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摘要：随着当代社会发展中环境污染与能源消耗之间的矛盾越来越突出，风力发电为解决这一矛盾提供了可能。随着风力发电的快速发展，风力发电设备的生产创造了巨大的市场机遇，并逐步发展壮大。风力涡轮机问世以来，全球能源消费需求的不断增长推动了风力发电的快速增长。特别是2000年以来，随着风电年装机容量的快速增长和各种先进技术的引入，风电市场竞争更加激烈，风电设备成本降低。据有关专业人士预测，通过科学技术的不断创新、整机制造经验的积累和单机能力的提高，在目前条件下，技术设备将逐步得到改进，成本仍可降低一半。
关键词：风力电机；传动系统；故障；诊断
1电机的技术优势
与内燃机和汽轮机相比，电动机有以下技术优势：（1）电机功率范围广，从毫瓦级到兆瓦级。（2）电机的转矩工作范围广。（3）电机能适应各种外部环境，如真空、水和极端环境；同时，该电机不存在排放问题，其振动和噪声小，具有较好的环保性能。（4）电机的响应速度可以达到内燃机和汽轮机的10倍以上。（5）电机运行效率高，空载或待机模式损耗小。（6）电机的旋转方向可轻松调整。（7）电机输出转矩可轻松调节，不受整机旋转方向的影响。（8）电机可以设计成各种复杂的结构形式，可以安装在任何需要的地方。（9）电机由电力驱动，其控制系统可以很容易地与现代信息处理设备兼容。
2传输系统配置和功能
主要由低速轴（主轴）、齿轮箱、高速轴、联轴器等组成。主轴安装在风轮和变速箱之间。由于其转速较低，故又称低速轴。前端用螺栓固定在轮毂上，后端连接到低速变速箱上。变速箱与发电机通过联轴器连接，叶片轴与变速箱通过主轴连接。
齿轮箱是风力发电机组的关键部件之一。由于风力发电机的叶轮运行速度较慢，因此发电机必须以较快的速度运行。因此，我们使用增加齿轮箱来匹配风力机的风轮与发电机的速度。增加齿轮箱的主要功能是将风力作用下叶轮产生的动力传递给发电机，使发电机以适当的转速接入电网。叶轮的侧转速比较慢，是发电机所需转速的十倍以上。多个齿轮在增加齿轮箱中啮合并转动，从而达到增加的目的。
3风力发电中电机驱动系统的典型故障
如今，风力发电发展迅速。然而，风电场往往位于自然条件恶劣的环境中，特别容易发生故障。例如，1.5MW的风力涡轮机轮毂高度一般在65-85m之间，这使得维护工作相对困难，每次都需要大量的人力物力。风力发电机组在运行过程中，与主轴紧密相连的叶片、齿轮箱、传动链部件（如齿轮箱、发电机、主轴、高速轴等）易受各种冲击载荷的影响，尤其容易发生故障。
3.1齿轮箱的故障
齿轮、滚动轴承和轴分析是齿轮箱分析中最重要的部分，因为齿轮箱中的齿轮、滚动轴承和轴是经常发生故障的三个部件，而这三个主要部件的故障是相互干扰的。常见的齿轮故障非常常见：齿面疲劳、齿面磨损、齿面损坏；滚动轴承常见故障类型：疲劳脱落、磨损、断裂、保持架损坏；典型的轴和轴系故障：严重的轴不平衡，轻微到严重的弯曲，轴系不对称。
3.2滚动轴承
滚动轴承是回转设备的重要组成部分，广泛应用于各种设备中。滚动轴承也是最容易出现的问题之一。滚动轴承的失效必然会导致变速箱的非正常运行，甚至会导致堵塞、开裂等后果。
3.3发电机故障
发电机是整个风力发电机组能量转换的重要组成部分。它的性能关系到整个发电机组的效率。最常见的缺点是：（1）绝缘电阻低：发电机连接到变速箱的高速轴上。轴运行速度快，在运行过程中产生大量热量，导致发动机温度过高，影响绝缘电阻。
颗粒和其他污染物会造成机械损坏、潮湿和导电性，腐蚀电机绕组也会导致绝缘电阻过低。（2）绕组损坏和短路：如果绕组被机械损坏，连接不良，电缆绝缘损坏，外壳间短路，湿气，导电粒子腐蚀绝缘，电机过热，绝缘容易产生过电压（如老化）电流容易导致发电机绕组断路或短路。（3）振动与噪声：转子系统存在动不平衡、转子轭断裂、空气焊接、主轴失效、蝶基共振、转子与定子摩擦等，造成发电机轴承振动与噪声。
3.4叶片故障
在风电场中，风速是不断变化的，风速范围为0 ~ 30m/s。部分地区最大风速超过50m/s。叶片设计不当会受到各种冲击力的破坏，直接影响叶片的使用寿命。冲击力降低叶片刚度，导致应力损伤和结构疲劳。长时间的空气腐蚀会降低叶片表面材料的疲劳强度，导致表面断裂。如果久而久之没有发现裂纹，裂纹就会逐渐增大，从而影响风轮的受力，造成主轴受力不均，导致变速箱齿轮损坏等故障。通常，风力机长时间运行在强风地区，因此风速和风向随时变化，容易使风力机叶轮的力变得不平衡。恶劣的天气（例如雨雪）可能导致叶片和轮毂腐蚀，使叶片和轮毂遭受空气损坏和失速振动损害。其中最严重的是叶片断裂。相对而言，叶轮的故障率相对较低。
4风力发电的系统架构典型故障
4.1发电机故障诊断系统架构
风力发电机组故障诊断过程是一个复杂的过程，包括信号采集、测量控制、HHT分析和最终诊断。每一步都很重要，形成一个完整的系统。信号测量控制系统在计算机的控制下，根据计算机的指令，通过传感器接收各个风力机位置的振动信号。振动信号是用于故障诊断的原始信号。接收到振动信号后，需要进行时频分析，得到信号的特征，首先进行信号的持续时间扩展过程。目的是消除传统变换中机翼端点问题，得到信号极点的精确平均值。
在确定值范围之后，请遵循基本转换原则，并使用设置的完成条件来确定是否满足组件的条件。如果不满足配置的条件，将再次处理它们，直到收到合格的信号，该过程的目标是接收所有组件。下一步是变换每个分量以获得信号的特性，这样就完成了整个转换过程，获取信号的特征后，连接模糊神经，网络识别信号。最终结果便是故障诊断结果。
4.2风力发电机齿轮箱传动系统的实验平台振动
齿轮在风力发电机组的传动系统中起着非常重要的作用。当行星齿轮故障与其他故障结合时，故障特征减弱，使故障类型的确定更加困难。通过对振动信号的分析，找到了一种有效可行的故障识别方法，并将其应用于大型风机齿轮箱传动系统的故障诊断。确定风力机运行状态的重要方法是振动测试，广泛用于故障分类和故障诊断。例如，通过对增速齿轮箱传动系统的特定组件进行振动测试，获取适当的振动信号并选择有效的诊断方法以进行适当的分析，可以对变速箱传动系统的运行状态进行诊断，并且可以预先预测传输系统的隐藏故障，它能减少不必要的损失，从而提高运营效率。由于中国风电行业中风电设备本地化的实施缓慢，这对于国内风电行业而言非常重要，振动测试是故障诊断和分析的重要基础。
结束语
随着风力发电场在全国的发展和普及，风力发电正成为替代能源的首选来源。风力涡轮机装机容量也在逐年增加，特别是中国的风电场增长迅速，已成为世界第一。随着风力发电的发展，风力发电机的机械设备故障问题逐渐出现。由于设备维护和更换的复杂性和高成本，风力发电机组的故障排除已成为一个不容忽视的问题，这对其安全稳定运行非常重要。
参考文献：
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