ， 以形 成 两种 可
不 同 的磁 路 方案 ， 即所 谓 的 ＮＳ方案 ， 子两边 的正 定
设计一种高效的新型风力发电设备
设计一种高效的新型风力发电设备随着全球能源危机不断加剧，可再生能源的利用已经成为着眼于未来、从长远来看、适合环境、减少排放、维持生态平衡的不二选择。
而在各种可再生能源中，风能作为最为普遍、可靠、清洁的一种能源已经逐渐成为大家的关注对象。
在本文中，我尝试设计一种高效的新型风力发电设备。
一、风力发电的现状风能是指因地球自转引起的气流在地球表面的动力效应，将大风场上的风能转化为动力机械输出和电能等可用能源。
大约在20世纪20年代初，人们开始使用风力发电，20世纪70年代工、農、城建的超负荷需要促使人们重新关注风力发电的技术和应用。
但是目前风力发电还面临着一些问题：1. 风能资源的分布不均导致了风电站建设的不便。
2. 风能分布的灵活性使得群体控制风力发电的运作需要更为复杂的控制系统。
3. 风力的波动性及不稳定性使得风力发电难以承担负荷和稳定供电的问题。
二、高效新型风力发电设备的设计为了克服上述问题，我们需要设计一种既能克服风能资源分布不均的问题，又能稳定地发电的高效新型风力发电设备。
本文提出一种螺旋形风力发电机，该发电机能够有效地转化低速风能为高速旋转的轴能，其优点如下：1. 增加风力利用率螺旋形风力发电机的叶轮在相同风速条件下比三叶风力发电机更能吸收风能，因此其利用效率更高。
同时，由于在风速较低的情况下也可产生电能，因此利用范围更广。
2. 稳定性强螺旋形风力发电机采用的是有扭矩输出的旋转式密封结构，可以克服由风力引起的振动和噪声问题，使得风力发电机更加稳定、可靠。
3. 减少飞禽伤亡传统的风力发电机在工作时对鸟类以及其他飞禽产生较大的威胁，而螺旋形风力发电机因为没有旋转的叶轮，所以它不会产生同样的问题。
三、螺旋形风力发电机的工作原理螺旋形风力发电机的外形像一个螺旋形的围栏，通过风力带动围栏转动，在围栏的特殊结构下，通过转换机构，将低速的风能转化为高速旋转的轴能，并产生电能输出。
螺旋形风力发电机内部结构如下：1. 固定支架负责固定螺旋形风力发电机在地面或其他平面上。
风力发电机组设计与制造课程设计报告-风力发电设计报告
《风力发电机组设计与制造》课程设计报告院系：可再生能源学院班级：风能0902班******学号：**********指导老师：田德、王永提交日期：一、设计任务书1、设计内容风电机组总体技术设计2、目的与任务主要目的：1)以大型水平轴风力机为研究对象，掌握系统的总体设计方法；2)熟悉相关的工程设计软件；3)掌握科研报告的撰写方法。
主要任务：每位同学独立完成风电机组总体技术设计，包括：1)确定风电机组的总体技术参数；2)关键零部件（齿轮箱、发电机和变流器）技术参数；3)计算关键零部件（叶片、风轮、主轴、连轴器和塔架等）载荷和技术参数；4)完成叶片设计任务；5)确定塔架的设计方案。
每人撰写一份课程设计报告。
3、主要内容每人选择功率范围在1.5MW至6MW之间的风电机组进行设计。
1）原始参数：风力机的安装场地50米高度年平均风速为7.0m/s，60米高度年平均风速为7.3m/s，70米高度年平均风速为7.6 m/s，当地历史最大风速为48m/s，用户希望安装1.5 MW 至6MW之间的风力机。
采用63418翼型，63418翼型的升力系数、阻力系数数据如表1所示。
空气密度设定为1.225kg/m3。
2）设计内容（1）确定整机设计的技术参数。
设定几种风力机的C p曲线和C t曲线，风力机基本参数包括叶片数、风轮直径、额定风速、切入风速、切出风速、功率控制方式、传动系统、电气系统、制动系统形式和塔架高度等，根据标准确定风力机等级；（2）关键部件气动载荷的计算。
设定几种风轮的C p曲线和C t曲线，计算几种关键零部件的载荷（叶片载荷、风轮载荷、主轴载荷、连轴器载荷和塔架载荷等）；根据载荷和功率确定所选定机型主要部件的技术参数（齿轮箱、发电机、变流器、连轴器、偏航和变桨距电机等）和型式。
以上内容建议用计算机编程实现，确定整机和各部件（系统）的主要技术参数。
（3）塔架根部截面应力计算。
计算暴风工况下风轮的气动推力，参考风电机组的整体设计参数，计算塔架根部截面的应力。
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大功率同步风力发电机的结构设计
【摘 要】风能作为目前一种最具开发价值的可再生能源，越来
越受到全世界的重视，而风力发电正是目前利用风能的主要形式。
随着海上风电场的建设，需要单机容量更大的机组，本文阐述了大
功率同步风力发电机的结构， 并对其结构进行了分析。
【关键词】风电；结构；轴承；通风
0 概述
风电是开发绿色能源的一种形式，近年来我国风电行业发展迅
速，目前2mw及其以下的陆用风力发电机机组技术已经逐渐成熟，
生产已经逐渐具备规模，各风电总装厂已经陆续向海上风电发展，
但由于该技术仍处于研发阶段，为保证海上风电的顺利发展，同时
也为了适应国家的风电发展政策，一些厂家以近海为基地，发展间
于海上和陆地之间的海边风电，逐步向海上过渡，而3mw 风电机组
因当前国内整体配套能力的提高，已经成为风电发展的新趋势。
2 设计说明
2.1 原理概述
该三相无刷同步发电机由主发电机、励磁机、旋转整流器等主要
部分组成，主发电机转子、励磁机转子、旋转整流器都装在同一轴
上一起旋转，主发电机为转极式，交流励磁机为转枢式。励磁机磁
极固定在定子端盖内侧。励磁机的励磁由励磁系统提供。当发电机
被拖动旋转时，励磁系统给励磁机定子输入电流，励磁机转子输出
三相交流电经旋转整流器整流后输入主发电机转子绕组，主发电机
的输出电压，经励磁系统取样分析比较后，自动调节交流励磁机的
励磁电流直到主发电机的电压达到设定值。励磁系统由用户配置。
2.2 产品结构介绍
本发电机结构主要由主机、励磁机、机座、端盖组、冷却器、旋
转整流器等组成。主机转子、励磁机转子、旋转整流器同轴安装，
主机定子铁芯热套于机座中，励磁机位于非驱动端，旋转整流模块
位于励磁机转子和主机转子中间，并在机座上与其相对应的位置留
有检修孔，方便旋转整流模块的检修安装。编码器装在轴bs端部。
3 结构设计
3.1 机座结构设计
机座设计重点考虑了机座的刚度、强度、通风结构、出线布置及
与水冷却器的安装方式等方面的影响因素。电机机座采用q235钢
板和钢管焊接的长方体结构，机座两端有25mm端板，中间在as侧
和bs侧分别设有隔板组，隔板组支撑定子铁心。纵向有钢管支撑
在两隔板之间；箱体两侧由8mm的左右壁板围起。
图2 机座结构
3.2 定子铁芯
定子铁芯是用0.5mm厚的50w470冷轧硅钢片叠压而成。铁心共
分为14段，每段长51，每段之间有1道宽10mm的轴向通风道，通
风道间焊有足够数量的通风片。
3.3 轴承组
该发电机的轴承布置采用驱动端固定，非驱动端浮动的结构型
式。驱动端轴承由圆柱滚子轴承nu1040和深沟球轴承6040构成。
非驱动端轴承为圆柱滚子轴承nu1040。径向载荷主要由驱动端和非
驱动端的圆柱滚子轴承承担，而深沟球轴承在径向方向处于浮动，
只承担轴向载荷，这样可充分发挥圆柱滚子轴承径向承载能力大的
优点，同时通过球轴承实现转子轴向可靠定位。
3.4 转子设计
主发电机转子、励磁机转子、旋转整流器同轴连接，主发电机转
子热套于轴铁芯档处、励磁机转子与轴采用键连接，励磁机转子铁
芯用铆钉轴向铆紧，两端均布置了压环，旋转整流器均匀布置于主
机转子和励磁机转子间的轴上。
主机转子的as、bs两端均装有异型护环，异型护环上都装有平
衡环，可以根据实际动平衡需要在平衡环圆周布置平衡块。
3.5 定子引线设计
该电机为8极6相，轭部较小，从as端引线，定子端部焊连接
片，定子入壳后，通过电缆引至主出线盒导电铜排上，为提高电缆
的稳定性，在机座上焊有一支架，支架上固定有绝缘板，电缆从定
子端部引出先经过该绝缘板，再用螺栓固定在导电铜排上，导电铜
排固定在厚16的绝缘板上，导电铜排为分层阶梯式设计。（定子引
线结构见图5）
图5 定子引线结构
3.6 通风结构设计
此发电机的通风结构采用的是两对称的风路并联结构，每一风路
所需的风量为总风量的一半。在每一风路结构中包含一离心风机。
离心风机与电机转子径向风道片联合运行，主要通过强迫式离心风
机提供所需风压，从而实现电机本体内空气的循环流动，并最终实
现将电机内部的损耗通过水冷却器带出，以满足发电机运行的要
求。本电机风路结构主要借鉴了2mw高原电机和试验站用2.8mw电
动机的通风结构，并根据本电机的实际结构布置，确定主机转子通
风设计采用12个轴向通风孔加14个径向通风道，主机定子铁芯上
亦设计14个径向通风口，转子铁芯内部通过一没有通风孔的冲片
将风路一分为二。考虑到绕组端部的冷却问题，设计时将外风路冷
却风机向内侧偏移，使得一部分风吹到绕组端部。（通风结构见图6）
图6 通风结构示意图
4 结束语
通过上述分析可以看出，电机设计中充分贯彻了通用性、可靠性、
经济性原则，对关键技术进行了大量的分析计算，总体设计布局科
学、结构合理，各种分析计算确实可行，可以保证发电机各项性能
指标，今后我们将跟踪产品的使用状况，听取用户的意见，及时改
进，使该产品的技术性能得到进一步的提高。
[责任编辑：杨扬]