第九章电机与拖动基础课后习题答案全解 第二版 徐建华

第九章

9 . 1 什么是风能密度? 风能密度与风速有什么关系?

答: 风能密度是指空气在单位时间里流过单位面积时产生的动能。风能密度与风速的三次方成正比。

9 . 2 如何用直接计算法求得一个地区一年的平均风能密度?

答: 将一地一年中每天24小时逐时实测到的风速，按一定的风速间距分成若干个等级风速, 然后将各等级风速在该年出现的累计小时数，分别乘以相应风速下的风能密度，相加求和之后再除以一年的总时数，就可求得一年平均风能密度。

9 . 3 风力机通过叶片吸收风能的原理是什么?

答: 风力机的叶片具有特殊的形状和结构:叶片的上翼面向上弯曲成为凸面；下翼面凹进去成为凹面。当空气流经上翼面时会加速，压力降低；流经下翼面时会减速，压力升高，上下翼面的压力差在叶片上产生了由凹面指向凸面的气动合力, 合力中垂直向上的分力能驱动叶片旋转做功，带动风力机的主轴旋转，将风能转换为机械能。

9 . 4 风力发电机采用哪些措施来提高风能系数?

答: 在风力发电机上安装调向装置和调速器能提高风力发电机的风能系数。调向装置能使风

力机的风轮自动跟踪风向的变化,并始终对准风向,使风力机尽可能多地吸收风能; 调速器能

根据风速的变化自动调节风力发电机的转速,既能提高风力发电机的风能系数,又能使风力发

电机安全运行。

9 . 5 尾舵调向装置为什么能自动跟踪风向的变化?

答: 尾舵调向装置是在风力机的尾部装上一个尾舵, 风力机通过轴承安装在机座上,可以转

动,风向变化时尾舵会产生转矩,使风力机的机头向风向变化的方向偏转,直至机头对准风向,

所以尾舵调向装置能自动跟踪风向的变化。

9 . 6 某地区当平均风速为10m/s 时，风能密度大约为600w/2

m ,试求当平均风速为18m/s 时，风能密度为多少?

解: 风能密度与风速的三次方成正比, 风速为18m/s 时的风能密度为

600310

18）（

=3499 w/2m

9 . 7 为什么风力发电机要安装增速箱?

答: 风力发电机中风轮的转速比较低,而发电机的转速比较高,所以要安装增速箱,将风轮的低

转速转变为发电机的高转速。

9 . 8 采用恒转速——恒频技术的风力发电装置是选用同步发电机好还是选用笼型异步发

电机好? 为什么?

答: 采用恒转速——恒频技术的风力发电装置选用笼型异步发电机比选用同步发电机要好,

因为同步发电机只能运行在同步转速上,而异步发电机的运行速度可以在较大的范围内变化,

由异步电动机的转速 )1(1s n n -=可以看出,当s 为负时,1n n >, 异步电动机运行于回馈制

动运行状态,作异步发电机运行,将风能回馈电网,而且异步运行速度变化范围较大,所以选用

笼型异步发电机比选用同步发电机要好。

9 . 9 采用笼型异步发电机的风力发电装置一定要恒转速运行吗? 为什么?

答: 采用笼型异步发电机的风力发电装置不一定要恒转速运行。由异步电动机的转速

)1(1s n n -=可以看出,当s 为负时,1n n >, 异步电动机运行于回馈制动运行状态,作异步电

动机运行, 只要转速1n n >,笼型异步发电机都可以运行。

9 . 10 简述笼型异步发电机单独运行自励建压原理?

答: 笼型异步发电机在单独运行时，首先要依靠自身条件建立端电压,称为自励建压。自励建压有两个条件，一是电机本身要有剩磁，二是在定子绕组输出端外接一组电容器,当风力机带动笼型异步发电机的转子旋转时，由于有剩磁就在定子三相绕组中感应出很低的电动势，在定子绕组与外接的电容器之间就有容性电流流过,所产生的磁场与原来的剩磁的方向一致，使气隙磁通增加，从而使定子绕组感应电动势增大,使定子电流再增大，如此互相促进，不断增大，直至端电压建立起来，这就是笼型异步发电机单独运行自励建压原理。

9 . 11 笼型异步发电机自励建压时为什么要外接电容器?

答: 笼型异步发电机自励建压时要外接电容器,就是要使流过定子绕组中的电流为容性电流, 所产生的磁场与原来的剩磁的方向一致，使气隙磁通增加，从而使定子绕组感应电动势增大, 使定子电流再增大，如此互相促进，不断增大，才能使端电压建立起来。如果不外接电容器, 发电机直接接负载,由于负载多为感性负载, 流过定子绕组中的电流为感性电流, 产生的磁

场与原来的剩磁的方向相反,有去磁作用, 发电机的端电压就建立不起来,所以笼型异步发电机自励建压时要外接电容器。