Page 121 - 新能源风力发电技术与自动化技术研究

第三章 风力发电机组设计与优化

转速随风速变化，即按照转速最佳控制律控制机组。
额定功率运行状态。当风速达到额定风速但小于切出风速时，风轮转速加快
到额定转速，逐渐调整叶片桨距角，使风轮转速保持在额定转速，否则会超出发

电机额定功率，烧坏发电机。考虑到控制系统的动态特性，只能近似地保持转速
恒定。此时风力发电机组进入额定功率阶段，控制变桨舵机角度，使风电机组功
率维持在额定功率。
停机状态。当风速大于切出风速时，控制变桨舵机使叶片实现顺桨，风轮转

速逐渐降低到限定范围之后，控制传动系统中的离合刹车器闭合，机组停机。这
样的切出方式，可避免负载带来的冲击。
（三）传动链系统
塔顶传动链系统沿主轴方向依次为主轴、主轴承、滑环、离合制动器、联轴

器、增速器以及发电机等部件。首先确定轴心高度，设计其余部件轴心高度与其
一致。主轴安装在轮毂与离合制动器之间，用两个轴承座支承，设计为空心阶梯
式，材料选用 45 钢。主轴带有法兰边一端通过螺栓与轮毂固连，便于承受叶片
旋转带来的推力以及风轮的重力；带有键槽一端通过所设计的刚性联轴器与离合

制动器的输入轴相连。为了保证风力发电机组从运行状态转变为停机状态，需要
设置制动装置。文献中的认证标准规定了两种独立的制动装置，且要求两种制动
相互配合。停机过程中，可以先利用变桨系统控制叶片顺桨，使转速下降到一定
的范围之后，再进行机械制动。机械制动器采用电磁式离合制动器，将其设置在

主轴端，即增速器的低速端。由于风轮的转速较低，为了达到发电机的最低工作
转速，增速器的安装是必不可少的。增速器选用速比为 8 的伺服行星增速器。增
速器和风轮主轴之间传递的转矩很大，故在增速器与离合制动器之间通过一个单
膜片联轴器连接。发电机选用乃尔稀土永磁发电机，额定功率为 100W，额定转

速 750rpm，根据增速器速比，可计算得风轮的额定转速为 93.75rpm。设计一个
一端为圆柱、另一端为正六棱柱的杆状联轴器，将增速器和发电机连接。
（四）偏航系统

1. 偏航系统结构
利用电机和制动器来协同控制偏航系统，机舱只有在偏航过程中才会转动，
其他时间都由制动器提供锁紧力。偏航制动的目的是偏航停止后将偏航轴锁死，
使得机舱与塔架不发生相对转动，以保证风力发电机组稳定运行。选用电磁制动

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