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鼠笼异步发电机和平时用的三相鼠笼电动机一样，因为它在并网前自身无法产生磁场用以励磁，所以必须在并网后通过吸收电网无功来产生磁场用以励磁。当电动机的转速超过同步转速时，转子铁芯将在定子磁场中感应出涡流，从而形成磁场；转速略高于定子磁场转速时，转子磁场将会拉着定子磁场进行旋转，此时，鼠笼异步电机即由电动状态转为发电状态。目前，西门子的主流机型都是用变速运行的鼠笼异步发电机。早期，定桨距风机（失速型风机）也大多采用鼠笼异步发电机，由于没有变流器，所以这种风机号称“恒速”运行。实际上，这种机组并非严格“恒速”，只是转速变化范围极小而已。鼠笼异步发电机运行原理是异步电机超同步处于发电状态，其转速变化范围只能在同步转速和产生最大电磁转矩的转速之间，这个转差率变化范围一般不会超过8%，因此，我们可以近似地认为定桨距风机是恒转速运行。
西门子SWT-4.0-130风力发电机组配置的发电机为西门子4极鼠笼发电机，这是一个采用鼠笼式转子、全封闭的异步发电机，发电机定子直接与变频器连接，发电机线路中无须连接集电环，这样发电机结构简单、维护方便且故障率低，从而提高可靠性。发电机转子结构和定子绕组的这种设计使其在部分荷载时也具有较高的效率（图2-3）。该发电机有热保护开关和模拟温度测量传感器保护，并配备一个独立的自动温度调节通风控制装置，空气在发电机内部再循环，热量通过空-空热交换器传输，从环境空气中隔离发电机内部环境。发电机的轴承由发电机驱动侧安装的自动加脂机按照设定的时间周期，通过两端装配的油管进行润滑。
图2-3 西门子SWT-4.0-130发电机定转子结构图
发电机安装有一个单独的恒温控制通风装置，装有空-空热交换器。发电机转子作为离心式通风机，使来自发电机绕组的内部空气流通至热交换器。发电机转子通过转子两端的小孔水平吸入空气。在转子中间，空气被从转子内的槽排出，然后再流经定子内的槽。空气被引入热交换器的中部，围绕铝管，继续流至热交换器的各端，接着被再次吸进发电机转子端。热交换器的冷却空气由外部通风机提供，周围空气通过机舱底部的孔被吸进热交换器。空气通过耐海水铝管进入热交换器，随后空气进入内部通风机，并在经过消音器后被排出发电机。
考虑到风机运行的各种运行环境，发电机在设计的时候要充分考虑到高寒环境，发电机定转子绝缘采用等级较高的特殊绝缘材料，采用VPI整浸，这样大大提高了发电机绝缘性能和温升性能，而且具有极强的抗低温性和防潮湿性能。
为了满足整个风力机组的载荷需要，发电机通过改进电机铁芯冲片的槽型以及绕组的绕法来提高载荷，而且重量维持在一定的范围内。考虑到发电机运行时振动对整个机组其他设备的影响，发电机外壳在设计时还要进行特殊设计，可经过特殊热处理，消除内应力，使整个发电机的振动指标达到最优。
表2-1 西门子SWT-4.0-130发电机参数表
续 表
如图2-4所示，西门子SWT-4.0-130发电机组配置的4极鼠笼发电机，是一个完全封闭的异步发电机，它采用的是没有滑环的鼠笼式转子。与该鼠笼异步发电机定子侧相连的变频器称为机侧变频器，不仅需要向异步发电机提供建立磁场所需的无功功率，还要控制发电机跟踪最大功率曲线，并将发电机产生的有功功率输送到直流母线上。
图2-4 西门子SWT-4.0-130发电机组发电基本原理
鼠笼异步发电机在并网前自身无法产生磁场用以励磁，必须在并网后通过吸收电网无功来产生磁场用以励磁。当风速达到切入风速时，风机叶轮开始转动，预充电回路闭合，当变频器直流母线上直流电压达到900 V时，预充电回路断开，主断路器闭合，直流电压稳定在1100 V。
变频器根据检测到的实时发电机的转速，开始调制使转速同步（同步转速，又称旋转磁场的速度，用 n 表示，其单位是“r/min”。它的大小由交流电源的频率及磁场的磁极对数决定时，即同步转速 n =60 f / p ,我国电力系统规定频率（工频）为50 Hz,西门子SWT 4.0-130机组配置的4极鼠笼发电机，当U、V、W三相每相绕组只有一个线圈均匀对称分布在圆周上，则电流变化一次，旋转磁场转过一圈，这就是一对极。如果U、V、W三相绕组每相分别由两个线圈串联组成，每个线圈的跨距为1/4圆周，那么三相电流所建立的合成磁场仍然是一个旋转磁场，并且电流变化一次，旋转磁场仅转过1/2转，这就是2对极。同理，如果将绕组按一定的规则排列，可得3对极、4对极或P对极,P就是极对数;4极电机就是转子有2个磁极,2 p =4,即此电机有2对磁极。例如，该机型定子绕组通入频率50 Hz的三相交流电流时，定子绕组产生的旋转磁场的转速为1500 r/min）。低于发电机转速，转子铁芯将在定子磁场中感应出涡流，从而形成磁场。
转速略高于定子磁场转速时，转子磁场将会拉着定子磁场进行旋转，此时，鼠笼异步发电机即由电动状态转为发电状态，发电机发出的电经过变流器转换为频率合格的三相交流电，经过滤波单元，消除高次谐波，风力发电机组的电并入电网。
图2-5 鼠笼转子形成旋转磁场示意图
机组变流器为全功率变流器，用于将风力发电机产生的变化频率转换为恒定电网频率。该变流器是采用脉宽调制（PWM）技术的四象限变流器。
图2-6 西门子SWT-4.0-130发电机组变流器电气连接简图
发电机侧变流器对感应发电机内产生的变化频率功率进行控制，将其传输到直流链路中。通过发电机侧变流器对发电机的转速控制，能够根据风速跟踪最佳功率曲线，获得最佳风能性能。电网侧变流器连接直流电路，将其转换为与电网相同频率的交流电，从而能让满足要求的交流电传输到电网中。它还以低谐波失真的方式将此电能输送给电网，无功功率也能同时通过电网侧变流器进行控制。
变流器的设计基于并联的IGBT模块，如部分损坏可以降功率运行。电网和发电机逆变器都有模块并联在一起。这些模块用水冷却，每个模块单独连接到一个歧管，而这个歧管则与水循环泵相连。
为改善功率质量，在低压断路器和电网逆变器之间安装一个滤波器系统。该滤波器的设计取决于允许的风机辐射、兼容性级别、短路级别等。
滤波器电抗器也用作电网逆变器内模块的共用电抗器，这种共用的目的是保证每个模块都提供相等的电流。
功率因数是通过使用四象限变流器来进行控制的。变速风机提供的功率因数将等于标准的功率因数，但这个数字可在一定范围调节。风机的切入通过变流器进行操作，它可将风机接入电网而不会产生大的电流峰值。
西门子风机的切入运行和停止由控制器控制，控制器相当于风机的“中枢神经系统”。控制器负责风机的运行和监控，掌控全部的安全功能，并通过光纤网络与远程监控系统进行通信。
（1）发电机的切入和运行
如果风机因无风而停转，那么当风速到达某个水平（通常是4 m/s）后将会自己启动。风机启动时叶片将向零度方向变桨，加速度则通过控制变桨速度的控制器来调节。当发电机速度达到切入速度（通常为900 rpm）时，通过对叶片进行变桨来保持几乎恒定的速度。首先是变频器切入，然后是发电机切入，这样可将涌入电流对电网的影响降至最低。
在较低和中等风速时，风机发出的功率跟随指定的功率与速度关系曲线，控制机组实现最优和平滑的功率输出。功率输出受到功率控制器和变频器的控制，而变桨被控制到某个优化值（接近零度）。
当风速达到额定值时，由功率控制器和变频器将功率输出限制到额定功率水平。平均空气动力学功率输入则是由速度控制器和变桨系统来限制。通过调节变桨，控制平均速度来跟随某个速度参考值，而风速快速波动则转换为速度变量。这样确保对传动系统、叶片和电网的冲击降至最低。
如果风速下降，平均功率输出达到零或者发电机达到切出速度（通常为600 r/min），则发电机和变频器切出。速度控制器将变桨保持在最佳位置，风机准备好在风速增加后再次切入。
（2）发电机的停止
风机的停机方式可通过控制器发来的自动停机信号、手动激活控制器上的停机按钮或者从远程监控系统上发出停机信号。
控制器通过各种停机步骤来进行区分，大多数可能的风机故障类型都会启动正常的停机序列。在正常停机序列中，叶片在收到停机信号后开始变桨到停机位置，当功率输出达到零时发电机切出。叶轮因空气动力制动而减慢速度，并保持在低速空转状态。如果使用停机按钮来激活停机，则随后通过激活机械制动来完全停止转动。
如果控制器记录到严重的风机故障，或者手动急停按钮被激活，则启动紧急停机序列。在这种情况下，将立即激活紧急叶片变桨并施加机械制动。发电机将仍然用于吸收叶轮中的能量，直到输出达到零为止，风机将在数秒内停止。