风力发电机工作原理

风力发电机原理是什么？

风力发电机的原理是风能通过叶轮转化为机械扭矩(风轮的转动惯量)，发电机的定子电能经主轴传动链和齿轮箱提高到异步发电机的转速后，由励磁变换器并入电网。如果超过发电机的同步转速，转子也会处于发电状态，通过变流器向电网馈电。最简单的风力发电机可以由叶轮和发电机组成，站在一定高度的塔轴上，就是小型离网风机。原风力发电机产生的电能随风时变，电压和频率不稳定，没有实际应用价值。为了解决这些问题，现代风机增加了齿轮箱、偏航系统、液压系统、制动系统和控制系统等。详细介绍风扇有很多旋转部件，机舱在水平面上旋转，随时偏航对准风向；风轮沿着水平轴旋转，以产生动态扭矩。对于变桨距风机来说，组成风轮的叶片要绕着叶根的中轴线旋转，以适应不同的风况，改变桨距。当机器停止时，叶片应该顺桨以形成阻尼制动。早期，液压系统用于调节叶片桨距(同时，用于减震、停止、制动等。)，现在电动变桨控制系统逐渐取代液压变桨控制。就1,500kW风机而言，一般在风速为4m/s左右时自动启动，13m/s左右发出额定功率，然后随着风速的增大，一直控制在额定功率附近发电，直到风速达到25m/s时自动停止。现代风力发电机的设计极限风速为60-70m/s，这意味着在如此高的风速下，风力发电机不会立即遭到破坏。理论上12级飓风的风速范围只有32.7-36.9米/秒。风机控制系统应根据风速和风向控制系统，以稳定的电压和频率运行，自动接通和断开电网；同时，变速箱和发电机的工作温度以及液压系统的油压会对任何异常发出警报，并在必要时自动停机，属于无人值守的独立发电系统机组。

风能发电机原理及其应用

风力发电的原理：是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三公里的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。风力发电正在世界上形成一般热潮，为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染。风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行，我国也在西部地区大力提倡，小型风力发电系统效率很高，但它不是只由一个发电机头组成的，而是一个有一定科技含量的小系统；风力发电机+充电器+数字逆变器，风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成，每一部分都很重要，各部分功能为：叶片用来接受风力并通过机头转为电能；尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能；转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能；机头的转子是永磁体，定子绕组切割磁力线产生电能。风力发电机因风量不稳定，故其输出的是13-25V变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电。使风力发电机产生的电能变成化学能，然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交流220V市电，才能保证稳定使用。通常人们认为风力发电的功率完全由风力发电机的功率决定，总想选购大一点的风力发电机，而这是不正确的，目前的风力发电机只是给电瓶充电，而由电瓶把电能贮存起来，人们最终使用电功率的大小与电瓶大小有更密切的关系。功率的大小更主要取决于风量的大小，而不仅是机头功率的大小。在内地，小的风力发电机会比大的更合适。因为，它更容易被小风量带动而发电，持续不断的小风，会比一时狂风更能供给较大的能量，当无风时人们还可以正常使用风力带来的电能，也就是说一台220W风力发电机也可以通过大电瓶与逆变器的配合作用，获得500W甚至1000W乃至更大的功率出。使用风力发电机，就是源源不断地把风能变成我们家庭使用的标准市电，其节约的程度是明显的，一个家庭一年的用电只需20元充电瓶液的代价。由于现在技术的进步，均采用先进的充电器、逆变器，风力发电成为有一定科技含量的小系统，并能在一定条件下代替正常的市电，山区可以借此系统做一个常年不花钱的路灯，高速公路可用它做夜晚的路标灯；山区的孩子可以在日光灯下晚自习；城市小高层楼顶也可用风力电机，这不但节约而且是真正绿色电源，家庭用风力发电机，不但可以防止停电，而且还能增加生活情趣，在旅游景区、边防、学校、部队乃至落后的山区，风力发电机正在成为人们的采购热点，无线电爱好者可用自己的技术在风力发电方面为山区人民服务。使人们看电视及照明用电与城市同步，也能使自己劳动致富。
另外，大型发电风电场址的确定，一般需要达到两个要求：一是场址的风能资源比较丰富，年平均风速在6米/s以上，年平均有效风功率密度大于200米/m2，年有效风速小时数（3-25m/s）不小于5000小时。二是场地面积需达到一定的规模，以便有足够的场地布置风机。

风力发电的工作原理是什么

风力发电机的风力发电机类型

根据定桨矩失速型风机和变速恒频变桨矩风机的特点,国内目前装机的电机一般分为二类: （1）笼型异步发电机；功率为600/125kW 750kW 800kW 12500kW定子向电网输送不同功率的50Hz交流电;（2）绕线式双馈异步发电机；功率为1500kW定子向电网输送50Hz交流电，转子由变频器控制，向电网间接输送有功或无功功率。（1）永磁同步发电机；功率为750kW 1200kW 1500kW 由永磁体产生磁场,定子输出经全功率整流逆变后向电网输送50Hz交流电（2）电励磁同步发电机;由外接到转子上的直流电流产生磁场,定子输出经全功率整流逆变后向电网输送50Hz交流电根据叶片形式的不同，现有风力发电机分为以下两类： 21世纪初由中国、日本、欧洲几乎同时发明的一种新型风力发电机，有别于最早的垂直轴风力发电机（达里厄型），效率高于水平轴风力发电机，无噪音和转向机构，维护简单。已成为欧美市场中小型风力发电机的首选。世界上目前最大功率是由上海模斯电子设备有限公司（MUCE）生产的50千瓦垂直轴风力发电机，日本最大功率30千瓦，英美国家生产的功率在1千瓦到10千瓦之间。最近，国内外多家公司提出了建造超大型垂直轴风力发电机的计划（10MW），此项计划得到落实后，由于成本远低于目前的风力发电机，必将逐步取代水平轴风力发电机，成为世界新能源的主力军！

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小型风力发电机介绍

一，小型风力发电机的使用条件
小型风力发电机一般应在风力资源较丰富的地区使用。即年平均风速在3m／s以上，全年3-20m／s有效风速累计时数3000h以上；全年3-20m／s平均有效风能密度lOOW／m2以上。在选择使用风力发电机时，要做到心中有数，避免盲目性，这样才能充分地利用当地的风力资源，最大限度地发挥风力发电机的效率，取得较高的经济效益。
应该指出的是，在风力资源丰富地区，最好选择风机额定设计风速与当地最佳设计风速相吻合的风力发电机。如能做到这一点无论是从风力机的选择上，还是利用风力资源的经济意义上都有重要的意义。风洞试验证明，风轮的转换功率与风速的立方成正比，也就是说，风速对功率影响最大。例如，在当地最佳设计风速为6m／s的地区，安装一台额定设计风速为8m／s的风力发电机，结果其年额定输出功率只达到原设计输出功率的42％，也就是说，风力发电机额定输出功率较设计值降低了58%。若选用的风力发电机额定设计风速越高，那么其额定功率输出的效果就越加不理想。但也必须指出，风力发电机额定设计风速偏低，其风轮直径、电机相对要增大，整机造价相应也就加大．从制造和产品的经济意义上考虑都是不合算的。
二，小型风力发电执使用的一般要求
目前，小型风力发电机都采用蓄电池贮能，家用电器的用电都由蓄电池提供。所以，用电时总的原则是，蓄电池放电后能及时由风力发电机给以补充。也就是说，蓄电池充入的电量和用电器所需消耗的电量要大致相等(一般以日计算)。下面举一例说明这一问题：某地区使用了一台风力发电机，额定风速输出功率为IOOW,假设，该地区某日相当于额定风速的风力吹刮时数连续为4h，则该风机日输出并贮存到蓄电池里的能量为400Wh。考虑到铅蓄电池的转换效率为70%，则用户用电器实际可利用的能量280Wh。如果该用户使用的电器有：
(1)15W灯泡两只，使用4h，耗能为120Wh；
(Z)35W电视机一台，使用3h，耗能为105Wh；
(3)15W收录机一台，使用4h，耗能为60Wh。
以上总耗能为285Wh。
这样，用电器日总耗能比风力发电机所能提供的能量超出了5Wh，也就是出现了所谓的“入不付出”用电；这种入不付出的用电，将会使蓄电池处在亏电的状态下工作。如果经常长时间地这么用电，将会使蓄电池严重亏电而损坏，缩短其使用寿命。
上例，是假定风力发电机在额定风速状击下的用电情况，而实际上，由于风的多变性，间歇性，风既有大小的不同(风速)又有吹刮时间长短的不同(风频)。所以，在使用用电器时要做到风况好时可适当多用电，风况差时少用电。这就需要用户在使用时认真总结经验。
另外，有条件的地区和用户可备一台千瓦级的柴油发电机组，当风况差的时候给蓄电池补充充电，做到蓄电池不间断地供电。
三，小型风力发电机的合理配套
小型风力发电机发出的电能首先经过蓄电池贮存起来，然后再由蓄电池向用电器供电。所以，必须认真科学地考虑，风力发电机功率与蓄电池容量的合理匹配和静风期贮能等问
题。目前，小型风力发电机与蓄电池容量一般都是按照输入和输出相等，或输入大于输出的原则进行匹配的。即：100W风力发电机匹配120Ah蓄电池(60Ah2块)；200W风力发电机匹配120-180Ah蓄电池(60或90Ah2块)；300W风力发电机匹配240Ah蓄电(120Ah2块)；750W风力发电机匹配240Ah蓄电池(120Ah2块)；1000W风力发电机匹配360Ah蓄电池（120Ah3块）。
实践证明：如果匹配的蓄电池容量不符合风力发电机发出能量的要求，将会产生下列问题：
（1）蓄电池容量过大时，风力发电机发出的能量不能保证及时地给蓄电池充足电，致使蓄电池经常处于亏电状态。缩短蓄电池使用寿命。另外，蓄电池容量大，价格和使用费用随之增大，给经济上也造成不必要的浪费。
（2）蓄电池容量过小时，会使蓄电池经常处于过充电状态。如因充足电而停止风力发电机的工作会严重影响风机工作效率。蓄电池长期过充电将会使蓄电池早期损坏，缩短使用寿命。
另外，小型风力发电机的合理匹配，用电器的套配也是一项可忽视的内容。在选配用电器时也应按照蓄电池与风力发电机的匹配原则进行。即选配的用电器耗用的能量要与风力发电机输出的能量相匹配。但应指出的是，匹配指标所强调是“能量”，不要混淆为功率。在选用用电器时，还必须注意电压制的要求，目前，小型风力发电机配电箱上配有12V、24V和电视机专用插座，用户使用时，要针对用电器所要求的电压值选用相应的插座，电视机应专门插在电视机插座上。
如果使用的是交流用电设备，则必须备置能够满足其功率要求的“逆变器”将蓄电池的直流电转变成电压为220V，频率为50Hz的交流电才能使用。
第二节小型风力发电机安装场址的选择

小型风力发电机安装场址的选择非常重要。性能很高的风力发电机，假如没有风，它也不会工作，而性能稍差一些的风力发电机，如果安装场址选择得好，也会使它充分发挥作用。关于小型风力发电机的选址条件包含着非常复杂的因素，美国等一些国家，特为此出版了有关风力机场址选择的专著。原则上，在一年之中极强风及紊流少的地点应算最好，但有时很难选出这样的地点。
一、场址选择原则
1.场址应选择风能丰富区前面己介绍，风力发电机安装地点的年平均风速越大越好，其大体上
数字是：年平均风速3m／s以上，3-20m／s有效风速累计时效3000h以上，全年3一20m／s平均有效风能密度100W／m2以上。只要能满足第一个条件，小型风力发电机在经济上便可认为是合算的。
2.场址应具有较稳定的盛行风向。盛行风向是指出现频率最高的风向，气象上风向一般用16个方位表示(图4-1)。每个方位箭头的长度和数字是该风向的平均风速，并可形象地绘制出风玫瑰（图4-2）。
从风玫瑰图中看出，盛行风向为西南风（平均风速11.7m／s）、南西南风(平均风11.5m／s)和东北风(平均风速5．9m／s)。我国是季风较强的国家，不同季节盛行风向还要变化。选址对希望盛行风向较稳定，便于考虑地形的有利影响。
3．风机高度范围内“风切变”要小(风剪切要小) “风切变”是指短距离内风速、风向的较大变化。图4-3所示为平顶山脊顶的风切变，图中的影区说明因气流分离使风速下降，分离区上部为强切变区。风机如安在此影区，叶片将在不等速风中旋转，叶片受载不均匀，
图4-1 风向的16个方位图

图4-2 风玫瑰图
降低性能，缩短风机使用寿命。所以风机应避开此强切变区，安在迎风坡上，或提高塔架。
4.应考虑气象因素的影响
（1）紊流。所谓紊流是指气流速度的急剧变化，包括风向的变化。通
常这两种因素混在一起出现。紊流能影响风力发电机功率的输出，同时使整个装置振动，损坏风机。小型紊流多数是因地面障碍物的影响而产生的，因此在安装风力发电机时，必须躲开这种地区。
（2）极强风。海上风速可达30m／s以上，内陆有时也大于20m／s时称为极强风。风力发电机的安装场址当然要选择风速大

图4-3 平顶山脊顶的风场变
的地方，但在易出现极强风的地区使用风机，要求机组具有足够的强度，一旦遇有极强风，风力发电机便成为被袭击的对象。

（3）结冰和粘雪。在山地和海陆交界处设置的风力发电机，容易结冰和粘雪。叶片一旦结了冰，其重量分布便会发生变化，同时翼形的改变，又会引起激烈的振动，甚至发生破坏。
（4）雷。因为风力发电机在没有障碍物的平坦地区安装得较高，所以经常发生雷击事故，为此风机最好增设防雷装置。
（5）盐雾损害。在距海岸线10-15km以内的地区安装风力发电机，必须采取防盐雾损害的措施。因为盐雾能腐蚀叶片等金属部分，并且会破坏装置内部的绝缘体。

(6)尘砂。在尘砂多的地区，风力发电机叶片寿命明显缩短。其防护的方法，通常是防止桨叶前缘的损伤，对前缘表面进行处理。可是尘砂有时也能侵入机械内部，使轴承和齿轮机构等机械零件受到破坏。在工厂区，空气中浮游着的有害气体，也会腐蚀风力机的金属部分，应加以注意。
二，平坦地形的场址选择
根据能同时表示风向和风速关系的风玫瑰图，如果在风向最多的上风侧没有障碍物，一般都可以认为这个地点为平地。所谓在平地上安装风力发电机的情况，应考虑以下两个条件：
（1）以设置地点为中心，在半径为1km的圆内，应没有障碍物。
（2）假使有障碍物时，风力机的高度应为障碍物最高处高度的三倍以上，这个关系如图4-4所示。此条件极为严格，但对小型风力发电机可以放宽些(例如也可以把半径定为400m)。
三，山脊或山顶地形的场址选择
山脊和山顶有自然的高塔作用，并且气流随着靠近山脊，由于风洞效应，气流近似为流线而得到加速，能量也随之增大。如图4-5a所示。可是，风向和山脊构成的方向对