金风82/1500kW风力发电机组技术参数标准空气密度1.225kg/m3下的静态功率曲线金风82/1500kW风电机组（SINOMA40.2叶片）标准功率曲线标准空气密度1.225kg/m3下的机组推力系数曲线金风82/1500kW风电机组（SINOMA40.2叶片）推力系数曲线主要材料表振动的设计标准机组技术说明3.1 总体设计方案金风1500kW风力发电机组采用水平轴、三叶片、上风向、变速变桨距调节、直接驱动、外转子永磁同步发电机并网的总体设计方案。

3.1.1 功率控制方式采用变速变桨矩控制，每一个叶片上有一个变桨轴承，变桨轴承连接叶片和铸铁结构的轮毂。

在额定风速以下采用变速调节，额定风速以上叶片桨距角可根据风速和功率输出情况自动调节。

3.1.2 发电机采用多极外转子永磁同步发电机，采用直驱方式，叶轮直接同发电机转子连接。

发电机自然风冷，无需电网励磁，发电机低速运转（9～19rpm）。

3.1.3 变速恒频系统采用AC-DC-AC变流方式，将发电机发出的低频交流电经整流转变为脉动直流电(AC/DC)，经斩波升压输出为稳定的直流电压，再经DC/AC逆变器变为与电网同频率、同幅值、同相的交流电，最后经变压器并入电网，完成向电网输送电能的任务。

随意适应50Hz、60Hz电网，优异的并网特性及低电压穿越能力，无功调节范围宽（感性0.95～容性0.95）。

金风82/1500kW风力发电机组外形图轮毂高度：70m叶轮直径：82m额定功率：1500kW3.1.4 机组自动偏航系统能够根据风向标所提供的信号自动确定风力发电机组的方向。

当风向发生偏转时，控制系统根据风向标信号，通过减速的驱动马达使机舱自动对准风向。

偏航系统在工作时带有阻尼控制，通过优化的偏航速度，使机组偏航旋转更加平稳。

3.1.5 液压系统由液压泵站、电磁元件、蓄能器、联结管路线等组成，用于为偏航刹车系统及转子刹车系统提供动力源。

3.1.6 自动润滑系统由润滑泵、油分配器、润滑小齿轮、润滑管路线等组成，主要用于偏航轴承滚道及齿面的润滑。

在海上型风机，变桨系统也做了自动润滑设计。

3.1.7 制动系统采用叶片顺桨实现空气制动，降低风轮转速。

3.1.8 机组机舱设计采用了人性化设计方案，工作空间较大，方便运行人员检查维修，同时还设计了电动提升装置，方便工具及备件的提升。

3.1.9 电控系统以可编程控制器为核心，控制电路由PLC中心控制器及其功能扩展模块组成。

3.2 风力发电机组结构和机舱布置图直接驱动式风力发电机组主要部件包括：叶片、轮毂、变桨系统、发电机转子、发电机定子、偏航系统、测风系统、底座、塔架等。

1. 叶片2. 轮毂3. 变桨系统4. 发电机转子5. 发电机定子6. 偏航系统7. 测风系统8. 底座9. 塔架10. 提升机金风1500kW直驱风力发电机组结构3.3 机组详细技术说明3.3.1 叶轮金风1500kW直驱风力发电机组的叶轮用于将空气的动能转换为叶轮的转动机械能。

叶轮的转动是在叶片的升力做用下产生的。

金风1500kW风力发电机组采用三叶片，上风向的布置形式，每个叶片有一套独立的变桨机构，主动对叶片进行调节。

叶片材料使用强化玻璃钢。

叶片配备雷电保护系统。

当遭遇雷击时，通过间隙放电器将叶片上的雷电经由塔架导入地下。

每一个叶片上有一个变桨轴承，变桨轴承连接叶片和铸铁结构的轮毂。

叶片桨距角可根据风速和功率输出情况自动调节。

风机维护时，叶轮可通过锁定销进行锁定。

叶轮与发电机动轴连接，动轴通过圆锥滚子轴承与定轴配合，定轴固定在机舱底座上。

3.3.1.1 设计特点a) 功率调节采用变速变桨矩控制。

在额定功率点之前，通过调节叶轮转速调节输出功率；在额定功率点后，通过变桨调节输出功率，风机输出功率可保持恒定，同时变桨矩控制在风机运行过程中能有效降低机组所受载荷。

b) 增加了结构阻尼，有效消除了叶片在高风速下运行时的有害摆振。

3.3.1.2 叶片制造工艺特点a) 叶片成型过程中，底层为胶衣层可以和基体直接固化在一起，增加了结合力。

b) 采用镜面模具技术，提高了叶片表面光洁度，增加了叶片的气动效率。

c) 叶片主梁采用抽真空成型，消除了大梁工艺制造过程中可能出现的缺陷，有效的保证了产品质量，提高了叶片的刚性。

d) 叶片制造采用真空吸注工艺。

e) 采用航空平衡技术，每组叶片的重量互差控制在0.1%以下，重心互差在10mm以内，使风轮在转动时的不平衡度达到最小。

f) 采用精密的定位工装，保证螺栓孔之间的位置精度。

3.3.1.3 叶片选材a) 结构胶，选用特殊结构胶，各项性能指标的要求都比较高。

玻璃布及纤维和胶都是经过大量的性能实验和疲劳实验后进行筛选确定的。

b) 金属件和其它零部件也都选用低温性能好，性能指标较高的材料。

3.3.1.4 叶片试验a) 叶片经过了静、动强度和刚度度、频率试验和测试。

b) 叶片按德国Lloyd标准结合航空产品实验技术进行了疲劳试验，寿命超过20年。

3.3.1.5 轮毂/叶片试验轮毂采用球形结构，该结构铸造性好，材料为QT400-18AL强度较高。

3.3.2 发电机发电机采用多极永磁同步电机，永磁励磁方式结构简单，发电机是将叶轮转动的机械动能转换为电能的部件。

金风1500kW直驱永磁同步发电机的额定功率为1580kW、额定转速19rpm、极数88极、额定电压690V，绕组的绝缘等级F级，防护等级为IP23、发电机重量43.6吨。

发电机由定子、转子、动定轴和其他附件构成。

发电机定子由定子支架、铁芯和绕组以及其他附件组成，转子由转子支架和永磁磁极组成。

发电机为六相输出，定子采用了分数槽，能更好的消除发电机的谐波影响，在转子磁极上精心设计的独特排列方式使其振动、噪声更低。

独特的散热方式使发电机的温升只有60K。

采用一套独特的自冷却结构将气流通过导风套引入定子铁芯外部，当随着风速的增加，发电机功率也增大，同时产生的热量也在增加，恰好符合发电机大功率下的冷却设计。

定子绕组材料全部采用F级以上等级的绝缘材料，温升按照B级考核。

定子绕组使用高性能聚酯亚胺绝缘树脂真空浸渍，优良的浸漆环境充分的保证了定子绕组绝缘性能。

在发电机的定子、转子上设计制造有两个方便维护人员穿越的舱门和相应的人孔。

并配有双重的机械、电气安全保障措施。

金风1500kW风力发电机是外转子型，转子位于定子的外部。

由于采用这种永磁体外转子结构，与同功率电励磁风力发电机相比，金风1500kW风力发电机组的电机的尺寸和外径相对较小。

下图显示了两种结构的对比。

图中两种结构的气隙直径相同，功率输出相同。

金风1500kW风力机外转子直径仅仅比定子直径大了100多毫米，而电励磁电机结构高出气隙直径很多。

电机直径减小后重量减轻，易于公路运输。

金风1500kW风力发电机组电机外转子结构与内转子结构对比图金风1500kW风力发电机采用直驱结构运转同步发电机。

发电机转子被叶轮直接驱动，当传统结构中的齿轮箱部件取消后，润滑油泄漏、噪音、齿轮箱过载和损坏的问题因而消失了，同时也会降低用户的运行和维护成本。

3.3.2.1 金风1500kW永磁电机永磁特性说明a) 按照发电机出口侧三相短路电流（8倍额定电流），计算短路电流产生的冲击退磁磁场强度，按照2.5倍冲击退磁磁场强度选择永磁体的额定矫顽力值，依据额定矫顽力值，选择永磁体材料。

b) 金风公司选择的1500kW发电机永磁体，工作点在退磁曲线的拐点之上，是拐点值得的3-4倍。

同时我们选用的是具有较高的矫顽力值的磁钢材料，具有较高的抗去磁能力，不会造成永磁体的不可逆退磁。

磁性能合格的永磁材料的内禀退磁曲线，可分为两部分。

第一部分为与H轴接近平行的平行段，第二部分为下降段，平行段与下降段相交处称为拐点。

当作用于磁体的最大退磁场与内禀（退磁）曲线交点在拐点右方时，最大退磁场消失后，磁体的磁通密度不会下降。

但是当交点在下降段（拐点之左）时，最大退磁场消失后，磁体的磁通密度会产生不可逆下降。

下面图片中Bm1为电机正常工作时磁体的磁通密度，Hm2为电机特殊状况时作用于磁体的退磁场。

电机特殊状况时磁体磁通密度由Bm1下降到Bm2，电机正常工作后磁体磁通密度仍能恢复到Bm1。

合格产品的内禀退磁曲线不合格永磁体的内禀曲线（出现塌肩）如下图所示，它的Br与上面图片中的Br相同。

此磁体安装于电机后，正常工作时磁体的磁通密度Bm1与上图中的Bm1相同。

但是当电机出现过载时，作用于磁体的退磁场Hm2与内禀曲线相交于下降段，造成磁体不可逆退磁。

过载结束后，内禀曲线不能恢复原状，将形成回复线与B轴相交于（此回复线平行于内禀曲线平行段）。

此时磁体的磁通密度将下降至B'm1（<），即出现不可逆下降现象。

不合格产品（出现塌肩）的内禀退磁曲线c) 金风公司在设计发电机时，充分考虑到了特殊工况时产生的反向磁场对磁体的退磁作用，设计上通过计算，选取的永磁磁钢各项性能参数，能保证在过载、短路、雷击时永磁体工作点在拐点之上，永磁磁钢不会产生永久退磁现象。

d) 1500kW风机的控制系统，具有温度、过流、欠电压等多项保护功能，在非正常工况下，风机具有比较完善、可靠的保护。

e) 生产上，我公司制订了采购永磁磁钢材料详细的订货技术标准，通过量化的技术指标，控制材料的性能质量。

f) 永磁体的老化失磁随时间的变化呈对数曲线的规律，在寿命期内永磁体的磁衰减不超过5%，随着时间的变化磁性能将越来越稳定。

金风1500kW机组的永磁发电机在设计已经充分考虑了余量，并在工艺上对磁钢做了稳磁处理，能够确保磁体的稳定性。

同时少量的磁场减弱能够通过电机转速地调整很容易得到补偿，机组的发电效率不会受到影响。

g) 唐任远院士研究的成果为稀土永磁电机的发展和应用提供了重要基础，解决了制约永磁电机推广应用中可能失磁的技术难题，使稀土永磁电机的技术经济性能有显著提高，为稀土永磁电机的产业化奠定了基础。

随着永磁材料的技术发展，永磁体的性能衰减和寿命问题可靠性已是大大提高。

永磁体在电机领域的运用也是很为广泛，应用的时间也经历了几十年了，早期的铝镍钴永磁体、铁氧体永磁体它们的矫顽力、剩磁密度低，易产生性能波动。

在20世纪60年代和80年代稀土永磁体相继问世，它们在性能上有了优异的特性，又经过长期的发展，永磁体的热稳定性、耐腐蚀性得到了很大的改善。

同时加上电机研究开发经验的逐步成熟，使永磁电机在国防、工农业等方面获得越来越广泛的应用。

永磁体的性能衰减和寿命往往不在是永磁电机的瓶颈问题，这些是可以通过永磁体的选用、设计以及电机的设计、控制等科技手段避免和提高的3.3.3 制动系统金风1500kW直接驱动风力发电机组采用三套独立的叶片变桨系统，也可在一套桨距系统出现故障不能顺桨的情况下实现独立刹车。