第二节 微、小型风力发电机组结构

微、小型风力发电机组属简易型风力发电机组，它结构简单，制造成本低，使用灵活、方便，常为处在风能资源丰富地区的农民、牧民、渔民或边防哨所提供生产生活用电。

微、小型风力发电机组通常由风轮、发电机、调向调速机构、塔架、蓄电池等组成。

1.风轮

风轮是叶片安装在轮毂上的总成，它是微、小型风力发电机组接受风能的主要部件。微、小型风力发电机组的叶片通常为玻璃钢，也有用木制的，叶片往往不扭曲、有等弦长的和不等弦长的。微、小型风力发电机组一般为3叶片，也有2叶片或4叶片的，叶片为定桨距，风轮转速根据永磁发电机的极数不同一般在200～600r/min之间。

2.微、小型风力发电机组用发电机

国内外微、小型风力发电机组用发电机基本上都是永磁发电机。国内外微、小型风力发电机组都属直驱式，即风轮直接安装在永磁发电机的轴上。永磁发电机多为10～20极，多为三相24V、48V、220V和380V等，功率为50W～10kW。

3.微、小型风力发电机组的调向和调速

微、小型风力发电机组的调向和调速基本上由尾舵来实现，调向调速机构由活动铰安装在发电机的后边，而发电机则通过转轴，轴承安装在塔架上的轴承座上，风轮和发电机可以绕这个轴承座转动，而尾舵可以通过活动铰折尾。

当风速在额定风速之内时，依据风对尾舵的推力使尾舵面与风向相同并驱动风轮对准风向，风轮的反转矩由尾舵的回位弹簧来平衡，使微、小型风力发电机组在额定风速下风轮一直对准风向以获得最佳的功率。

当风速达到额定风速之后，风轮的转速增加使其反转矩增大，风轮的反转矩大于尾舵回位弹簧的拉力矩，风轮向其旋转方向扭转一定角度，风轮反转矩与回位弹簧的拉力矩平衡。风轮偏离风向一定角度，减小叶片的迎风面使叶片接受风能减少，使风轮运行在一定的转速范围内。风速愈大，则风轮扭头愈大，风轮接受风能的面积愈小。当风速达到切出风速时，风轮叶片顺桨。

微、小型风力发电机组调速方式有两种，一是扭头调速，另一种是抬头调速，现代微、小型风力发电机组多用扭头调速，抬头调速已很少用了。

4.塔架

微、小型风力发电机组的塔架是支撑风轮、发电机、调速调向装置等重量的部件，多用钢管及拉线稳定地固定在地面上。塔架也有桁架结构的。

5.微、小型风力发电机组的电力输出系统

微、小型风力发电机是运行在一定的转速范围内，所以永磁发电机发出的是变频交流电，不能直接用在用电器上，必须将变频的交流电经整流变成直流电充入蓄电池。用于照明的可直接用蓄电池的直流电，若给家电如电视、电冰箱供电应进行逆变，转换成220V，频率50Hz的交流电。

进入21世纪，采用大规模的IGBT模块和双PWM控制的交-直-交转换，逆变成恒压恒频的220V交流电为家电供电。

6.电缆解绕及安全措施

微、小型风力发电机的输出电缆，有可能风轮朝一个方向绕塔转几圈，使输出电缆缠绕打结，这种情况应利用拴在尾舵上的绳索将风力发电机组向电缆缠绕的相反方向绕塔架转动使电缆解绕。

离网独立运行的微、小型风力发电机组属简易风力发电机组，没有制动机构，功率在3～10kW的可能安装由地面控制的手动制动。在没有制动的微、小型风力发电机组中，通常在尾舵栓一根在地面上可以控制的绳索。当风速达到切出风速时，人拉绳索将风力发电机拉到顺桨位置上并将绳索固定在地面上的物体上，以保证微、小型风力发电机组在超过切出风速以上的风速中的安全。

7.垂直轴离网微、小型风力发电机组的结构

现代垂直轴离网微、小型风力发电机组的型式很多，有旋翼式的，有螺旋线旋翼中间加索旺尼斯的，功率大部分在1～5kW。

垂直轴微、小型风力发电机组是直驱式风力发电机组，由风轮直接驱动永磁发电机。它由风轮、风轮轴、发电机、塔架及电力输送系统等组成。

垂直轴微、小型风力发电机组不能进行功率调节，应配备制动装置，否则易于飞车，将风轮叶片甩掉发生事故。

8.微、小型风力发电机组停机后的安全措施

不论是水平轴还是垂直轴微、小型风力发电机组停机后，最可靠的安全措施是将发电机短路。当发电机短路后，电流相当于无穷大，不论多强的风力都不会使风轮转动。