摘要：在发电领域内风能发电已经能成为当前比较先进的发电技术，可以有效改善传统发电对资源的耗费，减少对环境的污染。风能具有可再生性同时也是清洁能源，将其应用于发电是一项重大的技术举措。本文对我国风力发电现状进行了分析，同时基于风力发电机的原理和技术对当前应用较多的两种风力发电机的工作原理和特点进行了分析，希望可以进一步提升风力发电技术的实践应用。
关键词：风力发电技术；发电原理；双馈异步；直驱永磁
随着发电技术的不断发展，风力发电在世界范围内已经被给予了高度的认可，风能是一种可再生的清洁能源，不仅可以减少对煤矿等资源的需求，同时还有利于生态环境的保护。当前，风能发电在很多国家已经在大力开展和推广，也必将成为未来发电的主流趋势，所以，对风力发电机的技术和发电原理进行透彻的分析和研究具有重要的意义。
1 风力发电机简介
所谓的风力发电机实际上就是大型风车，其可以将风能转成机械能，然后在机械功的作用下促进转子进行旋转，其最终可以输出交流电。换句话讲，其实风能发电机也是充分借助了太阳能，通过太阳能提供的热量，在大气介质的基础上进行进行发电的机器，通常情况下，自然界中的三级风对于风力发电机来讲就具有很高的利用价值。
从工作原理的角度上来讲，其也是与风车有着很多的相似之处。通过风力和风速来充分带动叶轮旋转，这样就可以很高效地收集风能，然后在通过加快叶轮的旋转速度就可以进行发电。风力发电机进行正常发电的话需要一套完整的系统进行支撑。
2 我国风力发电现状分析
在我国发电历史上是以火力发电为主，煤炭作为主要能源，由于煤炭不具有可再生功能，同时在燃烧过程中还会排放大量的毒害气体，对生态环境造成了很大的破坏。因此，电力发展必须进行改革，通过电力能源结构的调整，加强对清洁能源的利用，将可再生资源应用到电力生产中势在必行。世界范围内目前共同面临的三大问题就是环境污染、资源的匮乏以及气候的变化，要想从根本上解决这些困扰就一定要改变路线，发展清洁能源。目前，风力发电技术在世界范围内已经相对成熟，并且在很多国家也都被广泛应用，效果甚佳。
根据国家能源局的相关资料可见，我国的风力发电常的数目和规模不断增大，装机容量大幅提升，可以看出我国风力发电目前的发展前景非常乐观。同时，我国的海岸线较长，具有非常丰富的风能资源，可用于长期的风力发电。
3 风力发电机主要类型分析
在风力发电生产中应用较广的并网发电机主要分为两大类，分别是定桨定速和变桨变速，应用的装机发电机有绕线式双馈异步发电机、笼型异步发电机以及永磁同步发电机。风力发电机的类型不同，其结构也不同，在本文中主要对双馈异步发电机和直驱永磁发电机进行研究。
3.1 双馈异步发电机
该种类型的风力发电机目前在世界范围内应用最广，其主要包括量大部分，分别是电机本体和冷却系统，电机本体中的主要构成有定子、转子和轴承，其冷却系统的结构有三种水冷、空气冷以及空水冷。
“双馈”的主要含义是指该发电机拥有两个能量通道，也就是说其本体结构中的定子和转子都同时参与励磁反应，都可以用来发电，同时还可以实现与电量进行一定的能量交换。在双馈电机中必须要具有变频器，通过变频器来实现对电机的变频驱动，从而将电动机在工作中需要的电压频率进行有效的改变。双馈异步发电机的结构中定子绕组和电网内进行直接连接，转子绕组在于电网连接中需要通过变频器的接入来实现，这样就可以保证频率和电压的变化可以成比例进行，也就是说在频率进行改变的同时也可以对输出电压进行控制，可以满足并网和用电要求。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
变频器是双馈式异步发电机中的重要组成，其工作原理主要是通过半导体器件的通断来实现工频电源频率的有效转化。在风力发电机中应用的变频器方式主要是交—直—交，也就是说先将输出的交流电经过整合而转变成直流电，然后再通过逆变器的作用将其转换成新形式的交流电，这种交流电的电压和频率都是可变的。其中，逆变整流其中发挥主要作用模块就是IGBT，尽管它只是一个开关，但是它在线路的导通和断开中起着重要的作用。
双馈异步风力发电机在工作时主要通过风机来实现对齿轮箱的拖动，然后在将发电机带动发电，其变速比例可以达到1:100，如此一来风机的运行速度就可以大达到1500RPM，同时，该类型的风力发电机成本较低，并且技术也相对成熟，所以国产数量相对较多。只有保证齿轮的模数和压力角都对等的情况下，才能保证齿轮间的准确啮合，但是在发电实践中，由齿轮之间的啮合不免存在一定的误差，从而产生一定的摩擦噪声，因此，一定要对啮合齿轮之间的润滑情况进行定期检查，并保持润滑油量的充足。双馈异步风力发电机在生产中电机的速度较高，但是发电机本身的体积和重量也相对较低，同时成本低、发电效率较高，凭借这些优势该类型风力发电机应用较广，但是由于齿轮箱的结构比较复杂，在长期使用中比较容易造成损坏。
3.2 直驱永磁同步发电机
根据该发电机的名称就可以看出其是一种可以进行直接驱动的发电机，电机可以与运动制定进行直接结合，也就是说通过电机可以对机器进行直接的推动来使其运转，整个作用过程中不需要涉入机械的传动，也被称为无齿轮风力发电机。而“永磁”的意思就是该发电机设备的材料本身就具有一定的磁性，并且也不会推退掉，这样材料一旦被磁化后就能够保持恒定的磁性。在风力发电机中比较容易出现问题故障的部件就是齿轮箱，所以，基于此，直驱永磁同步发电机与双馈异步发电机相比便于维护、机组卫生清洁、可靠性更强。
在其实际发电过程中，叶轮机通过对风能的吸收，然后再将其转化成机械能，再通过主轴来实现向发电机的传递，经过升压变压器而实现上网。所以，正是由于其不存在齿轮结构才可以成就其具有以下优点：省去齿轮箱可以将发电机中的传动结构进行大量简化，这样就可以减少能量在多环节中的损耗，大大提供发电机组运行的可开行，保证发电效率，尤其是在风速较低的环境中其优势更加明显；缺少齿轮箱的话也会减少发电机对零部件的需求，同时也可以降低零部件的损耗，可以降低设备的维护成本；没有齿轮箱的话就可以避免出现摩擦噪声，优化发电设备的性能。但是，在永磁发电机发电过程中为了保证发电效率，通常对发电机的极数要求较高，体积较大，重量也随之增加，技术比较复杂，所以成本较高。
以上分析可以看出，直驱永磁发电机的优势相对加强，将是未来风力发电的主要趋势，在市场中的份额也会不断增加。从两者的应用情况来看，两种类型的风力发电机在我国风能发电市场中将发挥更重要的作用，两种机型并驾齐驱。
结束语：综上所述，在能源匮乏和环境污染日益严重的背景下，加强对洁净能源的开发至关重要。风能发电将是未来世界发电的主流，一定要加强对发电设备的研发和制造，提高风能发电的效率，减少对煤矿资源的依赖，实现我国经济的可持续发展。
参考文献：
[1]蒋宏春.风力发电技术综述[J].机械设计与制造,2010(9):250-251.
[2]刘晓林.风力发电机主要种类及应用技术浅析[J].电器制造,2009(9):18-20.
[3]袁昆智. 风力发电控制系统的研究与设计[D].安徽工业大学,2016.
[4]王皓. 10MW海上用无刷双馈风力发电机电磁设计与转子结构分析[D].沈阳工业大学,2017.
[5]赵英庆.风力发电机原理及风力发电技术[J].科技资讯,2015,13(25):25-26.
[6]冯骁. 风力发电机系统最大风能追踪控制问题研究[D].沈阳建筑大学,2015.
论文作者:张仪年
论文发表刊物:《电力设备》2018年第22期
论文发表时间:2018/12/12
标签：发电机论文; 风能论文; 永磁论文; 风力发电机论文; 齿轮箱论文; 风力发电论文; 技术论文; 《电力设备》2018年第22期论文;