近年來，随着風電裝機容量的不斷增加，風力發電機的重要性越來越明顯。本文從風力發電機的主流類型着手，對機組結構性能進行比較分析。重點介紹了發電機的工作原理、冷卻系統、常見故障及處理方法等，希望對大家有所幫助。

目前，我國市場上風力發電機的主流機型有雙饋異步風力發電機和永磁直驅風力發電機兩種。二者運行原理不同，所以在結構性能、生産成本和故障情況方面都各有不同。下面一張表可以看懂兩種機型的異同：

雙饋機組與永磁直驅機組結構性能比較

我們知道，風力發電機的工作原理簡單地說，就是通過風輪在風力的作用下旋轉，把風的動能轉變為風輪軸的機械能，從而帶動發電機發電，發電機再把機械能轉換成電能。

那麼發電機到底是怎麼工作的呢？下面先以雙饋機組為例進行原理介紹：

我們先來回顧一下高中物理中的電磁感應原理。

發電機是根據電磁感應原理來發電的，發電機首先要有磁場，現在用一對磁鐵來産生發電機的磁場，磁力線從北極到南極。在磁場内放入矩形線圈，線圈兩端通向兩個滑環，滑環通過電刷連接到輸出線上，輸出線端連有負載電阻。

當線圈旋轉時，根據電磁感應原理，線圈兩端将會産生感應電動勢；當矩形線圈在均勻的磁場中勻速旋轉時，感應電勢按正弦規律變化，在負載電阻上有正弦交流電通過。

在這個模型中磁場是不動的，線圈在磁場中旋轉産生感應電勢。在實際發電機中産生感應電勢的線圈是不運動的，運動的是磁場。産生磁場的是一個可旋轉的磁鐵，也就是轉子，線圈在磁鐵外圍，與磁鐵轉軸同一平面。當磁鐵旋轉時産生旋轉磁場，線圈切割磁力線産生感應電動勢。

由于空氣的磁導率太低，在旋轉磁鐵的外圍安上環型鐵芯，也就是定子，可大大加強磁鐵的磁感應強度。在定子鐵芯的内圓有一對槽，線圈嵌裝在槽内。當磁鐵旋轉時，線圈切割磁力線感生交流電流。

是不是想起了當初被高中物理支配的恐懼？不要急，下面會讓你感到眩暈。

實際應用的都是三相交流發電機，其定子鐵芯的内圓均勻分布着6個槽，嵌裝着三個相互間隔120度的同樣線圈，分别稱之為A相線圈、B相線圈、C相線圈。裝上轉子就組成了一台三相交流發電機原理模型。圖中的三相交流發電機采用星形接法，三個線圈的公共點引出線是中性線，每個線圈的引出線是相線。

當轉子勻速旋轉時三個線圈順序切割磁力線，都會感生交流電動勢，其幅度與頻率相同。由于三個線圈相互間隔120度，它們感應電勢的相位也相差120度。在畫面上有每根相線的輸出電勢波形。

雙饋式變速恒頻風力發電系統在實際運行中的發電機所使用的轉子為交流勵磁雙饋發電機，這種發電機結構與繞線式異步發電機結構基本一緻，發電機内部定轉子三相對稱，發電機在産生電流之後轉子跟随電流與滑環相接觸。轉子在轉動過程中如果速度發生了改變，同時對于功率沒有任何需求的情況下，可以通過變頻器對于轉子電流方向及頻率等參數進行調整，進而保證定子實際運行速度能夠穩定，不需要功率進行調整。

正是由于這種變速恒頻控制形式在發電機内應用，轉子在發電機中運行功率主要是由發電機轉速來控制。轉子運輸轉差也由發電機所決定，轉差功率也是轉子額定功率中的主要組成部分，因此發電機中的雙向變頻器僅僅是一個小部分，運行所需要的功率僅僅占據發電機四分之一左右。

交流勵磁雙饋發電機這種控制措施在實際應用中，不僅僅能夠對轉子進行變速恒頻控制，還能夠降低變頻器對于功率的需要，保證在任何功率狀态下都能夠靈活運行控制，其對于電網穩定運行具有重要作用。

發電機正常運行離不開其冷卻系統的散熱功能。發電機散熱方式一般分為空空冷卻和空水冷卻兩種。定子繞組每相2個PT100測溫元件（一用一備），冷卻器進出風口空氣溫度2個PT100，發電機軸承驅動端、非驅動端各1個PT100。發電機溫度測點中，不同機組的出口溫度測點個數可能不同。

風冷系統的工作原理為：發電機上部有通風管道，發電機内部空氣不與外部進行循環，發電機外部風扇鼓風使空氣通過通風管道将機殼熱量帶走，從而達到冷卻的目的。

水冷系統的工作原理為：冷卻液從發熱部件吸熱，在低溫環境内釋放熱量是一個熱量轉移的過程。水泵将管路冷卻液送入散熱器，散熱器把熱量散掉後将水送回水冷系統，再次進入水泵進行下一環節。

經常性檢查：

• 發電機與原動機安裝固定是否良好，運行是否有異常響聲，振動是否超标；
• 各可見緊固件和接線螺栓的螺母是否緊固，引出線絕緣是否良好，外部電氣連接是否可靠；
• 檢查接地線。

定子繞組絕緣電阻測量：

• 每半年至一年檢查一次定子繞組絕緣電阻。

軸承的維護、保養及更換：

• 發電機在風場安裝并網前，每端軸承加注油脂，加注的油脂牌号應正确。
• 加油人員不得用手直接接觸油脂，防止污染，水汽、灰塵等雜質一旦進入軸承，對軸承壽命影響很大。

滑環的維護、保養及更換碳刷：

• 滑環室及碳灰手機盒必須定期清理表面及周圍的碳灰，約半年清理一次。
• 碳刷設有自動磨損報警裝置，另外巡檢人員必須定期檢查碳刷及其恒壓彈簧，以便及時更換碳刷，保證碳刷與滑環的接觸可靠。

加熱器的開啟與關閉：

• 當發電機停機時間較長，環境濕度較大，環境溫度較低時，開啟加熱器。
• 繞組絕緣電阻低于國家标準（10MΩ）時，需要開啟電機内加熱器。
• 當環境溫度低于10℃時，滑環加熱器通電開啟，電機運行2h後可關閉。
• 建議每半年至一年檢查一次加熱器。

發電機冷卻系統維護：

• 風冷系統定期檢查散熱風扇是否正常工作等。
• 定期檢查散熱器過濾棉污損或破損程度，視情況及時清理或更換。
• 水冷系統定期檢查冷卻液是否洩漏，冷卻液參數（壓力、溫度、流量等）是否正常，液體是否變質等。

檢修：

• 新機投運一年後必須進行全面檢查；
• 小修間隔一年，大修間隔四年。

總結：

在風電場日常工作中發電機若出現異常情況，運行人員不妨對照文章列出的發電機常見故障類型，分析査找故障原因，采取正确的方法及時進行處理，做好發電機的檢查、 維護、保養及更換工作。

來源：風脈能源

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