半直驅式風電機組簡介

半直驅概念是在直驅與雙饋風電機組在向大型化發(fā)展過程中遇到的問題而產生的，兼顧有二者的特點。從結構上說半直驅可與雙饋是類似的，具有布局形式多樣的特點，同時目前研究中的無主軸結構還具有與直驅相似的外型。區(qū)別在于一是與雙饋機型比，半直驅的齒輪箱的傳動比低；二是與直驅機型比，半直驅的發(fā)電機轉速高。這個特點決定了半直驅一方面能夠提高齒輪箱的可靠性與使用壽命，同時相對直驅發(fā)電機而言，能夠兼顧對應的發(fā)電機設計，改善大功率直驅發(fā)電機設計與制造條件。

采用一級或兩級增速齒輪箱，多極同步發(fā)電機，全容量變流。此外，為了減輕機艙的重量，半直驅風力發(fā)電機組多為緊湊型機型，也就是取消低速軸或將低速軸的長度減小，增速箱輸出軸與發(fā)電機主軸直聯。

目前，采用三葉片的半直驅風力發(fā)電機組是主流，典型的機組為芬蘭Winwind 公司的WWD-3MW 和德國Multibrid公司M5000，而這兩種機組的技術來源均來自德國Aerodyn公司。國內的哈爾濱哈飛工業(yè)有限責任公司參照芬蘭Winwind 公司的1.0MW機組，在2009年5月自行研制成功了1.5MW半直驅式風力發(fā)電機組，2009年12月金風科技股份有限公司的3MW半直驅機組也在新疆達坂城吊裝成功，根據重慶齒輪箱公司提供的信息，該機型的風輪直徑為93m，額定轉速為14.5 rpm，增速比為1：25，齒輪箱重28噸，內齒圓直徑為2160mm。沈陽工業(yè)大學也正在研制2MW半直驅式機組，廣東明陽風電技術有限公司與德國Aerodyn設計公司合作研制的3MW緊湊型半直驅風力發(fā)電機組正在德國進行測試。

由于3MW半直驅機組沒有任何一家企業(yè)形成了大批量生產能力，芬蘭Winwind 公司的WWD-3MW首臺機組是在2006年下線，2008年才有5臺機組在芬蘭Kemi港的Ajos并網發(fā)電，此后分別在愛沙尼亞的Aulepa，捷克的Pchery,瑞典的Uljabuouda和芬蘭的Pori安裝了同型號的機組，但全部裝機數量還不到30臺。國內的企業(yè)更是處于樣機試制或驗證階段，因此，關于這種機型的詳細技術資料，在公開的場合很少披露?，F在，只能根據所能獲取到的很不完整和不很可靠的資料，對半直驅機組在不同安全等級下結構變化的情況進行推測。

槳葉的槳距調節(jié)通過電動或液壓推動進行。風力機主軸上安裝著輪轂，在輪轂圓周分布著3個變槳距齒輪，齒輪內側有軸承，槳葉根部安裝在軸承內，槳葉在軸承內旋轉就改變了槳距角。在槳葉根部安裝有變槳距驅動電動機，其減速器輸出接有小齒輪與變槳距齒輪嚙合，當電動機轉動時即可改變槳距角。3個槳葉各有一套變槳距驅動電動機與相關部件，也稱為獨立電動變槳系統(tǒng)，盡管3個變槳裝置獨立，但他們的槳距角變化是按規(guī)律同步，也有采用一臺變槳距驅動電動機通過齒輪或連桿同時帶動3個槳葉同時變距的。 2100433B

直驅式機構應用在許多的產品中：

直驅式機構高速

• 風扇：不需精準，轉速依風扇而定，約在1000至12000 rpm之間。

• 硬盤：需非常精準，轉速有5400、7200、10000、15000 rpm等。

• 錄影機：需非常精準，轉速1800 rpm（NTSC）或1500 rpm（PAL）。

• 縫紉機：依機種，轉速可能是3000 rpm到5000 rpm。

• 數控機床：數控機床的轉盤需要快而且精準。

• 洗衣機：最高到1600rpm。

直驅式機構中速及可變速

• 軟盤。

• 光盤驅動器：CD會直接耦合在轉子上，播放音樂的轉速是250至500rpm，若是配合電腦使用，轉速會更高。

直驅式機構非常低的轉速

• 唱片留聲機：速度需非常精準，速度會是78, 33 1/3或45 rpm。

• 望遠鏡架臺：速度需非常精準，24小時會轉一圈。

直驅式機構其他應用

• 洗衣機：像Fisher & Paykel、LG集團、三星集團、惠而浦及東芝等廠商有生產直驅式的洗衣機，洗衣滾筒直接裝在馬達上，取代較低效率的皮帶驅動或是配合減速機的機種。

• 火車：1919年的Milwaukee Road class EP-2電車是直接用馬達驅動火車的輪軸。東日本旅客鐵道（JR East）在2002年1月架設了實驗性的JR東日本E993系電力動車組電聯車（EMU），稱為AC Train，測試在電聯車使用直驅馬達的可行性。此技術后來應用在JR東日本E331系電聯車，在2007年開始在京葉線上行駛。

• 車輛：自19世紀后期開始就有車轂馬達，在21世紀開始用電動車的概念上。

• 風力發(fā)動機（參考無齒輪風力發(fā)動機）：許多公司都有開發(fā)風力發(fā)電的直驅式發(fā)電機，目的是在提升效率，也降低維護成本。

• 車輛：例如單輪車、高輪單車及兒童的自行三輪車。

直驅式機構的主要缺點就是需要特制的電動機。一般電動機會設計在較高轉速（例如1500或是3000rpm時才會有最大轉矩。這様的特性適用于許多應用場合（例如風扇），但其他的機構需要在非常低的轉速下有較大的轉矩，例如留聲機轉盤，需要固定在33 1/3 rpm或45 rpm（而且要很精確）。

較慢的馬達其體積也會比（應用在較高轉速下的）標準馬達要大。例如皮帶驅動的留聲機轉盤，其馬達直徑為2.5cm，若是直驅式留聲機轉盤，直徑為10cm。因為非直驅式的機構可以用減速機構使實際負載的轉速下降，而提高負載上的轉矩，相對而言，直驅式機構的馬達就要產生夠大的轉矩。

直驅式機構需要比較精準的控制機械。有減速機的馬達其慣量較大，會讓輸出的運動變的較平緩。大部分馬達會有位置的轉矩漣波，稱為磁卡力矩。在高速馬達上，磁卡力矩的頻率較高，不致影響系統(tǒng)特性。而直驅式機構下，馬達的轉矩漣波比較容易影響系統(tǒng)，需要加慣量（例如飛輪）或是系統(tǒng)加入回授才能改善。

• 提升效率：功率不會消耗在減速機構中，皮帶、鏈條或變速箱中元件的摩擦上。

• 降低噪音：因為設備較簡單，零件較少，直驅式機構也比較不會產生振動，產生的噪音也比較小。

• 延長壽命：可動件較少也表示容易損壞的零件變少了。一般系統(tǒng)的損壞多半來自零件的老化（例如皮帶的拉伸）或是應力。

• 低轉速下的高轉矩。

• 反應快且精準的定位：減少傳動機構也可以避免傳動機構對定位的影響，若是馬達改用低慣量的永久磁鐵馬達，低慣量也會讓定位反應加快。

• 驅動的剛性：沒有變速箱或滑珠螺桿等機構，也避免了機械上的背隙、磁滯及彈性等相關問題。