除了风轮和发电机这两个核心部分,风力发电机组还包括一些辅助部件,用来安全、高效地利用风能,输出高质量的电能。
1.传动机构
虽说用于风力发电的现代水平轴风力机大多采用高速风轮,但相对于发电的要求而言,风轮的转速其实并没有那么高。考虑到叶片材料的强度和最佳叶尖速比的要求,风轮的转速大约是18～33r/min。而常规发电机的转速多为800r/min或1500r/min。
对于容量较大的风力发电机组,由于风轮的转速很低,远达不到发电机发电的要求,因而可以通过齿轮箱的增速作用来实现。风力发电机组中的齿轮箱也称增速箱。在双馈式风力发电机组中,齿轮箱就是一个不可缺少的重要部件。大型风力发电机的传动装置,增速比一般为40～50。这样,可以减轻发电机质量,从而节省成本。
也有一些采用永磁同步发电机的风力发电系统,在设计时由风轮直接驱动发电机的转子,而省去齿轮箱,以减轻质量和噪声。
对于小型的风力发电机组,由于风轮的转速和发电机的额定转速比较接近,通常可以将发电机的轴直接连到风轮的轮毂。
2.对风系统(偏航系统)
自然界的风,方向多变。只有让风垂直地吹向风轮转动面,风力机才能最大限度地获得风能。为此,常见的水平轴的风力机需要配备调向系统,使风轮的旋转面经常对准风向(简称对风)。(www.xing528.com)
对于小容量风力发电机组,往往在风轮后面装一个类似风向标的尾舵(也称尾翼),来实现对风功能。
对于容量较大的风力发电机组,通常配有专门的对风装置——偏航系统,一般由风向传感器和伺服电动机组合而成。大型机组都采用主动偏航系统,即采用电力或液压拖动来完成对风动作,偏航方式通常采用齿轮驱动。
一般大型风力机在机舱后面的顶部(机舱外)有两个互相独立的传感器(风速计和风向标)。当风向发生改变时,风向标登记这个方位,并传递信号到控制器,然后控制器控制偏航系统转动机舱。
3.限速和制动装置
风轮转速和功率随着风速的提高而增加,风速过高会导致风轮转速过高和发电机超负荷,危及风力发电机组的运行安全。限速安全机构的作用是使风轮的转速在一定的风速范围内基本保持不变。
风力发电机一般还设有专门的制动装置,当风速过高时使风轮停转,保证强风下风力发电机组的安全。
图2.25 塔架的高度
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