机舱设备与塔架

机舱是风力发电机核心所在，风轮旋转机械能在这里转换成电能。水平轴风力发电机机舱里主要设备有发电机、齿轮箱、刹车装置等。

齿轮箱

由于发电机转速高，二极三相交流发电机转速约每分钟3000转，四极三相交流发电机转速约每分钟1500转，六极三相交流发电机转速约每分钟1000转，而风力机风轮转速低，小型风力机转速每分钟最多几百转，大中型风力机转速约每分钟几十转甚至十几转。这么大的转速差别，风轮只有通过齿轮箱增速才能带动发电机以额定转速旋转。

齿轮变速主要有两种形式，一种是圆柱齿轮变速，一种是行星齿轮变速，风力机的齿轮增速箱增速比较大，多采用二级行星齿轮增速或一级行星齿轮加一级圆柱齿轮增速，当然也有三级增速的。圆柱齿轮增速箱的输入输出轴多数不在同一轴线上，而行星齿轮增速箱的输入输出轴则在同一轴线上。行星齿轮增速箱还有体积较小、效率较高、加工成本较低的优点，故行星齿轮增速在风力机中用得较多。

由于风力机的工作环境恶劣，对制作齿轮箱的材料与工艺要求很高，同时对对齿轮箱的润滑系统要求也很高。关于齿轮箱的结构这里就不再介绍了，仅提供两张从网上下载的图片供参考。

发电机

大多数风力发电机采用三相交流发电机，因其有效率高体积小的优点，在微型、小型风力发电机中也有些采用爪极发电机。根据不同的运行模式，有用同步发电机的也有用感应发电机的。目前风力发电机组的主要运行模式有以下几种:

定浆变速  风轮叶片是固定的，发电机的转速随风速而变，只要能发出电即可，在小型离网运行（不并网）的风力发电机用得较多，多采用永磁同步发电机，多数情况下将发出的电整流后给蓄电池充电，或逆变成稳定的交流电供电器使用。

变浆定速  大中型风力发电机多工作在并网状态，要求发出的交流电频率要稳定，由于风速变化频繁，采用变浆距角的方法控制风轮转速尽量稳定（只在较小的范围内波动），采用感应发电机发电，达到直接并网目的。

变速变浆  近些年来由于电力电子与电脑控制飞速发展，风力发电广泛采用“变速/恒频”的工作方式，风轮不再限制在固定转速，可在较宽的转速范围内运行，由同步发电机发出的电经整流后再逆变成频率稳定的交流电输送到电网，这样可使风力发电机工作在最高效率，变浆主要是为了在超出额定风速时对电机功率进行调节。

发电机的控制方式还有多种，其内容超出本节范围，有兴趣的朋友还请另找书籍阅览。有关发电机的原理与结构知识请到“发电机”栏目与“直驱式风力发电机”栏目观看。

机舱主要设备组成

齿轮箱右侧连接风力机的主轴，主轴穿过主轴承与轮毂连接；齿轮箱左侧通过发电机轴连接发电机。为了在故障与检修时停止运转，在发电机轴上装有刹车盘，由刹车卡钳进行刹车。风轮主轴轴线向前仰起，与水平线有一个不大的夹角，目的是防止叶片碰到塔架，缩短轮毂轴的延伸长度。

在机舱里还装有齿轮箱的润滑系统，以保证齿轮箱的润滑；大型发电机还可能有专门的冷却系统。在机舱底座下方有偏航系统（在后面章节介绍）。机舱顶部后方装有风向标与风速仪，输出其信号给控制柜，偏航装置按控制柜的信号推动风力机对风。控制柜还要根据风速变化来控制浆距角，以工作在最佳转速。下图是水平轴风力发电机机舱内设备的布置图。

塔架

叶轮要在一定的高度上才能获得较大较稳定的风力，在空中的风轮与机舱要靠塔架支撑，塔架的高度约为叶轮直径的1至1.5倍，小型微型风力机的塔架会更高些。塔架需要高强度也要考虑造价，微型风力机是铁管加拉线，中小型风力机有采用桁架型的也有采用管柱型的，大型风力机基本采用管柱型的。桁架即用角铁等型材搭建而成，简单、造价低，但不美观且人员上下也不安全。

大型风力机的管柱型塔架主要采用钢筋混凝土结构或钢结构，塔内分若干层，层间有直梯便于人员上下。