风力机的机械设计共49页文档
风力发电机组的机械设计与优化
风力发电机组的机械设计与优化引言：风力发电是一种清洁、可再生的能源，正逐渐成为全球能源结构转型的重要组成部分。
而风力发电机组作为风能转化为电能的核心设备，其机械设计与优化对于提高发电效率、降低成本至关重要。
本文将探讨风力发电机组的机械设计与优化的关键问题，以期为该领域的研究和发展提供一定的参考。
一、风力发电机组的基本原理风力发电机组是通过风能转化为机械能，再通过发电机将机械能转化为电能的装置。
其基本原理是利用风力驱动叶片旋转，通过传动系统将叶片的旋转运动转化为发电机的旋转运动，进而产生电能。
风力发电机组的核心部件包括叶片、主轴、传动系统、发电机等。
二、风力发电机组的机械设计考虑因素1. 叶片设计：叶片是风力发电机组捕捉风能的关键部件，其设计直接影响着发电机组的发电效率。
在叶片设计中，需要考虑叶片的形状、材料、长度、倾角等因素。
合理的叶片设计可以最大程度地捕捉风能，并减小风力对叶片的阻力，提高发电效率。
2. 主轴设计：主轴是风力发电机组叶片与发电机之间的传动装置，承载着叶片的旋转力矩。
主轴的设计需要考虑叶片转动时的载荷、转速、转矩等因素，以确保主轴具有足够的强度和刚度，同时减小能量损失。
3. 传动系统设计：传动系统将叶片的旋转运动转化为发电机的旋转运动，其设计需要考虑传动效率、传动比、噪音、振动等因素。
合理的传动系统设计可以提高发电机组的转换效率，降低能量损失和噪音振动。
4. 发电机设计：发电机是将机械能转化为电能的关键部件，其设计需要考虑发电效率、输出功率、稳定性等因素。
合理的发电机设计可以提高发电效率，实现稳定的电能输出。
三、风力发电机组的机械优化方法1. 材料优化：选择合适的材料可以提高风力发电机组的强度、刚度和耐久性。
例如，采用轻质高强度的复合材料制作叶片，可以减小叶片的质量，提高转动效率。
2. 结构优化：通过优化风力发电机组的结构设计，可以减小风力对叶片的阻力，提高转动效率。
例如，采用空气动力学设计原理，优化叶片的形状和倾角，可以减小阻力，提高发电效率。
风力机的机械设计.
二、轮毂材料与检验
轮毂可用铸钢铸造或由钢板焊接而成。
——铸件不能有铸造缺陷（夹渣、缩孔、 砂眼、裂纹等），否则重新浇铸。 ——对焊接件的焊缝要进行超声波检查。 大型风力机叶轮的轮毂可用加延长节的 方式，简化轮毂的制造，减少出现各种 缺陷的可能。 对轮毂（和延长节）要进行静强度和疲 劳强度分析。
佳
2）风压式 利用风压中心与转轴中心不重合的特点。 3）伺服机构式
二、失速调节
1、失速现象 当桨叶上的攻角增大到一定数值时，在翼型上翼面 流 动的气流产生偏离而不能附着在上面（称为脱落或分离） 的现象。
W -U
V
V≤额定风速 正常气流
W -U
V
V>额定风速 ——失速
几点说明：
§3.4 塔架
型式
有拉索式 无拉索式 桁架式 圆筒式 塔架高度
§3.5 调速（限速）方式
在一定的风速变化范轮输出功率：P=1/2CpSV13 ——改变S：叶轮侧偏 ——改变Cp：变桨距、失速 。
一、变桨距调节
1、调节原理 —— 与CL及Cp关系； ——利用= - （桨距角 ） 2、实现方式 全桨叶变桨距，叶尖局部变桨距。 全桨叶变桨距方式 1）离心式
三、桨叶的强度计算
桨叶的危险剖面：桨叶根部。 考虑桨叶处于水平和垂直两个特殊方位时的强
度计算。 1、桨叶处于水平位置 叶根载荷： ——重力矩（最大）； ——气动推力产生的弯矩； 弯曲应力 ——扭转力矩产生的弯矩； ——离心力： 拉应力
2、桨叶处于垂直位置
偏航时的陀螺力矩为：
M=2J sint ——当t为0（即处于水平位置）时，M为 0； ——当t为±90时，M最大。 外加其它正常作用的载荷，桨叶根部应 力最大。
风力机设计
偏航系统
主要功能是跟踪风向，偏航由四个带电磁制动的电机驱动 齿轮机构完成动作，及时纠正对风误差。偏航过程中，电机电 磁制动配合偏航制动器制动，迅速定位，使偏航动作准确对风， 偏航动作平稳，减小冲击，提高了可靠性。
1.轴承选择：偏航变桨轴承须 承受很大的倾覆力矩，对滚 道的处理、游隙的控制有较 高的要求，因此选取“零游 隙”双排四点接触球式。 2.制动器：液压钳盘式制动器
流程图如下
程序迭代
程序输出结果如下
性能曲线图如下
气动外形图
塔筒高度、结构、基础、 法兰设计、塔筒壁厚、
轴的载荷计算、轴的扭矩强度校 核、轴承选择、联轴器设计选择
偏航轴承选择、制动器
塔筒
塔架是风力发电机组主要承载结构， 要承受机舱的重量、风轮作用以及风作 用在塔筒上的弯矩、剪力、转矩等的作 用，还要承受风轮引起的振动载荷。本 次设计塔筒的结构采用锥筒式。塔架包 括塔筒和塔门等。本次设计选择锥形钢 制管状塔架，锥形塔架通常由一系列成 对的金属板卷成两个竖直焊缝连接的半 锥台制造。锥台高度由于设备能力的有 限一般为2-3m，在此次设计中锥台高 度选择2.5m。
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风力机的机械设计
风力机的机械设计引言风力机是一种利用风能转化为机械能的设备。
在过去几十年里，随着对可再生能源的重视和环境保护的需求，风力发电逐渐成为一种重要的能源来源。
风力机的机械设计是风力发电系统中关键的一部分。
本文将介绍风力机的机械设计的一般原理和关键考虑因素，并以某型号风力机为例，展示其机械设计的具体实例。
机械设计原理风力机的机械设计主要目的是将风的动能转化为动力传递到发电机以产生电能。
其设计原理可以简单概括为以下几个方面：1.风轮设计：风轮是风力机的核心部件，通过对风轮的设计，可以最大程度地捕捉风能。
风轮的设计包括风轮直径、叶片数量、叶片形状等方面的考虑。
通常情况下，风轮越大，叶片越多，效率越高。
2.主轴与传动系统：主轴是风轮和发电机之间的连接部件，需要具备足够的强度和刚度来承受风轮产生的力和扭矩。
传动系统通常采用齿轮传动、皮带传动或液压传动等方式，将风轮的旋转运动传递给发电机。
3.发电机设计：发电机是将机械能转化为电能的关键部件。
其设计需要考虑输出功率、效率和系统稳定性等因素。
常见的发电机包括永磁同步发电机和感应发电机等。
4.控制与保护系统：风力机的控制系统用于监测风速、转速等参数，并控制风力机的运行状态。
保护系统用于监测各个部件的工作状态，如温度、振动等，以及发电机的输出电压和频率等。
案例：某型号风力机的机械设计以某型号2MW风力机为例，我们将介绍其机械设计的主要考虑因素，并以Markdown文本格式展示设计的具体细节。
1. 风轮设计•风轮直径：75米•叶片数量：3•叶片材料：玻璃纤维复合材料•叶片形状：小扭矩大升力（高弯曲角）2. 主轴与传动系统•主轴材料：合金钢•主轴直径：2.5米•主轴承载能力：400kN•传动系统：齿轮传动3. 发电机设计•发电机类型：永磁同步发电机•额定功率：2MW•效率：97%•电压：690V4. 控制与保护系统•控制系统：PLC控制•监测参数：风速、转速、发电机电压、频率、温度、振动等•保护系统：过温保护、过载保护、欠压保护等总结风力机的机械设计是风力发电系统中的关键环节。
小型风力发电机总体结构的设计（有全套图纸）
摘要基于开发风能资源在改善能源结构中的重要意义，本论文对风力机的特性作了简要的介绍，且对风力机的各种参数和风力机类型作了必要的说明。
在此基础上，对风力发电机的原理和结构作了细致的分析。
首先，对风力发电机的总体机械结构进行了设计，并且设计了限速控制系统。
本课题设计的是一种新型的立式垂直轴小型风力发电机，由风机叶轮、立柱、横梁、变速机构、离合装置和发电机组成。
这种发电机有体积小、噪音小、使用寿命长、价格低的特点，适合在有风能资源地区的楼房顶部，供应家庭用电，例如照明：灯泡,节能灯；家用电器:电视机、收音机、电风扇、洗衣机、电冰箱。
其次，在老师的帮助下制作了限速控制的模型。
通过模型验证了小型垂直式风力发电机限速控制系统总体方案在实践中的效果，并且验证了程序是否正确，以及电路的设计是否合理。
最后，模型验证的结果表明我设计的限速控制系统方案可行，程序正确，电路设计合理。
为该类型风力发电机的设计和商品生产提供了理论依据。
关键词：风力发电；限速控制系统；小型风力发电机；小型垂直轴风力发电机。
AbstractExploiting wind energy resources is of great significance in improving energy structure.In the discourse，the characters of wind generator are introduced briefly，while parameters and types of wind generators are also narrated.Base on these，the theory and constitution of the wind generator are meticulously analyzed.Firstly，Has carried on the design to wind-driven generator's overall mechanism,And has designed the regulating control system.What I design is one kind of new vertical axis small wind-driven generator,by the air blower impeller,the column,the crossbeam,the gearshift mechanism,the engaging and disengaging gear and the generator is composed.This kind of generator has the volume to be small,the noise is small,the service life is long,the price low characteristic,suits in has the wind energy resources area building crown,the supply family uses electricity,For example illumination:The light bulb,conserves energy the lamp;Domestic electric appliances:Television,radio, electric fan,washer,electric refrigerator.Secondly，I have manufactured the regulating control model.Through model verification small perpendicular wind-driven generator regulating control system overall concept effect in reality,and has confirmed the procedure to be whether correct,as well as electric circuit's design to be whether reasonable.Finally，Model verification's result indicated I design the regulating control system plan is feasible,the procedure is correct,the circuit design is reasonable.It provides according as theory for qualitative design and commercial manufacture of this type of wind generator.Key words：Wind power generation；Regulating control system；Small wind-driven generator；Small vertical axis wind-driven generator.目录摘要 (Ⅰ)ABSTRACT (Ⅱ)第一章概述 (1)1.1风力发电机概况 (1)1.2风力发电机的研究现状 (1)1.2.1国外风力发电机的研制情况 (1)1.2.2国内风力发电机的研制情况 (2)1.3研究风力发电机的目的和意义 (4)1.4我国的风能资源及其分布 (5)第二章风力机理论 (8)2.1基本公式 (8)2.1.1风能利用系数 (8)2.1.2风压强 (8)2.1.3阻力式风力机的最大效率 (8)2.2工作风速与输出功率 (9)2.2.1风力发电机的输出效率 (9)2.2.2工作风速与输出功率 (9)2.2.3启动风速和额定风速的选定 (10)2.3风能利用与气象 (12)2.3.1风的观测对风能利用的意义 (12)2.3.2风能利用中需要的气象调查 (13)2.4风的观测 (13)第三章风力发电机方案和结构设计 (14)3.1小型垂直式风力发电机方案设计 (14)3.2风叶 (14)3.3行星齿轮加速器设计计算 (14)3.3.1设计要求 (15)3.3.2选加速器类型 (16)3.3.3确定行星轮数和齿数 (16))的选择 (16)3.3.4压力角(3.3.5齿宽系数的选择 (17)3.3.6模数选择 (17)3.3.7预设啮合角 (17)3.3.8太阳轮与行星轮之间的传动计算 (17)3.3.9行星轮与内齿轮之间的传动计算 (18)3.3.10行星排各零件转速及扭矩的计算 (18)3.3.11行星排上各零件受力分析及计算 (19)3.3.12行星齿轮传动的强度校核计算 (20)3.4电磁离合器设计计算 (24)3.4.1选型 (24)3.4.2牙嵌式电磁离合器的动作特性 (24)3.4.3离合器的计算转矩 (24)3.4.4离合器的外径 (24)3.4.5离合器牙间的压紧力 (24)3.4.6线圈槽高度 (24)3.4.7磁轭底部厚度 (25)3.4.8衔铁厚度 (25)第四章限速控制系统方案设计 (26)4.1设计限速控制系统的目的 (26)4.2限速控制系统方案分析 (26)4.3单片机 (26)4.4信号采集 (26)4.5电路 (26)4.6限速控制程序 (27)4.6.1定时器周期 (27)4.6.2程序流程图 (27)4.6.3限速控制程序 (28)第五章控制系统总体分析 (30)5.1实验和模型设计的目的 (30)5.2模型设计 (30)5.2.1设计技术指标 (30)5.2.2模型设计器件 (30)5.3电路板 (30)5.4限速控制程序装置 (31)5.5实验模型结果分析 (32)第六章结束语 (33)致谢 (34)参考文献 (35)第一章概述1.1风力发电机概况风能的利用有着悠久的历史。
(完整)十千瓦风力发电机设计
前言传统燃料终将逐渐耗竭，其价格势必日益上涨。
因此，风能业已唤起人们再检视其能否成为未来主要可靠能源之一。
风能是一种干净的、储量极为丰富的可再生能源，他和存在于自然界的矿物燃料能源，如煤、石油、天然气等不同，它不会随着其本身的转化和利用而减少,因此也可以说是一种取之不尽、用之不竭的能源.风能利用已有数千年的历史,在蒸汽机发明以前,风帆和风车是人类生产和生活的重要动力装置埃及被认为可能是最先利用风能的国家,约在几千年以前,他们就开始用风帆来帮助行船。
波斯和中国也很早开始利用风能，主要使用垂直轴风车。
我国是最早使用风帆船和风车的国家之一,至少在3000年前的商代就出现了帆船，到唐代风帆船已广泛用于江河航运。
明代以后风车得到了广泛的应用，我国沿海沿江的风帆船和用风力提水灌溉或制盐的做法，一直延续到20世纪50年代,仅在江苏沿海利用风力提水的设备增达20万台。
有效利用风能资源，减少对不可再生资源的消耗，降低对环境的污染。
在设计的过程中主要解决的问题是风力发电机的总体设计,叶片、桨叶复位机构的设计，回转体机构的设计等。
大自然的风完全不用进口,是地道的自产能源，多加利用可减低对进口石油、煤炭等化石能源的依赖，促进能源来源多元化，在国家安全上也有其战略意义。
另外，风力发电机作为防风墙不但可以发出电能还可以为我国沙尘天气的防治起到一定的作用，并且在偏远山区电网无法安装的地区风力发电机还可以为其解决用电难的问题[]3,2,1.所以我选择这个题目作为我的毕业设计，希望可以在发挥出其基本功能的前提下，做出价格便宜，结构简单,通用性强的机械设备来填写我在大学最后的一次答卷!1 概述1。
1 选题的目的与意义人类追求经济成长及现代化的结果使得能源大量消耗，然而地球的化石燃料蕴藏量有限,统计显示依照目前的消耗速率，石油蕴藏量能供人类使用不到50年，天然气不到70年,煤炭较久超过200年，终有一日人类将没有石油可用。
然而风力发电不一样,由于摄取大自然的风能，只要太阳及地球仍在运行即无匮乏之虞,而且一部装置在一般地区的风力发电机,在它20年使用寿命中所生产的电力发电机，在卸除它能耗费能源的80倍,是能让人们永续使用的再生能源之一.大自然的风完全不用进口，是地道的自产能源，多加利用可减低对进口石油、煤炭等化石能源的依赖，促进能源来源多元化，在国家安全上也有其战略意义。
风力发电机设计（含全套CAD图纸）
学科门类 ： 单位代码 ：毕业设计说明书（论文）中文题目：20千瓦风力发电机设计外文题目：20 KILOWATT WIND-DRIVEN GENERATOR DESIGN学生姓名所学专业班 级学 号指导教 师XXXXXXXXX 系二 ○ **年 X X 月本科毕业设计（论文）开 题 报 告题 目 20 千瓦风力发电机设计指 导 教 师院（系、部）专 业 班 级学 号姓 名日 期一、选题的目的、意义和研究现状自然界的风是可以利用的资源，然而，我们现在还没有很好的对它进行开发。
这就向我 们提出了一个课题：我们如何开发利用风能？自然风的速度和方向是随机变化的，风能具有不确定特点，如何使风力发电机的输出功 率稳定，是风力发电技术的一个重要课题。
迄今为止，已提出了多种改善风力品质的方法， 例如采用变转速控制技术，可以利用风轮的转动惯量平滑输出功率。
由于变转速风力发电组 采用的是电力电子装置，当它将电能输出输送给电网时，会产生变化的电力协波，并使功率 因素恶化。
因此，为了满足在变速控制过程中良好的动态特性，并使发电机向电网提供高品质的电 能，发电机和电网之间的电力电子接口应实现以下功能：一，在发电机和电网上产生尽可能 低的协波电波；二，具有单位功率因素或可控的功率因素；三，使发电机输出电压适应电网 电压的变化；四，向电网输出稳定的功率；五，发电机磁转距可控。
此外，当电网中并入的风力电量达到一定程度，会引起电压不稳定。
特别是电网发生短 时故障时，电压突降，风力发电机组就无法向电网输送能量，最终由于保护动作而从电网解 列。
在风能占较大比例的电网中，风力发电机组的突然解列，会导致电网的不稳定。
因此， 用合理的方法使风力发电机组电功率平稳具有非常重要的意义。
风力发电对电网的不利影响可以用储能技术来改善。
例如，用超导储能技术使风力发电 机组输出电压和频率稳定。
另外，飞轮储能技术发展较为成熟，具有使用寿命长，功率密度 高，基本上不受充电，放电次数的限制，安装维护方便，对环境无危害等优点。
风力发电机设计word格式
风力发电机设计word格式一、设计目的本次风力发电机设计旨在通过建立综合性的设计模型，全面了解风力发电机的相关技术和设计要素，并在此基础上进行风力发电机的设计，以实现风力发电的高效、可持续、环保的目标。
二、设计对象本次设计的风力发电机是一种水平轴风力发电机，其主要组成部分包括叶片、齿轮箱、发电机、塔身等。
三、设计要素1、风能利用率风能利用率是指风力发电机从风中吸取的能量和实际发电能量之间的比值，衡量了风力发电机的能量利用程度。
2、功率输出功率输出是指风力发电机所能输出的电能功率，是评价风力发电机性能的重要指标。
3、运行稳定性风力发电机的运行稳定性包含了机械运行稳定性、电气运行稳定性两个方面。
4、安全性风力发电机的安全性是指易受外力干扰时发电机是否有损坏的风险，以及在恶劣的天气条件下是否存在安全隐患等方面。
四、设计细节1.1 叶片设计叶片的设计是风力发电机能否高效利用风能的决定性因素。
在叶片的设计过程中，需要考虑横向和纵向叶片的数量、叶片的长度等因素。
同时应注意叶片要满足机械强度、抗风能力和耐腐蚀性能等方面的需求。
1.2 叶片角度的调整在风力发电机运行过程中，风的方向和风速经常发生变化。
因此，需要对叶片的角度进行调整，以最大化地利用风能。
2.1 齿轮箱设计齿轮箱是风力发电机的重要组成部分，起到传递轴向力和变速的作用。
在齿轮箱的设计中，需要考虑齿轮的位置、材料、齿轮比、齿轮的温度变化等因素。
同时，应确保齿轮箱有足够的机械强度和耐磨性，以确保风力发电机的稳定运行和长期使用寿命。
2.2 发电机设计发电机是风力发电机将机械能转化成电能的核心组成部分。
在发电机的设计中，需要考虑磁通密度、磁场分布、线圈匝数等因素。
同时，应将发电机的电气特性与风力发电机的机械特性协调设计，以实现最大化的功率输出。
轴承是风力发电机中最常见的易损件。
在轴承的设计中，应考虑材料、滚动体尺寸、间隙、润滑方式和温度变化等因素，以确保轴承的寿命和运行的稳定性。
风力机模型制作方案
风力机模型制作方案目的：运用材料制作出公司3KW风力发电机模型（比例10：1）。
我们严格按照设计理念、将风力机的特点在模型上表现出来，结合模型的特殊性、采取适当的渲染、夸张，以达到运用模型使潜在客户对我公司的3KW风力发电机油一个直观的认识。
3KW风力发电机模型主要有叶片、电机、机舱、塔架、底座构成。
下面我们将较为详细的介绍各个组成：制作源型：公司3kw风力机制作比例：实物与模型比例为 10：1模型尺寸数据:叶片数：3风轮直径：70cm转向：顺时针叶片长：34.4cm机舱全长：14.8cm机舱高：5.35cm塔架：100cm底座：1个首先介绍叶片，主要介绍设计图纸、材料、制作工艺。
叶片：图纸按照3KW小型风机叶片尺寸缩小为原图纸的十分之一，叶片是风力机的重要组成部分，根据低风特性，层次要求、在模型中表现出来。
叶片cad图纸材料：用木板制作出3片风力机叶片。
木材的选用依照重量轻、质地好的原则选取。
首选杉木制作工艺：叶片工装准备、检测工具（制作刀片模板）、制作工具。
叶片检测图：制作材料：硬纸板（用于制作刀片模版）：刀片模板的制作按照叶片外形轮廓来制作，根据叶片三维图分别取10个等间距的截面，导出其截面CAD 图，将导出的图纸平铺在纸板上依次用铅笔画出轮廓线，完成后用剪刀裁剪出模板。
胶合木板 (厚度3.7cm 长度35.5cm ) 制作叶片的主要材料：我们选用质量轻强度较强的木板，分别用白乳胶粘合在一起，用工装压紧木板定型，成型后用木工刨子按刀片模板修整叶片（注意每次刨的时候要用力均匀），将刨完后的叶片用150砂纸打磨，打磨后将叶片刮上腻子，腻子固化后再打磨直到喷漆效果，最后喷漆。
压紧工装（可到机加接用）乳白胶：用来粘贴木材Cad图纸与模型叶片大小比 1：1腻子磁漆：用来做叶片的表面处理，使其光滑平整。
塔架：塔架用不锈钢管和不锈钢板胶皮等制作出风力机模型的塔架。
由于模型塔架不打拉绳塔架要大于10：1的比例。
风力机组的机械设计与动力学分析
风力机组的机械设计与动力学分析风力机组是利用风能驱动的发电装置，具有环保、可再生和低成本等优势，因此受到越来越多的关注。
机械设计与动力学分析是风力机组开发的核心任务之一，本文将围绕这一主题展开论述。
一、风力机组的机械设计机械设计是指根据特定的功能需求，选择和配置适当的零部件和机械系统，以满足特定的性能要求。
在风力机组中，机械设计涉及风轮、变速箱、发电机和机组结构等方面。
首先，风轮是风力机组的核心设备之一，负责将风能转化为旋转动能。
在机械设计中，需要考虑风轮的尺寸、形状、叶片数目等参数，以及材料的选择和强度分析。
同时，还需考虑叶片的气动特性，如展向角、扭转角等，以实现最佳的功率输出。
其次，变速箱是将风轮的转速变换为适合发电机运转的转速的装置。
在机械设计中，需要选择适当的传动比和齿轮配置，以及考虑齿轮的强度、可靠性和噪声等因素。
变速箱的设计要兼顾高效率、平稳运行和长寿命。
此外，发电机是将机械能转化为电能的关键装置。
在机械设计中，需要选择合适的发电机类型（如同步发电机、异步发电机等），并考虑转子和定子之间的转矩传递和磁场分布等因素，以满足电能输出的要求。
最后，在机械设计中还需要考虑风力机组的结构设计，即支架、塔筒、底座等部件的选择和配置。
结构设计需要考虑风力机组的稳定性、可靠性和抗风载性能，以确保风力机组在恶劣气象条件下的安全运行。
二、风力机组的动力学分析动力学分析是研究物体运动和力学特性的科学领域，而在风力机组中，动力学分析主要涉及风轮的受力分析和转动特性分析。
首先，风轮受力分析是动力学分析的关键步骤之一。
在风力机组中，风轮受到来自风的气动力和惯性力的作用，还受到与变速箱和发电机之间的转矩传递相关的力。
通过对风轮的受力分析，可以确定叶片和轴的受力情况，进而评估风轮的承载能力和可靠性。
其次，风力机组的转动特性分析是动力学分析的另一个重要方面。
在风力机组运行过程中，风轮的旋转速度和转动惯量对发电机的电能输出具有影响。
风力机的机械设计
问题?
四、陀螺效应
叶轮偏航时，桨叶除受到气动力的作 用外，还受有离心力和旋转惯性力，在桨 叶中产生附加力矩——陀螺效应，附加力 矩的大小为：
M=2I1
第四章 风力发电机
常用的发电机种类 叶轮与发电机的匹配 发电机组的并网运行
§4.1 常用的发电机种类
一、同步发电机 1、基本构成
定子 定子铁心 定子绕组（定子线圈）
安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20. 12.2006 :13:530 6:13De c-2020 -Dec-2 0
作用在叶片上的力
简化为三种力：空气动力、离心力和重力。
各作用力的影响
二、阵风效应
阵风期间，风速在一秒内可变化15~20m/s甚 至更多，风向在一秒内可改变几十度。此时，叶 片处在不利的攻角下，导致所受弯矩的增加—— 阵风效应。
-U
β
W
V1
三、锥角效应
对下风式风力机，叶片与转轴的夹角小 于90度，将使正常运行时叶片受到的弯曲 应力大大减小，甚至可为零——锥角效应。
流 动的气流产生偏离而不能附着在上面（称为脱落或分离） 的现象。
W V
-U
V≤额定风速 正常气流
W
V
-U
V>额定风速 ——失速
几点说明：
正常流动时，流线平滑且流过上翼面。这种流动从翼 型前缘邻近到剖面的最大压力点处是加速进行的，然 后沿着上翼面的其余部分到后缘缓慢减速。对于保持 附着在上翼面的流动来说，这种减速必定是非常缓慢 的。
风力机在运行情况下，作用在其上的载荷就比 较复杂，主要有气动载荷，重力和惯性载荷。 它们都随时间而变化，特别是气动载荷受阵风 和风向变化的影响是随机的，要准确计算是困 难的。
3 风力机工作原理及风力机工程设计
• 设计下列不同方案下的1000kW的风力机： • 1.不同海拔高度方案：三叶式风力机，风速ρ
15m/s， λopt=5.5， Cpmax=0.44，
0 100 1.001 1.211 18.82 41.86 300 500
h/m
1000
1500
2000
Pd/（×105Pa） 1.013 ρ/（kg/m3） 1.224
4.实度б
• 定义：风轮叶片面积与风轮扫风面积之比称
为实度 • 是描述风力机特性的重要特征参数。 • 风轮的实度，是与其叶尖速比相联系的，不 同风轮的实度与叶尖速比的关系见图4-13。
• 从上述各图表可以看出：①低速风力机实
度大，叶尖速比小，扭矩大，效率低； • ②高速风力机实度小，叶尖速比高，扭短 小，效率高。
S1＜S2？
• 自然界中的空气流动 • •
可认为是不可压缩的， 由连续流动方程可得： 由动量方程，可得作 用在风轮上的气动力 为： 则风轮吸收的功率为：
S1V1 SV S2V2
F SV (V1 V2 )
P FV SV (V1 V2 )
2
P FV SV 2 (V1 V2 )
3 风力机工作原理及风力机 工程设计
2010.3.9-3.26
上节简单回顾
大气压差； 随机性，随高度增高而增大， 季节变化明显，复杂
• 风的产生与特性 • 风的能量与测量
1 1 2 3 E mV SV 2 2
V H n ( ) V0 H0
E 1 W V 3 S 2
• 风向与风频 • 风速与风级 • 风的测量
②贝茨理论
max
Pmax 16 0.593 3 0.5 SV1 27