风力发电原理第六章分析
风力发电原理 作者 徐大平 风力发电原理
1.2 中国风能资源与开发
• 1.2.1 风能特点
– 风能蕴藏量大、分布广。 – 风能是可再生能源。 – 风能利用基本没有对环境的直接污染和影响。 – 风能的能量密度低。 – 不同地区风能差异大。 – 风能具有不稳定性。
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1.2.2 我国风能资源
我国风能密度分布图
11
1.2.2 我国风能资源（续）
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1.2.3 风电发展概况（续）
我国规划的大型（千万千瓦、百万千瓦级）风电基地分布图
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1.3 风力发电技术与发展
• 1.3.1 机组类型
– 微型、小型、中型及大型风电机组 – 离网型风电机组和并网型风电机组 – 水平轴风电机组、垂直轴风电机组
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微型、小型、中型及大型风电机组
• 按照额定功率的大小，可以将风电机组分为： • 1）微型风力发电机组：额定功率小于1KW。 • 2）小型风力发电机组：额定功率1KW～
• 就目前生产技术水平，可大规模开发利用的清洁可再生能源主要有： 风能、太阳能和生物质能。
5
1.1 风能利用及风力发电历史
• 人类利用风能有资料记载的有几千年历史。早期主要是以 风做为动力——风帆、风车。
a) 帆船
b) 风车
人类早期风能利用示例
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1.1 风能利用及风力发电历史（续）
• 十九世纪晚期开始出现风力发电。 – 1887——美国人Charles F. Brush研制出世界上第一台12kW直
4
能源
• 能够直接或经转换提供能量的资源称为能源。 • 按被利用程度分:
– 常规能源：开发利用时间长，技术相对成熟、能大量生产利用。 – 新能源：开发和利用尚在研究和推广使用。
• 按取得方式分：
风力发电原理(控制)
风电成本问题：目前风电成本较高需要降低风电成本提高风电 的经济性。
风力发电技术的发展前景和展望
技术创新：随着科技的不断进步风力发电技术将更加高效、可靠降低成本提高发电量。
政策支持：各国政府对可再生能源的支持力度不断加大将推动风力发电技术的发展。
市场竞争：随着风力发电市场的不断扩大竞争将更加激烈技术领先的企业将获得更大的市场 份额。
风力发电原理和控制技 术
,
汇报人：
目录
01 添 加 目 录 项 标 题
02 风 力 发 电 原 理
03 风 力 发 电 机 组 控 制
技术
05 风 力 发 电 技 术 的 发
展趋势和挑战
04 风 力 发 电 机 组 控 制 技术的应用
Prt One
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Prt Two
风力发电原理
风力发电的基本原理
风能捕获：风能通过风力发电 机叶片转化为机械能
机械能转换：机械能通过发电 机转化为电能
电压与电流控制：通过控制系 统调节电压和电流使其稳定并 输送到电网
并网发电：与电网并联运行实 现风能的高效利用
风力发电机组的组成
风轮：捕获风能 并将其转换为机 械能
传动系统：将风 轮的机械能传递 到发电机
发电机：将机械 能转换为电能
Prt Three
风力发电机组控制 技术
风力发电机组控制系统的组成
风速传感器：测量风速为控制系统提供风速信息 控制系统：根据风速和发电机状态调节发电机组的功率输出 偏航系统：根据风向自动调整发电机组的迎风角度提高风能利用率 制动系统：在异常情况下对发电机组进行制动确保安全停机
风力发电机组控制策略
风力发电机组控制技术在节能减排中的应用
风力发电机机原理课件
1.2.2 贝兹理论
1. 贝兹理论中的假设 ——叶轮是理想的； ——气流在整个叶轮扫略面上是均匀的； ——气流始终沿着叶轮轴线； ——叶轮处在单元流管模型中，如图。
3. 动能定理的应用
基本公式：E=1/2 mV2 （m同上） 单位时间内气流所做的功——功率： P’=1/2 mV2= =1/2 SV V2
2、伯努利方程： P0 = P +1/2 * V2=常数
其中： P0 ——气体总压力； P ——气体静压力。
1
2
1
1
3
1
下持翼不面变处，流进场 而横静截压面力面P3≈积PA1。3变化较小，流速V3几乎保 上翼面突出，流场横截面面积减小，空气流速增大，
V2>V1。使得 P2 < P1，即压力减小。 结论：
Re>Recr 紊流 ——雷诺数的物理意义：惯性力与粘性力之比。 雷诺数的影响
考虑对NACA翼型升力曲线和阻力曲线的影响。随着 雷诺数的增加： ——升力曲线斜率，最大升力系数与失速攻角均增加； ——最小阻力系数减小； ——升阻比增加。
§1.2 叶轮空气动力学基础
叶轮的作用：将风能转换为机械能。 1.2.1 几何描述 叶轮轴线：叶轮旋转的轴线。 旋转平面：桨叶扫过的垂直于叶轮轴线的平面。 叶片轴线：叶片绕其旋转以改变相对于旋转平
面的偏转角——安装角（重要概念）。 半径r处的桨叶剖面：距叶轮轴线r处用垂直于
叶片轴线的平面切出的叶片截面。 安装角：桨叶剖面上的翼弦线与旋转平面的夹
角，又称桨距角，记为。
半径r处叶片截面的几何桨距：在r处几何螺旋 线的螺距。
可以从几个方面来理解：
——几何螺旋线的描述：半径r，螺旋升角。 ——此处的螺旋升角为该半径处的安装角r。 ——该几何螺旋线与r处翼剖面的弦线相切。 ——桨距值：H=2r tg r
风力发电原理解析共87页
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28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
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29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
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30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
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26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
ห้องสมุดไป่ตู้
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27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
风力发电原理解析
11、获得的成功越大，就越令人高兴 。野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而有收 益。-- 马钉路 德。
风力发电机的能量转换原理解析
风力发电机的能量转换原理解析风力发电是利用风能将其转化为可利用的电能的一种能源转换技术。
风力发电机是其中的核心设备，通过一系列的能量转换过程，将风能转化为电能供人们使用。
一、风的能量转化风是地球自然界中最常见的一种自然现象，其能量来自太阳能，由于地球表面吸收阳光的不均匀性，造成了大气的温度差异。
这使得一些地区形成了气压差异，在地球自转的作用下，空气会形成湍流运动，即风。
风的能量可以分解为动能和势能两部分。
动能：风的动能是由于风的速度而产生的。
根据动能公式E=1/2mv2，风的动能与风速的平方成正比。
势能：风的势能是由风的压力差而产生的。
根据势能公式E=mgh，风的势能与风的密度、重力加速度和高度成正比。
二、风力发电机的能量转换原理风力发电机的核心设备是风轮和发电机。
风轮采用三片或更多的叶片，通过转动的方式捕捉风的动能，并将其转化为机械能。
而发电机则将机械能转化为电能。
1. 风能转化为机械能当风吹过风轮时，风的动能作用在风轮上，使风轮开始旋转。
风轮上的叶片以固定的角度被设计，当叶片与风垂直时，风的动能最大，当叶片与风平行时，风的动能最小。
通过合理的角度设计，叶片可以最大程度地捕捉风的动能。
2. 机械能传递到发电机风轮与发电机通过主轴相连，当风轮旋转时，主轴带动发电机内部的转子也开始旋转。
发电机内部的电线圈和磁场相互作用，产生感应电动势。
利用电力产生定子和转子之间的磁场相互作用，其中一方的磁场恒定，另一方的磁场随机动作。
通过产生感应电动势，并经过整流电路和变流器的处理，将机械能转化为稳定的电能输出。
3. 电能存储与输送发电机输出的电能通过变压器进行升压处理，提高电能的传输效率。
升压后的电能通过输电线路输送到用户所在地，供人们使用。
部分电能还可以通过蓄电池等设备进行存储，以备不时之需。
三、风力发电机的技术改进与应用随着人们对可再生能源的重视和需求的增加，风力发电技术得到了快速发展和改进。
目前，已经出现了许多技术上的突破，使得风力发电机的效率和可靠性得到了显著提高。
风力发电的基本原理以及特点
垂直轴风力发电机的维护成本通常高于水 平轴风力发电机。
05
国内外风力发电现状及趋 势分析
国际风力发电现状及趋势分析
现状
近年来，全球风力发电装机容量持续增长，其中欧洲、北美和亚洲是主要的发展 区域。技术的进步和成本的降低使得风力发电在全球能源结构中的占比逐渐增加 。
趋势
未来，国际风力发电将继续向大型化、智能化和海洋风电方向发展。同时，随着 全球应对气候变化的紧迫性增加，各国政府将加大对可再生能源的支持力度，风 力发电有望在全球能源转型中发挥更大作用。
风力发电机组成及工作原理
01
02
03
风力机
包括叶片、轮毂、机舱等， 用于捕捉风能并将其转换 为机械能。
增速机
将风力机传递过来的低速 旋转转换为高速旋转，以 适应发电机的工作需求。
发电机
将机械能转换为电能，通 常采用异步发电机或同步 发电机。
控制系统与并网技术
控制系统
包括偏航系统、变桨系统、刹车 系统等，用于确保风力发电机在
国内风力发电现状及趋势分析
现状
中国拥有丰富的风能资源，近年来国内风力发电发展迅速， 装机容量和发电量均位居世界前列。政府的一系列扶持政策 为风力发电产业的快速发展提供了有力保障。
趋势
未来，中国将继续推进风力发电的大规模开发和高质量发展 。在技术创新、智能运维、海洋风电等领域将取得更多突破 。同时，随着电力体制改革的深入推进，风力发电的市场化 程度和竞争力将进一步提升。
03
风力发电的前景
随着全球对可再生能源的需求不断增长，以及风力发电技术的不断进步
和成本的降低，风力发电的前景十分广阔。未来，风力发电将在全球能
源结构中占据重要地位。
第6章-风力发电机组液压与润滑系统
第6章风力发电机组液压与润滑系统6.1 概述1、风力发电机组的液压系统的主要功能是为（），（）、（）等机构提供动力。
2、在定桨距风力发电机组中，液压系统除了提供（）外，还对机组的（）提供动力，控制空气与机械制动的开启，实现机组的开机和停机。
3、在某些变桨距风力发电机组中，采用了液压变桨距装置，利用液压系统控制（），实现风力发电机组的（）、（），同时也控制机械制动机构以及驱动偏航减速机构。
4、润滑油，填充在金属运动副之间，用以保护（），降低（），减少（），防止（），带走（），更要求超强（）、抗（）和良好的（）适应性能，保证设备在设计寿命内无故障运行。
6.2 风力发电机组的液压系统1、液压系统主要功能：2、某些机组采用液压变桨距系统，对于变桨距系统的伺服油缸，需要压力油的（）和（）都要适时变化，系统中的控制元件是（）。
3、比例阀控制技术基本工作原理：4、变桨距液压系统图见P157，熟悉各液压元件，读懂工作原理。
5、风力发电机液压系统使用的液压油要求具有良好的（）、（）及（）性能，能适应北方寒冷的气候。
推荐使用黏度指数高、抗磨性能好、抗腐蚀、抗氧化性能好、空气释放性、分水性能以及低温性能优异的液压油。
6.3 液压系统的使用与维护1、液压油污染原因：2、液压油污染危害：3、液压系统检查项目：4、液压故障处理：6.4 润滑基础1、一般来说，在摩擦副之间加入某种物质，用来（）、（），以达到延长机件使用寿命的措施叫润滑。
2、能起到减低机件接触面间的（）的物质都叫润滑剂。
3、润滑对机械设备的正常运转起着如下作用：4、根据润滑剂的物质形态分类：5、根据润滑膜在摩擦表面间的分布状态分类：1.（）；2.（）。
6、润滑油由（）加（）调和而成。
基础油在润滑油成分中，一般占（）以上。
7、添加剂按其性能区分有：8、润滑脂由（）加（）和（）组成。
基础油可以是（）或（）。
6.5 风力发电机组的润滑1、风力发电机组使用的油品应当具备下列特性：2、风力发电机组运行的环境温度一般不超过（）度，且持续时间不长。
风力发电原理
风轮旳总转矩是由风轮桨叶全部叶素旳转矩微元之和。根据一样能够由总转矩得到风力机吸收总旳风能。
气流相对于叶片旳相对速度为：
33
3 涡流理论
因为存在尾流和涡流影响，风轮叶片下游存在着尾迹涡，它形成两个主要旳涡区：一种在轮毂附近，一种在叶尖。当风轮旋转时，经过每个叶片尖部旳气流旳迹线为一螺旋线，在轮毂附近也存在一样旳情况，风速旳涡流系统如下图。
5
当翼片与气流方向有夹角（该角称攻角或迎角）时，随攻角增长升力会增大，阻力也会增大，平衡这一利弊，一般说来攻角为8至15度很好。超出15度后翼片上方气流会发生分离，产生涡流，升力会迅速下降，阻力会急剧上升，这一现象称为失速。
6
7
发生转变旳临界角度称之为临界迎角或失速迎角，对于不同旳翼型失速迎角也不同，一般翼型多在10度至15度，一般薄翼型失速迎角稍小，厚翼型失速迎角要大某些；对于同一种翼型影响失速迎角旳是翼片运营时旳雷诺数与翼片旳光洁度。
计算出升力为3075牛顿
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风力机叶片运动时所感受到旳风速是外来风速与叶片运动速度旳合成速度，称为相对风速。上图是一种风力机旳叶片截面，当叶片运动时，叶片感受到旳相对风速为w，它是叶片旳线速度（矢量）u与风进叶轮前旳速度（矢量）v旳合成矢量。
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相对风速与叶片弦线之间旳夹角就是叶片旳攻角α
（2）
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根据国家原则，把风力发电机组旳分为5级，按年平均风速10 m/s、8.5 m/s、7.5 m/s、6 m/s四种风速和特殊设计风速一个（本处设为13 m/s），我们再增长停机风速20 m/s和起动风速3 m/s共七个风速来计算单位面积（每平方米）旳风功率与风压，计算所得数据填于下表： 风速、风功率、风压对照表
22
风力发电原理(控制)教学课件
机舱
包含发电机和齿轮箱， 用于将风轮的机械能转
换为电能。
塔筒
支撑整个风力发电机组 ，提供所需的高度以捕
获更多风能。
控制系统
监控风力发电机组的运 行状态，确保其安全、
高效地运行。
风力发电机的工作原理
01
02
03
04
风能捕获
当风吹过风轮叶片时，叶片的 翼型剖面产生升力，使叶片旋
转。
机械能转换
风轮通过主轴和齿轮箱将旋转 的机械能传递给发电机。
生命周期成本
包括初始投资、运营和维护成 本在内的总成本。
03
CATALOGUE
控制系统的基本原理与技术
控制系统的基本概念与组成
控制系统定义
控制系统是一种通过输入、处理和输出等环节，实现某一特定目 标的闭环系统。
控制系统组成
控制系统通常由传感器、控制器、执行器和被控对象等部分组成。
控制系统的基本功能
风力发电机组的维护与检修
日常维护
定期检查风电机组及相关设备的运行状态，及时 发现并处理潜在故障。
定期检修
根据设备运行状况和维修周期，进行全面的检查 、测试和维修，确保设备正常运行。
备件管理
建立完善的备件管理体系，确保备件供应及时、 充足，降低设备维修成本。
风力发电与其他可再生能源的互补利用
风光互补
利用风能和太阳能的互补性，合理配置风光发电机组，提高能源 利用效率和可靠性。
多能互补
结合风能、太阳能、水能等多种可再生能源，构建多能互补发电 系统，实现能源的多元化和稳定性。
区域能源互联
加强区域内的能源互联互通，优化能源资源配置，提高可再生能 源的消纳能力和能源利用效率。
06
风力发电培训教学计划
风力发电培训教学计划第一章：风力发电基础知识1.1 风力发电的历史与现状- 介绍风力发电的发展历史- 分析风力发电在当前能源结构中的地位- 探讨风力发电的优势与不足1.2 风力发电原理- 讲解风力发电的基本原理- 分析风力发电的工作过程- 研究风力发电的发电机组成1.3 风力资源评估- 介绍风力资源的形成与特点- 学习风力资源的评估方法- 分析风力资源评估在风力发电项目中的重要性第二章：风力发电技术2.1 风力发电设备- 学习风力发电的主要设备包括风机、叶片、轮毂、变速器、发电机等- 分析风力发电设备的工作原理和关键技术- 探讨不同类型风力发电设备的适用场景和特点2.2 风力发电站建设- 学习风力发电站的选址原则- 探讨风力发电站的土地利用规划- 了解风力发电站的工程建设流程和关键技术2.3 风力发电运维与维护- 分析风力发电的运维与维护工作内容- 学习风力发电系统的故障诊断与排除方法- 了解风力发电设备的定期检测与维护流程第三章：风力发电项目开发与管理3.1 风力发电项目开发流程- 探讨风力发电项目的规划与立项流程- 学习风力发电项目的前期调研与论证方法- 分析风力发电项目建设阶段的关键技术和管理要点3.2 风力发电项目投融资- 了解风力发电项目的投融资模式- 学习风力发电项目的投资评估方法- 探讨风力发电项目的融资渠道和筹资方式3.3 风力发电项目监管与运营- 了解风力发电项目的政策法规要求- 学习风力发电项目的监管机制与管理方法- 探讨风力发电项目的运营管理与效益评估第四章：风力发电市场分析4.1 全球风力发电市场现状- 了解全球主要风力发电市场的发展状况- 分析全球风力发电行业的竞争格局和趋势- 研究全球风力发电市场未来发展前景4.2 中国风力发电市场分析- 探讨中国风力发电市场的发展历程和现状- 分析中国风力发电市场的政策环境和产业格局- 研究中国风力发电市场的发展趋势和机遇第五章：风力发电案例分析与实践5.1 国内外典型风力发电项目案例分析- 案例分析国内外典型风力发电项目的建设和运营情况- 探讨成功案例和失败案例的经验教训- 基于案例分析，总结出适合不同情况下的最佳实践方法5.2 风力发电实地考察与实践- 组织学员进行风力发电项目实地考察- 将实地考察结果进行讨论和总结- 进行风力发电技术实践操作，提升学员实际操作能力第六章：风力发电未来发展趋势6.1 新能源政策与发展趋势分析- 分析全球和中国新能源政策的变化和趋势- 探讨新能源发展趋势对风力发电的影响- 了解新能源政策对风力发电行业的挑战与机遇6.2 风力发电技术创新与发展- 介绍当前风力发电技术创新的方向和成果- 分析风力发电技术在未来的发展趋势- 探讨新技术对风力发电行业的影响和推动作用6.3 风力发电行业发展前景预测- 分析风力发电行业的市场需求和发展趋势- 预测风力发电行业未来发展的规模和速度- 探讨风力发电行业的发展前景和机遇总结：通过本次培训，学员将全面了解风力发电的基础知识、技术原理、市场分析和未来发展趋势，掌握风力发电项目的开发、管理和实践技能，为未来从事风力发电行业提供理论和实践知识支持。
浅谈风力发电机原理及风力发电技术
浅谈风力发电机原理及风力发电技术摘要：风能作为自然资源，是新能源的重要组成内容，借助于风能进行发电是当前新能源发电的主导方法，而且该发电方法越来越受到世界各国的关注。
基于此，本文将对风力发电机原理及风力发电技术进行分析。
关键词：风力发电机；发电原理；风力发电技术1 风力发电的技术原理风能是一种清洁无公害的能源，在当前社会发展过程中，合理应用风力发电技术，不仅能够实现风力资源的有效利用，还能满足人们生活、生产对电能的需要。
风力发电机的工作原理比较简单，风轮在风力的作用下旋转，把风的动能转变为风轮轴的机械能。
发电机在风轮轴的带动下旋转发电。
近年来，随着人们环保节能意识的不断深入，为了进一步提升风能的利用率，风力发电系统越发复杂，当前的风力发电机系统中除了风轮系统、发电机外，还有齿轮箱、控制系统、偏航系统和塔架等部分。
具体来说，首先，在风力发电系统运转过程中，齿轮箱中齿轮的相互作用可以有效提升发电机的转速，在提升发电机工作效率的同时，保证了电力供应的稳定性。
其次，在风电系统运转过程中，控制系统是保证系统整体稳定工作的关键系统，不仅能够对风电系统中的各个模块进行有效的管控，对风电系统并网、脱网状态进行控制，保证风力发电机能够保持电压频率的稳定性，还能对系统整体工作状态加以监控，一旦发现系统运转过程中出现问题，则及时发出警报信号，便于工作人员对故障进行排除。
再次，偏航系统在实际应用过程中，能够依据风电系统安装位置风力变化情况，对风轮的扫掠面进行控制，通过保证扫掠面与风向始终保持垂直状态的方式，进一步提升风力资源的利用效率。
最后，在风力发电系统停止工作时，为切实降低风力发电系统停机的难度，可以通过合理应用伺服控制技术，调整桨距角改变风轮转速，从而实现风电发动机的速度的管控，在保证系统能够稳定停止运转的同时，不会给后续发电系统的重启造成不利影响。
2 风力发电技术要点2.1 变速风力发电技术简单理解，这一技术就是改变原有发电机恒速运动，在风速发生变化时，风力发电机组的状态也会出现改变，这样就能够依照风速的大小实时调节发电系统运行中各类设备的运行状态，以此获取恒定的发电频率。
风力发电的基本原理
1 引言风是最常见的自然现象之一，是太阳对地球表面不均衡加热而引起的“空气流动”，流动空气具有的动能称之为风能。
因此，风能是一种广义的太阳能。
据世界气象组织（WMO ）和中国气象局气象科学研究院分析，地球上可利用的风能资源为200亿kW ，是地球上可利用水能的20倍。
中国陆地10m 高度层可利用的风能为2.53亿kW ，海上可利用的风能是陆地上的3倍，50m 高度层可利用的风能是10m 高度层的2倍，风能资源非常丰富。
风能是一种技术比较成熟、很有开发利用前景的可再生能源之一。
风能的利用方式不仅有风力发电、风力提水，而且还有风力致热、风帆助航等。
因此，开发利用风能对世界各国科技工作者具有极强的魅力，从而唤起了世界众多的科学家致力于风能利用方面的研究。
在本文中，将对风力发电技术的基本原理和发电机的发展方向进行论述。
1.1 温度、大气压力和空气密度通过温度计和气压计测试出实验地点的环境温度和大气压，由下式计算出空气密度。
101325)273(99.352h t +=ρ （1） 式中的ρ是空气密度，H 是当地大气压力，T 是温度（单位是摄氏度）。
从空气密度公式可以看出，空气密度的大小与大气压力、温度有关。
1.2 风能的计算公式空气运动具有动能。
风能是指风所具有的动能。
如果风力发电机叶轮的断面面积为A ，则当风速为V 的风流经叶轮时，单位时间风传递给叶轮的风能为（本论文公式中的物理量除特殊情况说明外均采用国际单位）mv p 21=2 （2） 其中：单位时间质量流量m=ρAV ρAV P 21= 3221AV V ρ= （3） 而风能发电机实际转换的有用功率是：321AV C P e m p w ρηη= （4） 式中的W P 是每秒空气流过风力发电机叶轮断面面积的风能，即风能功率，单位W ，P C 是叶轮的风能利用系数，m η是齿轮箱和传动系统的机械效率，一般为0.80—0.95，直驱式风力发电机为1.0，e η是发电机效率，一般为0.70—0.98，ρ是空气密度，A 是风力发电机叶轮旋转一周所扫过的面积，V 是风速。
风力发电的物理原理剖析
风力发电的物理原理剖析风力发电是一种利用风能将其转化为机械能，再进一步转化为电能的发电方式。
它是一种可再生能源的利用方式，具有环保、经济、可持续等特点。
本文将通过解析风力发电的物理原理，从空气流动、转子叶片、发电机等方面剖析风力发电的工作过程。
首先，风力发电的物理原理基于空气流动。
风是空气在地球表面受到温度差异和地球自转的作用而不断流动的结果。
风的动能可以表示为1/2mv^2，其中m是单位时间内通过某一面积的空气质量，v是空气的速度。
因此，风能与风速的立方成正比。
接下来，风能通过转子叶片将其转化为机械能。
转子叶片是风力发电机组中最关键的部分，它们通常由玻璃纤维复合材料或铝合金等轻而坚固的材料制成。
当风经过叶片时，由于气体的粘性以及叶片的形状和角度，空气会被强制改变方向，产生一个压力差。
这个压力差会对叶片表面施加力，使叶片开始旋转。
这个旋转过程就是将风能转化为机械能的过程。
然后，机械能通过发电机将其转化为电能。
发电机是风力发电机组中负责将机械能转化为电能的关键组件。
发电机主要由转子和定子组成。
转子与转子叶片连接，当转子受到机械力作用时就会旋转。
在转子内部有一组线圈，当转子旋转时，线圈中的磁场也会发生改变。
同时，定子内部也有一组线圈，当转子旋转时，定子线圈中的磁场与转子线圈的磁场相互作用，产生感应电动势。
根据电磁感应定律，一旦有电动势产生，就可以通过电流形式输出电能。
最后，电能通过变压器进行升压传输。
由于风力发电机组产生的电能通常较低，需要通过变压器将电能升压，以便更好地进行传输和分配。
变压器通过电流的电磁感应，将低压电能转化为高压电能，以减少能量损失，并提高电能的传输效率。
综上所述，风力发电的物理原理是基于空气流动、转子叶片和发电机的工作原理。
当风通过转子叶片时，被强制改变方向，产生压力差，进而驱动转子旋转。
而转子内的线圈的旋转运动则会通过电磁感应产生电动势，完成从风能到机械能再到电能的转化过程。
风力发电机概述,风力发电机工作原理,风力发电机各个部件介绍
风力发电机概述一、风力发电机风力发电的原理简单来说：风力发电原理是把风的动能转换为风轮轴的机械能最后到电能！工作原理现代变速双馈风力发电机的工作原理就是通过叶轮将风能转变为机械转距（风轮转动惯量），通过主轴传动链，经过齿轮箱增速到异步发电机的转速后，通过励磁变流器励磁而将发电机的定子电能并入电网。
如果超过发电机同步转速，转子也处于发电状态，通过变流器向电网馈电。
齿轮箱可以将很低的风轮转速（1500千瓦的风机通常为12-22转/分）变为很高的发电机转速（发电机同步转速通常为1500转/分）。
风机是有许多转动部件的，机舱在水平面旋转，随时偏航对准风向；风轮沿水平轴旋转，以便产生动力扭距。
对变桨矩风机，组成风轮的叶片要围绕根部的中心轴旋转，以便适应不同的风况而变桨距。
在停机时，叶片要顺桨，以便形成阻尼刹车。
就1500千瓦风机而言，一般在3米/秒左右的风速自动启动，在11.5米/秒左右发出额定功率。
然后，随着风速的增加，一直控制在额定功率附近发电，直到风速达到25米/秒时自动停机。
二、风力发电机结构风力发电机整机主要包括：1.机座2.传动链（主轴、齿轮箱）3. 偏航组件（偏航驱动、偏航刹车钳、偏航轴承）4.踏板和棒5.电缆线槽6.发电机7.联轴器8.液压站9.冷却泵(风冷型无) 10.滑环组件11.自动润滑12.吊车13.机舱柜14.机舱罩15.机舱加热器16.轮毂17.叶片18.电控系统等。
1、机座：机座是风力发电整机的主要设备安装的基机座：础，风电机的关键设备都安装在机座上。
(包括传动链（主轴、齿轮箱）、偏航组件（偏航驱动、偏航刹车钳、偏航轴承）、踏板和棒、电缆线槽、发电机、联轴器、液压站、冷却泵(风冷型无)、滑环组件、自动润滑、吊车、机舱柜、机舱罩、机舱加热器等。
机座与现场的塔筒连接，人员可以通过风电机塔进入机座。
机座前端是风电机转子，即转子叶片和轴。
2、偏航装置偏航装置：：自然界的风，方向和速度经常变化，为了使风力机能有效地捕捉风能，就相应设置了对风装置以跟踪风向的变化，保证风轮基本上始终处于迎风状况。
风能转化为动力能的基本原理分析与应用
风能转化为动力能的基本原理分析与应用风能转化为动力能的基本原理分析与应用一、基本原理分析风能转化为动力能所依据的基本原理是风能的动能和气压差的转换原理。
1. 风能的动能转换原理风是由于大气中气压的差异而产生的气流，在气流中存在着动能。
当气流经过风能转化设备时，其动能可以转化为机械能，如将风能通过风力发电机转化为电能。
此原理即是利用风的动力将其转化为机械能或电能。
2. 气压差的转换原理风力是由于大气中气压的差异而产生的，风力可以用于推动物体或执行工作。
例如，当风力作用于风车的叶片时，叶片会受到风力的推动而旋转，从而产生转动力，驱动其他机械设备进行工作。
二、应用领域风能转化为动力能的应用领域非常广泛，其中包括风力发电和风力驱动机械设备等。
1. 风力发电风力发电是最常见的风能转化为动力能的应用方式。
通过风力发电机将风的动能转化为电能，可以为城市、农村和工业生产提供电力。
风力发电机的工作原理是将风的动力转化为机械能，再通过发电机转换为电能。
风力发电广泛应用于各个国家和地区，成为清洁能源的重要组成部分。
2. 风力驱动机械设备风力还可以用于驱动机械设备，如风车、风车泵、风车磨等。
风车通常用于抽水、磨面粉等农业生产或生活用途；风车泵则利用风的动力将水抽起，用于农田灌溉或抽水救灾等；风车磨则利用风的动力将谷物磨成面粉，用于食品加工等。
这些机械设备不需要外部能源输入，可以利用大自然的风力完成工作。
三、优势与不足风能转化为动力能有以下优势：1. 风能是可再生的清洁能源，不会造成环境污染；2. 风能广泛分布于全球，不会存在能源短缺的问题；3. 风能转化为动力能的设备相对成本较低，维护保养也相对简单；4. 风力发电可以实现分散化发电，减少主要能源的集中消耗。
然而，风能转化为动力能也存在一些不足之处：1. 受限于风力的不稳定性，风力发电的效率受到天气因素的影响，不易长期稳定提供电力；2. 风能转化为动力的设备需要占用较大的空间，对土地资源有一定的要求；3. 风能转化为动力的设备可能会对周围环境和生态系统产生一定的影响，如对鸟类迁徙、生物多样性等造成一定的干扰。
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§6-2
载荷来源Βιβλιοθήκη 一、均匀稳定空气流的载荷假设空气流均匀稳定地流经风轮扫掠面，那么水平轴 风轮叶片承受着稳定的气动力。垂直轴风轮则不同， Darrieus风轮或类似结构风轮在均匀流场中承受着随时间 发生改变的载荷。 水平轴风轮叶片上的风载荷，在很大程度上由从叶片 根部到叶尖的有效风速的变化来决定。此外，风轮叶片的 结构形状也影响着风载荷在叶片上的分布。
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将百年中的最大阵风作为风力机的最大静载荷， 此时叶片迎风且静止，叶片安装角达90°。设CD为叶 片垂直于风向的阻力系数。作用在[r，r+dr]叶素上的 力为
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计算和经验表明，某些大型风力机，在风轮迎风 静止状态下，叶片经得起60m／s左右的大风。
在整个叶片长度上对载荷进行积分，便可得出整个叶片 的载荷和力矩。切向载荷提供了风轮旋转力矩，推力载荷分 布提供了整个风轮推力，如图示。这两个参数本质上决定了 整个风力机的静态载荷水平。
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在变桨距控制风轮中，风轮力矩和推力增加到某一值 后下降，使得风轮控制系统将捕获的风能控制在额定功率附 近。因此，在额定功率点风轮推力是最大的，然后下降。 在没有变桨距控制的风轮中，靠气动失速来限制功率 输出，因此风轮在到达额定功率后，推力继续增加，或者保 持在一个恒定的水平。正因为如此，无变桨控制的风轮承受 着更高的空气动力载荷。
第六章
风力机载荷和结构应力
风力机在运行的过程中承受着多种应力和载荷。载荷 是设备结构设计的依据，其分析计算在设计过程非常关键 。载荷分析不准确，可能导致结构强度设计问题，过于保 守则造成风电机组的总体设计成本增加。 载荷设计时应考虑以下条件: 首先，保证部件能够承受极限载荷，必须能够承受可 能遇到的最大风速。 其次，保证风力机20～30年的使用寿命。然而，极限 载荷产生的应力相对容易估计，而疲劳寿命问题则是相对 较为困难。 第三，注意部件的刚度，这与其振动和临界变形有很 大关系。如果风力机所有部件的刚度参数能够很好地满足 ，那么风力机的振动性能就能够很好地控制。因而，刚度 也是决定部件尺寸的主要参数之一。
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二、垂直剪切风和横风
只要风不对称地吹扫风轮，就产生不稳定的、循环变 化载荷。受地表粗糙度的影响，风速随高度增加而增加， 不可避免地造成风的不均匀性。为此，风轮在每旋转一圈 中，叶片在上部的旋转部位，比离地面近的部位承受的风 载荷更高。由于横风风向的快速变化，也引起了风轮的循 环变化的载荷。 垂直剪切风和横风导致在叶片上循环地增加和降低气 动载荷。与稳定而均匀风产生的基本载荷相比，产生了极 大的变化。
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在拍向方向，随着风速的增加，叶片整体的载荷在增大， 且叶尖比叶片根部承受着更大的载荷。但当风速为切出风速时 ，叶片根部拍向承受着最大风载荷，叶尖载荷几乎最小。 扭角是在额定风速经优化得到的，因而只有在额定风速下 的气动载荷才接近于理论最佳值。在其他风速，特别是较额定 风速更高的风速，会在接近于轮毂的部分产生气流分离，这导 致气动载荷发生巨大改变。 P45-11 能源动力与机械工程学院
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左图为叶片切线方向的载荷分布，其载荷导致叶片产 生了切向的弯曲应力；右图为拍向的风载荷分布，反映了 轴向推力导致叶片在拍向的弯曲应力。从两图可以看出， 由于叶片的扭曲，从起动风速到切出风速，叶片载荷分布 轮廓明显不同。
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在切向分布，随着风速的提高，叶片切向承受的风载 荷增大，且为均匀分布；但在切出风速24m／s时，叶片根 部承受的载荷最大，且从叶根向叶尖移动，载荷逐渐在减 小。
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按结构设计要求分类：
最大极限载荷：风电机组可能承受的最大载荷，需要 根据载荷的波动情况，考虑相应的安全系数。 疲劳载荷：风电机组构件的寿命设计要考虑的主要因 素，与构件所承受交变循环载荷的循环次数对应。
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按载荷时变特征分类：
平稳载荷：指均匀风速、叶片的离心力、作用在塔架上的 风电机组重量引起的载荷，包括静载荷。 循环载荷：指由于风剪切、偏航系统的误差以及误操作、 重力等引起的周期性载荷。
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§6-1
风力机载荷类型
风力机所处的环境不同，其载荷也有所不同，图示了 风力机组所承受的各种载荷。
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按载荷源分类
空气动力载荷：由于空气流动及其与风电机组动、静部件 相互作用所产生的载荷，是风电机组主要的外部载荷之 一，取决于作用于风轮的风况条件、风电机组气动特性 、结构特性和运行条件等因素。 重力和惯性载荷：由重力、振动、旋转及地震引起的静 态和动态载荷。 操作载荷：在风电机组运行和控制过程中产生的载荷， 如发电机负荷控制、偏航、变桨距以及机械刹车过程产 生的载荷。 其他载荷：尾流载荷、冲击载荷和覆冰载荷等。
随机载荷：由湍流风引起的气动载荷。
瞬变载荷：由于阵风、起停机和变桨距等操作、冲击载荷 等引起的载荷。 共振激励载荷：与结构动态特性有关的载荷。
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下图用两个坐标图来表明风轮所受的载荷
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在叶片局部断面所在的旋转坐标轴系统中，作用于风轮 叶片的力和力矩被分解为沿弦向和拍向两个分量。在机翼弦长 方向，获得弦向分量；在垂直于弦长方向，为拍向分量。在风 轮旋转平面内，作用于风轮的力被分解为旋转面的切向力和垂 直于旋转平面的推力分量。这个二维系统表达了以载荷的形式 作用于风轮上的全部受力和力矩。 P45-7 能源动力与机械工程学院
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下图反映了由于剪切风风轮廓和沿风向变化的不对 称气流轮廓，而引起的叶片根部的弯曲应力。
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在风轮旋转中，叶片空气动力学载荷的变化也代表了 风轮整体载荷的变化。对于非铰链连接的两叶片风轮，变桨 和偏航中的交变应力，造成偏航传动部件中相当大的疲劳载 荷。基于此原因，大型两叶片风力机通常设计有摇摆轮毂， 可或多或少补偿了这些变化的载荷。 阵风导致风速在短时间内增加和风向的显著改变。但 由于风力机的惯性和对风向调节的滞后，风速增加后，而风 轮来不及作出快速增加转速的反应，短时间内叶片表面气流 相对速度很高；由于风轮轴不可能立即和已改变的风向一致 ，所以会发生对风偏差30°～40°，甚至更多，结果使叶片 承受的弯曲力矩增大。事实上攻角变化比气流相对速度增大 ，而引起更大的应力。