无齿轮箱的直驱风力发电系统

一些风力机不是通过齿轮箱改变向发电机传递能量的转轴的转速，这种风力机中的发电机直接和转子叶片相连，称为直驱型风力机。直驱风电机组不使用任何齿轮，风力机叶片转动速度就等于发电机转速。这意味着因风速不断变化而引起的叶片转速不断改变，将使直驱风电机组的输出电压频率也不断变化，必须经过电力变换器将发电机发出的交流电变成60Hz恒定频率的交流电。这种类型的风力机实际上比使用齿轮箱的机型更加高效，它的重要部分是电力电子变换器，其容量大小必须与需要处理的电力功率相当。该系统的优点是少了一个需要定期维护的机械部件——齿轮箱，图7-41为一个直驱风力机的照片。

由于直接驱动装置不需要齿轮箱，这样发电机就可以使用节省的空间。从发电机出来的电缆直接连接到地面，变换器或储能设备安装在地面上。这种设计可使安装在空中的装置尽量少，特别是安装在维护困难的塔架顶部。

直驱式风力机的分解

图7-41 直驱风力机（图片来源：EWT International）

图7-42是直驱式风力机的分解图，从图中可以看到转子直接连接到发电机转轴上，机舱显得非常紧凑而且比较轻。这种直接驱动系统的主要问题是发电机的转速变化范围很大，因为风速在10～50mile/h的大范围内变化。

图7-42 直驱风力机分解图（图片来源：Northern Power System Inc.）

简答题

1.简要阐述轴承的作用和工作原理。

2.驱动齿轮有20个齿，从动齿轮有80个齿，这个齿轮装置的传动比是多少？

3.解释风力机中齿轮箱的工作原理。

4.说明为什么风力机需要齿轮箱。

5.解释直驱风力机如何发出60Hz的交流电。

6.列出五种不同的齿轮，并分别解释它们的作用。

7.齿轮箱中采用行星齿轮的优点是什么？

8.列出偏航系统中使用的齿轮类型。

9.解释轴台的作用。

10.解释发电机为什么需要保持一个相对恒定的转速。

选择题

1.风力机需要齿轮箱是因为（ ）。

a.风力机叶片的转速和发电机转速一致，需要用齿轮箱来存储多余的能量

b.风力机叶片的转速相对较高，而发电机的转速相对较低，需要用齿轮箱进行匹配

c.风力机叶片的转速相对较低，而发电机的转速相对较高，需要用齿轮箱进行匹配

d.齿轮箱可以使发电机以任意转速旋转

2.驱动齿轮有10个齿，从动齿轮有50个齿，这个齿轮系列的传动比是（ ）。

a.2∶1

b.3∶1

c.5∶1

d.1∶5

3.驱动齿轮有5个齿，从动齿轮有40个齿，当驱动轮的转速为800r/min时，从动轮的转速是（ ）。

a.10r/min

b.20r/min

c.100r/min

d.1600r/min

4.齿轮箱采用行星齿轮时，（ ）。

a.内部的齿轮叫作环形齿轮，外部齿轮叫作太阳齿轮

b.内部的齿轮叫作太阳齿轮，外部齿轮叫作环形齿轮

c.行星齿轮的输入和输出转轴成90°(www.xing528.com)

d.以上所有

5.风力机的传动链（ ）。

a.由风力机叶片、转子、低速轴、齿轮箱、高速轴和发电机组成

b.是独立安装在机舱内部底板上的元件

c.把风力机叶片上的能量传送给发电机

d.以上所有

e.只有a和c

6.高速轴（ ）。

a.连接风力机叶片和齿轮箱

b.连接齿轮箱和发电机

c.直接和低速轴连接

d.以上所有

7.轴承（ ）。

a.安装在齿轮和转轴之间，保证它们正确工作

b.使运动部件之间的摩擦力最小

c.转轴旋转时限制振动

d.以上所有

e.只有a和b

8.轴台（ ）。

a.用来固定或支撑轴承

b.确保轴呈直线对中，减小振动

c.作为一个整体或部分单元

d.以上所有

e.只有a和c

9.直驱风力机（ ）。

a.用一个很大的机舱安装高速轴、低速轴、齿轮和发电机

b.发电机随着风力机叶片同速旋转

c.由于发电机发出的频率是时变的，因此需要一个变频器

d.以上所有

e.只有b和c

10.驱动链对中是指（ ）。

a.驱动系链所有元件分布呈直线

b.转轴是把风力机叶片的能量传输给发电机，它的振动要限制在尽可能小的范围内

c.定期检查，确保所有元件在一条直线上

d.以上所有

e.只有a和c

[1]原文为“三个循环”，应该为“1/3个循环”。——译者注