为传动装置，由增速齿轮箱将风轮输入的较低转速增大到发电机需要的转速，以满足发电机工作特性的需要。

  风能具有波动性，而电网要求稳定的并网电压和频率，风力发电机组通过机械和电气控制可以有效解决这一问题。

  直驱型机组采用永磁同步发电机或电励磁同步发电机，简化了传动系统，因其转速低，所以极数较多、体积非常庞大，增大了运输和吊装难度，

  ①并网型风力发电机组常用的发电机有异步发电机、双馈异步发电机、永磁或电励磁同步发电机等。

  ③同步发电机按照励磁方式的不同，有永磁同步发电机和电励磁同步发电机两种，大多数都用在直驱型和半直驱型风力发电机组 。

  ①感应电势的频率取决于同步电机的转速和极对数，即f=pn1/60，n1：同步转速，p：极对数。额定输出功率：PN=（√3 ） UNIN cosφN 。 cosφN:额定功率因素。

  ④同步电机的基本结构由两部分所组成：一是静止部分，即电枢称为定子；二是旋转部分，即磁极称为转子。转子磁极由厚为1~5mm的钢板冲片叠成。

  ⑤励磁机。目前采用的励磁方式分为两大类：一类是用直流发电机作为励磁电源的直流励磁机励磁系统；另一类是用硅整流装置将交流转化成直流后供给励磁的整流器励磁系统。主要三种为：直流励磁机励磁、静止整流器励磁、旋转整流器励磁。

  异步发电机由定子、转子、端盖、轴承等部件组成。定子由定子铁芯、定子三相绕组和机座组成。转子由转子铁芯、转子绕组及转轴组成。绕线式转子的绕组采用波形绕组。双馈异步发电机基本结构与一般绕线式异步电动机相同，一般会用耐电晕在允许电压下不导电的材料和绝缘轴承或绝缘端盖结构。

  转差率：s=(n1-n)/n1 ，式中n1-同步转速，r/min; n-转子转速，r/min 。按照转差率的正负、大小；异步电机可分为电动机0s1、发电机s0、电磁制动s1。正常运行的异步发电机转速在很小的转差范围内变动，一般为2%~5%。异步发电机的输出功率与转速有关，通常在高于同步转速3%~5%时的转速时达到最大值，超过这个转差，感应发电机将进入不稳定运行区，设计制造的异步发电机额定转差值越大表明其抗风扰动的能力越强。

  机械损耗：电机转子转动时，存在轴承摩擦及风阻等阻力转矩，此阻力转矩消耗的功率称为机械损耗。

  杂散损耗：定子及转子绕组中流过电流时，除产生基波磁通外，还产生高次谐波磁通及其他漏磁通，这些磁通穿过导线、定子及转子铁芯、机座、端盖等金属部件时，在其中感应电势和电流并引起损耗，这部分称为杂散损耗。杂散损耗与气隙的大小、槽配合数、槽口形式及制造工艺等因素有关。

  通常讲的双馈异步发电机实质上是一种绕线式转子发电机，由于其定转子都能向电网馈电，故简称双馈电机。双馈电机的转子绕组具有可调节频率的三相电源激励，一般都会采用交-交变频器或交-直-交变频器供给低频电流。

  与同步电机相比，双馈电机励磁可调量有三个：一是与同步电机一样，能调节励磁电流的幅值；二是能改变励磁电流的频率；三是能改变励磁电流的相位。通过改变励磁频率，可调节转速；通过调节转子励磁电流的幅值和相位，可达到调节有功功率和无功功率的目的。而同步电机的可调量只有一个，即励磁电流的幅值，所以调节同步电机的励磁一般只能对无功功率进行补偿。

  双馈电机的控制管理系统可分为三个单元：速调整单元、有功功率调整单元、电压调整单元（无功功率调整）

  双馈电机与同步机交-直-交系统相比，还有变频装置容量小（一般为发电机额定容量的10%-20%）、重量轻的优点，更适合于风力发电机组使同时也降低了造价。

  与鼠笼型异步发电机相比，通过双馈变频器的四象限运行，可使双馈风力发电机运行转速范围大幅度的提升，转速范围增大±30%左右，电机转子旋转速度在低于同步转速时，变频器向电机转子输出有功功率；转子旋转速度高于同步转速，转子通过向变频器向电网输出有功功率。

  同步电机分为同步发电机和同步电动机。现代发电厂中的交流发电机以同步电机为主。同步发电机具有自动电压调整功能（AVR），自动调节励磁电流，保持发电机输出电压稳定；具有极强短时热过载能力；其强励能力最强。

  双馈异步发电机转速运行范围大，只要双馈变频器容量不受经济限制，双馈异步发电机转速运行范围可以是0~2倍同步转速。双馈变频器采用矢量控制，有功、无功分量完全解耦，可以使双馈异步发电机灵活输出超前、滞后无功功率，能改善电网功率因数，稳定电网电压。

  异步发电机外网电压故障瞬间，与同步发电机一样有极强过载能力，但由于没励磁绕组，短路电流很快衰减，必须依靠无功补偿装置，或采用主动时速。减少滞后无功功率，但同时有功功率会减小，其强励能力较差。

  ①电励磁同步发电机的特点是转子由直流励磁绕组构成，采用凸极或隐极结构，通过励磁控制器调节发电机的励磁电流，以此来实现变速运行时频率恒定，并可满足电网低电压穿越的要求。

  ②永磁同步发电机采用永磁体励磁的好处：消除了励磁损耗，提高了效率，实现了发电机无刷化；并且运行时，不需要从电网吸收无功功率来建立磁场，能改善电网的功率因数；采用风力机对发电机之间驱动的方式，取消了齿轮箱，提高了风力发电机组的效率和可靠性，降低了设备的维护量。对风力发电机工作点的控制是经过控制逆变器送到电网的电流实现对直流环节电压的控制，从而控制风轮的转速。

  ③永磁直驱同步发电机系统存在的缺点是：对永磁材料的性能稳定性要求高，对永磁体失磁现象和降低电机重量等问题还缺少有效的应对办法。另外，还存在谐波电流对电网的污染问题。IGBT逆变器的容量较大，一般要选发电机额定功率的120%以上。

  但是用IGBT逆变器也带来一些好处：a、使用脉宽调制（PWM）获得正弦形转子电流，电机内不可能会产生低次谐波转矩，改善了谐波性能；b、有功功率和无功功率的控制更方便；c、大功率IGBT容易驱动；d、IGBT有很好的的电流共享性，这对于要达到风力发电机所需要的功率水平，进行并联使用非常必要的；e、开关时间短，导通时间不到1ms，关断时间小于6ms，使得管子功耗小。

  ⑤转子此路结构，通常按照永磁体磁化方向和转子旋转方向的相互关系，分为切向式、径向式、混合式和轴向式四种。

  ⑦永磁电机的磁钢一般都会采用钕铁硼这类高导磁材料，具有较高的磁场。磁滞回线宽、剩磁和矫顽力等参数都很大的铁磁材料称为硬磁材料，又称为永磁材料，其磁性能指标通常指剩磁、矫顽力和最大磁能积。

  ⑧常用的永磁材料有铸造型铝镍钴、粉末型铝镍钴、铁氧体、稀土钴和钕铁硼等。

  ⑨第三代稀土永磁钕铁硼是当代磁铁中性能最强的永磁铁。它的BHMAX值是铁氧体磁铁的5~12倍，是铝镍钴磁铁的3~10倍；它的矫顽力相当于铁氧体磁铁的5~10倍，铝镍钴磁铁的5~15倍。，其潜在的磁性能极高，能吸起相当于自身重量640倍的重物。钕铁硼磁铁的不足之处是其温度性能不佳，在高温下使用磁损失较大，最高工作时候的温度较低。一般为80℃左右，在经过特殊处理的磁铁，其最高工作时候的温度可达200℃。

  永磁同步发电机的特点可概括如下：采用永磁体励磁；多级、低速、容量大；无需直流电励磁；无需无功励磁；无需集电环、电刷等装置；需要配置全功率变频器。

  并点：①鼠笼式异步发电机由定子励磁建立磁场时，需要消耗无功功率，一般大型风力发电机组在控制柜内加装并联电容，减少从电网吸收的无功功率，改善风力发电机出口的功率因素。②并网瞬间存在很大的冲击电流，应在接近同步转速时并网，一般都加装专用的软起动限流装置。

  1）双馈异步发电机定子的结构与普通的鼠笼式发电机定子相同，转子部分则各不相同。双馈异步发电机转子绕组采用波形绕组，转子线圈一般都会采用星形连接。

  2）滑环装置与转子同轴设置，变频器通过电刷和滑环装置给转子提供交流电流为双馈异步发电机提供励磁。

  3）转子非传动端装配测量转子角速度的传感器，用于测量转子角速度，以反馈给控制管理系统进行转速的调节。

  4）为确保发电机的正常运行，一般还在电机上采用下列监控措施：①定子线圈的温度监控；②轴承的温度监控；③内部热空气的温度监控；④电刷磨损监控。

  5）国内目前市场占有率最高的1.5MW变速恒频风力发电机组采用的电机是1.5MW双馈异步电机。定子机壳的结构及形式根据冷却方式确定，或采用箱式焊接结构；或采用水夹层结构。

  6）转子非传动端装有速度传感器，速度传感器小轴的径向跳动应不超过0.05mm。

  8）无刷双馈异步电机，取消了电刷和滑环系统，该类型电机定子侧具有两套极对数不同的绕组，分别是功率绕组和控制绕组。控制绕组接双向能量流动变频器，既作交流励磁绕组，也可通过双向能量流动变频器向电网输出功率。功率绕组用于向电网输出功率。转子采用自行闭合的环路结构，两套定子绕组在电路和磁路方面是解耦的，取消了滑环、电刷，弥补了双馈异步发电机的不足。

  9）双馈异步发电机变频器采用矢量控制技术，在发电机侧变频器采用定子磁场定向矢量控制，电网侧变频器采用电网电压定向矢量控制，同时通过电磁转矩控制环和电流控制环，实现有功、无功分量完全解耦控制。

  10）根据风速的大小及发电机的转速，及时作出调整转子绕组三相电流的频率、幅值、相位、相）序，调节风电机组的转速、有功功率和无功功率输出。定子侧可感应出恒定频率的三相交流电，还可以灵活控制双馈异步发电机输出超前或滞后的无功功率，调节发电机功率因数。

  11）双馈异步发电机通过变频器的控制调节能轻松实现大滑差运行，转子机械转速与定子同步转速的转差一般可达到±33%，远高于普通的鼠笼发电机，双馈异步发电机可以轻松又有效的提高风资源的利用率。

  12）根据双馈异步发电机转子转速的变化，双馈异步发电机可有一下三种运作时的状态：

  ①亚同步运行状态（也称为次同步或欠同步）。此状态下nn1,0s1由转差频率为f2的电流产生的旋转磁场转速n2与转子转速方向相同。由n+n2=n1。转子励磁功率spem0，转子吸收电源功率。

  ②超同步状态。nn1，s0，改变通入转子绕组的交流频率f2的相序，则其所产生的旋转磁场n2与转子的转向相反，因为由n-n2=n1。转子励磁功率spem0，转子吸处于发电状态向电源送电，定子发电。

  ③同步运行状态。N=n1，转差s=0，spem=0，此时通过转子绕组的电流频率为0，也就是直流电流，因此与同步发电机一样。

  ⑤可有效降低变桨距控制的动态响应要求，改善作用在风轮桨叶上机械应力状况，一般在桨叶只需要在高风速时才参与功率控制；

  风力发电机组要求电机输出50Hz，690V三相交流电（网侧电压：3AC690V+10%，电网频率50Hz-2.5Hz/+1.5Hz）,主要性能指标如下：

  ①电气性能（如电机类型、额定功率、标称电压、极数、相数、额定转速、发电机转速范围、额定效率、功率因数、定子接线方式）。

  ②绝缘及防护性能（如绝缘等级、温升、发电机防护等级、环境工作时候的温度等，双馈电机还包括滑环外壳防护等级）。

  ③机械性能（如电机安装方法、发电机倾斜角、旋转方向、总声压级、转动惯量、平衡精度、冷却方式、润滑方式、润滑脂牌号、润滑间隔时间等）。

  ④监控信号及保护：a、温度监测。绕组保护PTC（有的双馈电机设置）；b、速度监测。测量转子角速度的编码器，一般固定在电机转子非传动端力矩支架上，将测得的电机转速信号传输给变频器。编码器小轴的径向跳动要求不超过0.05mm。变频器具有对发电机定子和转子短路值和浪涌保护的功能。一般变频器提供的电压变化率dV/dt1.5kV/us、来自变换器（转子绕组侧）的最大电压为1800V。

  ①环境和温度。风力发电机组有可能经受使用期间-40℃~50℃的环境温度，温度越低，油的黏度越大，流动性就差，需要润滑的部位可能得不到充分的润滑油供给，影响油膜形成。

  ②湿度。湿度大的环境使电机在允许电压下不导电的材料的机械强度和耐电强度大幅度的降低，加速绝缘材料的老化。

  ③盐雾。盐雾对金属物的腐蚀破坏主要与浓度、温度、含氧量、腐蚀电位有关。盐雾与设备电器元件的金属物物件发生化学反应后使原有 的载流面积减小，生成氧化合物使电气触点接触不良，它们将导致电气设备故障或毁坏。

  ④海拔。风电机组运行海拔高度一般低于1000m，对于安装在海拔1000m以上的电机，海拔每增加100m，功率降低1%使用，或者温升限值降1%。

  1）发电机的适用环境条件为：①海拔高度应不超过1000m；②环境空气温度：-30℃~+50℃；③环境空气相对湿度为95%±3%。

  2）安装时用1000V兆欧表测量发电机定子绕组对机壳的冷态绝缘电阻不应低于50MΩ。

  3）维护与保养：日常巡检时应注意检查发电机：电机地脚及与联轴器之间连接螺栓是否紧固；电机接线盒内接线柱与电缆连接螺栓是否紧固；绝缘电阻是不是满足要求；转动部件周围应有保护设施；通风罩上不能放置任何物体，避免因接触造成事故；轴承维护和润滑；滑环和电刷维护；清洁电机和过滤器等。对电机来维护工作之前确保电机主回路及辅助系统供电尤其是加热器、辅助风机电源等已处于断电状态。最重要的包含以下内容：

  ③绝缘电阻：每半年至一年检查一次定子绕组绝缘电阻，如不符合规定标准规定，可按如下方法处理》方法一：用循环热空气吹。方法二：分别将定子绕组通以25%额定电流的单相或直流电源加热，或用加热带加热。用以上方法对定子绕组加热时，应使各定子绕组各部位别超过90℃，干燥过程应连续，直到绝缘电阻保持稳定至少4h。

  ④轴承的维护、保养及更换：a、电机已由制造厂加注了正确牌号和正确数量的润滑脂，因此建议累计运行2000~3000h后加注一次润滑脂；b、轴承常见的故障是：过热、噪声过大或从轴承室可感到轴承运转不平稳，拆下轴承盖后如在润滑脂中混杂有从轴承上掉下的金属颗粒，必须更换轴承。c、当必须更换润滑脂时，轴承室内应加满约2/3的润滑脂。d、在更换新碳刷时要进行碳刷与滑环接触面的研磨，基础面积达到80%以上。e、存放：发电机应该存放在环境空气温度-10~40℃，相对湿度不应超过85%、清洁、通风良好的库房内，空气中不得含有腐蚀性气体，包装箱与地面、墙壁应保持一定的距离。

  ①故障现象：发电机噪声太大。故障原因：装配不好、轴承损坏、定子线圈绝缘损坏或硅钢片松动、旋转部分松动。处理方法：重新装配、更换轴承、更换定子或重新绝缘、检查，对症处理。

  ②故障现象：电机过热。故障原因：轴承故障、通风故障、电机过载、系统振动过大、定子绕组局部短路、冷却空气流量太小。处理方法：检查轴承，对症处理、排除通风故障、减小负载、对症处理、排除短路点、加大流量。

  笼型电机两端均采用非绝缘深沟球轴承，双馈电机两端均采用绝缘深沟球轴承。常见的用于直驱或半直驱的永磁同步发电机有内转子和外转子两种方式 。

  ②一般风力发电机轴承设计寿命20年，故障条件概率10%，平均维护间隔时间6个月，正常的情况下轴承转动灵活无异音，温升不超过55℃。常见轴承故障包括轴承温升过高、轴承异音、轴承烧死等。

  ③如果发现轴承温升突然快速上升，但还未超过允许值55℃，系统没报警时，应及时找到原因予以处理。一般原因有：加油过多或过少，油质不纯，变质，轴承径向游隙太小，轴承窜油，轴承质量不良，油封摩擦以及内部不干净等。此类问题通常应及早按用户手册要求处置，以免使问题扩大化。温升超过55℃，系统报警，应立刻停机，全面检查。

  ④轴承质量故障常见有的是轴承轨滚道表面被剥离，变得很粗糙；轨道表面变色；刮痕；生锈和腐蚀；轴承内、外圈以及滚动体部分破损和破裂，初期会造成轴承过热。长时间过热运行，将导致轴承烧死，保持架破裂，

  ⑧、滑环室安装在电机外部的非传动端，防护等级IP23。滑环由三个绝缘滑环和一个没有绝缘的轴接地滑环组成。滑环室过滤器一般应每年更换一次。滑环的一般维护周期为6个月。清洁之后检查滑环绝缘（500MΩ）。目测滑环面，如果表面粗糙、有毛刺、锈蚀，或检测滑环的径向跳动超差（大于0.05mm），要求重新磨滑环。电刷维护，电刷要按时进行检查，一般更换周期为6个月，更换所有损坏和磨损到线）而不能正常运行的电刷，用同一型号规格的新电刷代替。新电刷需要在电机外预磨，电刷接触面积须达到80%以上。刷握维护一般每年进行一次。

  ⑨电机振动大的原因：螺栓和地脚安装螺栓是否松动、对中检测、电机转轴跳动、电机转子动平衡情况。