风力发电原理及前景概述
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
高传动比齿轮箱型机组：风轮的转速较低，必须通过齿轮箱、 齿轮 副的增速来满足发电机转速的要求。 齿轮箱的主要功能是增速和动力 传递。
直接驱动型机组：应用了多极同步风力发电机，省去风力发电系 统中常见的齿轮箱， 风力机直接拖动发电机转子在低速状态下运转。
中传动比齿轮箱（“半直驱”）型机组：采用一级行星齿轮副，其 增速比约为高传动比齿轮副的 1/10，因而减少了多极同步风力发电机的 极数和体积。 2.2.5按转速变化分
关键词：风力发电，不可再生能源，发电机，，枫叶叶片，结构设 计。
前言
本次论文的出发点是考虑到世界资源已经到了极度匮乏的地步，无 论是人们为了一己私欲。还是正常开采，按现在的科学技术，地球可供 开发资源已经不足50年，虽然水能风力领域都有了一定的成就，但是对 风能的利用还是进展不大，所以就成了落在我们当代大学生的身上的重 任。
结构， 其中心预置与塔架连接的基础部件，基础周围还设置了防雷击 的接地装置。水平轴风力发电机组机舱构成示意图见图1。
图1风力发电机组机舱构成
2.2 分类
风力发电机组类型主要按容量和结构即（机型）划分。 2.2.1按容量分
容量在0.1~1kW为小型机组,1~100kW为中型机组,100~1000kW 为大 型机组 ,大于10000kW 为特大型机组。 2.2.2按风轮轴方向分
3.2.2轮毂 轮毂用于将叶片固定到转轴上， 并将风轮的力和力矩传递到主传
动机构，同时控制叶片桨距角（使叶片作俯仰转动）。 轮毂有固定式 和铰链式两种。
固定式轮毂为铸造或焊接结构件， 铸造采用铸钢或球墨铸铁材 料。目前，三叶片风轮普遍采用这种刚性轮毂。
铰链式轮毂常用于单叶片和两叶片风轮， 又分为叶片之间相对固 定和各叶片自由两种类型。 前者两叶片之间固定连接，轴向相对位置 不变；后者每个叶 片互不依赖，在外力作用下，叶片可单独作调整运动。
5.4变速变桨距风电机组占主导地位。变桨距功率调节方式具有系统 柔性好、调节平稳、发电量大的优点，这种调节方式将逐渐取代失速功 率调节方式。变速恒频方式通过控制发电机的转速，能使风力机的叶尖 速比接近最佳值，从而最大限度地利用风能，提高发电量，已逐渐取代 恒速恒频调节方式。
5.5开发新型风力发电机。无刷交流双馈异步发电机除了具有交流双 馈异步发电机的优点外， 还因省去电刷和滑环而具有结构简单可靠、 基本上免维护的优点［2］。 高压同步发电机的特点是输出电压高达 10 ～40 kV，因而可省去变压器而直接与电网连接，并采用高压直流输 电； 其转子采用多极永磁励磁，可直接与风力机轴相联，省去了齿轮 箱。
黑龙江农业经济职业学院 毕业论文
风力发电原理及前景概述
姓 名： 指导教师： 专 业： 班 级：
2010年 6月20日
目录
摘要
1
前言
2
1 国内外风电发展历史、现状
3
2 风力发电机组的构成及分类
2.1风力发电机组的构成
2.2风力发电机类型
4
3 风力机的气动特性及构成
3.1气动特性
4
3.2气动机的构成
5
图 3 一种典型的 Cp 与 α 的关系曲线 风力发电机组的风轮并不能提取风的所有功率。 根据贝兹（Betz）
理论，风力机能获取的最大功率是风功率的59.3%。
3.2 结构
风力机的核心部件是风轮， 风轮由叶片和轮毂组成。 3.2.1叶片
叶片具有空气动力形状，能接受风能，使风轮绕轴转动。叶片呈螺 旋桨状，其上不同截面的桨距角随其所处半径的增大而逐渐减小。
4 典型风力发电机的结构特点
异步风力发电机
6
双反馈异步风力发电机
直驱式交流永磁同步发电机
5 风力发电发展动向
7
结论
8
参考文献
9
致谢
10
3 3 4
6 6
7
风力发电机组结构
摘 要： 基于现今全世界的风力发电利用率比较低，这对于我们 当代大学生既是机遇也是挑战，对于现如今世界资源匮乏，不可再生能 源的一步步减少，如果能研究风力发电技术提升到一定的高度达到普 及，不但是对于国家、乃至整个世界都是不可磨灭的贡献
铰链式轮毂具有活动部件， 相对于固定式轮毂来说，制造成本 高、可靠性较低、维护费用高，但其所承受的力和力矩较小。
4. 典型风力发电机的结构特点
4.1 异步风力发电机
一般采用笼型异步发电机， 其定子由铁芯和定子绕组构成，转子为 笼型结构，转子铁芯由硅钢片叠成。 其转子无需外加励磁，没有集电 环和电刷，结构 简单、运行可靠、价格便宜且并网容易。 由于是定速恒频机组，转速 基本不变，风力发电机组运行在最佳Cp 下的概率较小，因而其发电能 力比后述的两种机 型低。 该类型机组运行时， 从电力系统吸收无功功率，为满足电网对 风电场功率因数的要求，多在机端并联补偿电容器。
5.1单机容量增大。目前世界上最大风电机组的单机容量达到了 6 MW， 叶轮直径 127 m，8～l0 MW的风电机组也已在设计开发中。 由 于风电机组设备的大型化尚未出现技术限制，其单机容量将继续增大。
5.2传动系统设计不断创新。 从中长期看，直驱式和半直驱式传动系 统在特大型风力机中所占比例将日趋提高。 传动系统采用集成化设计 和紧凑型结构是未来特大型风力机的发展趋势。
定桨距机组：叶片固定安装在轮毂上，角度不能改变， 风力机的 功率调节完全依靠叶片的气动特性（失速）或偏航控制。
变桨距（正变距）机组：须配备一套叶片变桨距机构，通过改变翼 型桨距角，使翼型升力发生变化从而调节输出功率。
主动失速（负变距）机组：当风力机达到额定功率后，相应地增加 攻角，使叶片的失速效应加深，从而限制风能的捕获。 2.2.4按传动形式分
风力发电的两个主要趋势是清晰可见的：一，能源多元化，包括可 再生能源，如：太阳能和风力发电；二，尽量减少主要能源 — 煤对环 境的破坏。随着国际原油价格节节攀升，寻求替代能源的步伐也在不断 加快。风力发电的前程似锦
1、国内外风电发展历史、现状
人类对于风能的开发利用也很早就开始了。但是，近代火力、水力发 电机的广泛应用和20世纪50年代中东油田的发展，使风力发电机的发展 缓慢下来。在我国风力发电机组的研制工作开展较早，但是没得到足够 的重视与支持，因而发展较慢。五十年代后期有过一个兴旺时期，吉 林、辽宁、内蒙古、江苏、安徽和云南等省都研制过千瓦级以下的风 车，但是没有做好巩固和发展成果的工作。七十年代后，随着国民经济 的较快发展出现了能源供应紧张、环境污染严重等现象，另外由于科技 意识日渐深入人心，可再生无污染的风能利用受到了足够的重视。在浙 江、黑龙江、福建研制出了较大功率的机组；内蒙古的有关单位研制的 小型风力发电机已有批量生产，用于解决地处偏远、居住分散的农牧民 住户、蒙古包的生活用电和少量生产用电。八十年代以来，风力发电在 我国得到了相应的发展。目前微型（<1KW）、小型（1-10 KW）风力 发电机的技术日渐成熟， 已经达到商品化程度。同时大型风力发电机 组（600 KW）也研制成功，并已投入了运行。此外，从国外引进了大 型风力发电机组建设了20余个风电场。总装机容量达到了近25MW。从 统计资料来看，在我国风能利用与风力发电技术虽然有了一定的进展， 与国外先进国家相比较仍然存在差距，尤其是在大型风力发电机组的开 发与研制方面。
从统计资料来看，在我国风能利用与风力发电技术虽然有了一定的 进展，与国外先进国家相比较仍然存在差距，尤其是在大型风力发电机 组的开发与研制方面。
2. 风力发电机组的构成及分类
2.1 构成
风力发电机组由风轮、机舱、塔架和基础构成。风轮是风力机的核 心部件。机舱由底盘、整流罩和机舱罩组成，底盘上安装机组发电系 统、变桨距系统及偏航系统等主要部件。 机舱罩后上方装有风速和风 向传感器，舱壁上有隔音及通风装置等，底部与塔架连接。塔架支撑机 舱达到所需高度，其上布置发电机和主控制器之间的动力电缆、控制电 缆及通信电缆， 塔架上还装有供操作人员上下机舱的扶梯或电梯。基础采用钢筋混凝土
由于风速随气候环境变化， 驱动发电机的风力机不可能常运行在额 定风速下， 为充分利用低风速时的风能，增加全年的发电量，近年广 泛应用双速异步发电机。其极对数可改变，运行方式有高转速大容量和 低转速小容量两种。
4.2双馈异步风力发电机
双馈异步风力发电机也称作变速恒频发电系统（如图 4），其风力机 可变速运行，运行速度能在一个较宽的范围内调节，使风力机的风能利 用系数 Cp 得 到优化,获得高的利用率，并实现发电机较平滑的电功率输出。
5.3叶片技术不断改进。 对于 2 MW 以下风力机， 通常采用增加塔筒 高度和叶片长度来提高发电量，但对于更大容量的风电机组，这两项措 施可能会大幅增加运输和吊装的难度及成本。为此，开发高效叶片越来 越受到重视。 另外，特大型风力机叶片长，运输困难，分段式叶片是 个很好的解决方案，而解决两段叶片接合处的刚性断裂问题则成为技术 关键。
风力机将风能转换为机械能的效率用风能利用系数 Cp 表示，Cp 是 叶尖速比 λ 和桨距角 β （或攻角α）的函数。 叶尖速比 λ 是叶片的叶尖 圆周速度与风速之比， 桨距角 β 是叶片剖面的翼弦线与风轮旋转面间
的夹角， 而攻角 α 是叶片剖面的翼弦线与合成气流方向间的夹角。 Cp与 λ 的典型关系如图 2 所示。 可以看出，风能利用系数 Cp 只有
定速机组： 转速恒定不变，不随风速变化。 多态定速机组： 包含两台不同转速和容量的发电机，可根据风速的 变化，选投其中一台运行。 变速机组： 发电机转速随风速变化。
3、 风力机的气动特性及结构
3.1 气动特性
风轮叶片是风力机最重要的部件之一， 其平面和剖面几何形状与 风力机空气动力特性密切相关。风轮叶片在空气动力作用下主要产生两 种力：升力推动风力机旋转进行有效工作， 阻力形成对风轮叶片的正 面压力。
交流永磁同步发电机运行时，全部功率经 AC-DC-AC 变换，故与双 馈异步发电机相比，其变流器容量要大得多。 但全容量的变流器更容 易维持低电压运行，满足电网对风电并网日益严格的要求。在大功率变 流装置技术和高性能永磁材料日益发展完善的背景下， 大型风电机组 越来越多地采用永磁同步发电机。
5、 风Leabharlann Baidu发电技术发展动向
在叶尖速比为 λm 时最大。 因此，在一定的风速下调节风力机转速， 使 其运行在最佳叶尖速比 λm 条件下，即可捕获最大风能。
图 2 一种典型的 Cp 与 λ 的关系曲线 Cp与 α 的典型关系如图 3 所示。 可以看出，随着 α 由零逐渐增大 到接近 αcr，Cp 由某一数值开始逐渐增大，基本呈线性变化。 当 α=αcr 时，Cp 达到最大值 Cpmax； 当 α＞αcr 时，Cp 随 α 的增加而明显下 降，这一现象称为失速。失速发生时，风力机的输出功率显著减小，噪 声常常会突然增加，并引起风力机振动和运行不稳定等。
目前，水平轴风力机叶片一般为 2 片或 3 片。两叶片风轮的制造成本 较低， 但叶片几何形状及风轮旋转速度相同时， 两叶片风轮对应最大 风能利用系数的转速比较高、 由脉动载荷引起的风轮轴向力变化也较 大。三叶片风轮由于外形整体对称，旋转速度较低、噪声相对较小，更 易于为大众接受，故目前三 叶片风轮居多。
图 4 双馈异步发电机变速恒频风力发电系统原理图
4.3 直驱式交流永磁同步发电机
交流永磁同步发电机的定子结构与一般同步发电机相同，转子采用 永磁结构，无励磁绕组及滑环碳刷。发电机轴直接连到风力机轴上，转 子的转速随风速变化。 由于发电机为直接驱动结构， 省去了齿轮箱， 系统运行噪声低、可靠性高。
直接耦合的永磁发电机转速很低， 发电机极数多、体积大、制造成 本高。 为克服这一弊端而开发的半直驱型机组， 采用一级行星齿轮增 速器集成多极中速发电机，风轮与发电机单元直接相连，其增速比约为 高传动比齿轮副的 1/10，发电机极数较直驱型发电机少许多，体积也大 幅缩小，重量明显减轻。
水平轴风力机组：风轮围绕水平轴旋转。风轮在塔架前面迎风的称 为上风向风力机，在塔架后面迎风的称为下风向风力机。上风向风力机 需利用调向装置来保持风轮迎风。
垂直轴风力机组：风轮围绕垂直轴旋转，可接收来自任何方向的 风，故无需对风。垂直轴风力机又分为利用空气动力的阻力作功和利用 翼型的升力作功两个主要类别。 2.2.3按功率调节方式分
直接驱动型机组：应用了多极同步风力发电机，省去风力发电系 统中常见的齿轮箱， 风力机直接拖动发电机转子在低速状态下运转。
中传动比齿轮箱（“半直驱”）型机组：采用一级行星齿轮副，其 增速比约为高传动比齿轮副的 1/10，因而减少了多极同步风力发电机的 极数和体积。 2.2.5按转速变化分
关键词：风力发电，不可再生能源，发电机，，枫叶叶片，结构设 计。
前言
本次论文的出发点是考虑到世界资源已经到了极度匮乏的地步，无 论是人们为了一己私欲。还是正常开采，按现在的科学技术，地球可供 开发资源已经不足50年，虽然水能风力领域都有了一定的成就，但是对 风能的利用还是进展不大，所以就成了落在我们当代大学生的身上的重 任。
结构， 其中心预置与塔架连接的基础部件，基础周围还设置了防雷击 的接地装置。水平轴风力发电机组机舱构成示意图见图1。
图1风力发电机组机舱构成
2.2 分类
风力发电机组类型主要按容量和结构即（机型）划分。 2.2.1按容量分
容量在0.1~1kW为小型机组,1~100kW为中型机组,100~1000kW 为大 型机组 ,大于10000kW 为特大型机组。 2.2.2按风轮轴方向分
3.2.2轮毂 轮毂用于将叶片固定到转轴上， 并将风轮的力和力矩传递到主传
动机构，同时控制叶片桨距角（使叶片作俯仰转动）。 轮毂有固定式 和铰链式两种。
固定式轮毂为铸造或焊接结构件， 铸造采用铸钢或球墨铸铁材 料。目前，三叶片风轮普遍采用这种刚性轮毂。
铰链式轮毂常用于单叶片和两叶片风轮， 又分为叶片之间相对固 定和各叶片自由两种类型。 前者两叶片之间固定连接，轴向相对位置 不变；后者每个叶 片互不依赖，在外力作用下，叶片可单独作调整运动。
5.4变速变桨距风电机组占主导地位。变桨距功率调节方式具有系统 柔性好、调节平稳、发电量大的优点，这种调节方式将逐渐取代失速功 率调节方式。变速恒频方式通过控制发电机的转速，能使风力机的叶尖 速比接近最佳值，从而最大限度地利用风能，提高发电量，已逐渐取代 恒速恒频调节方式。
5.5开发新型风力发电机。无刷交流双馈异步发电机除了具有交流双 馈异步发电机的优点外， 还因省去电刷和滑环而具有结构简单可靠、 基本上免维护的优点［2］。 高压同步发电机的特点是输出电压高达 10 ～40 kV，因而可省去变压器而直接与电网连接，并采用高压直流输 电； 其转子采用多极永磁励磁，可直接与风力机轴相联，省去了齿轮 箱。
黑龙江农业经济职业学院 毕业论文
风力发电原理及前景概述
姓 名： 指导教师： 专 业： 班 级：
2010年 6月20日
目录
摘要
1
前言
2
1 国内外风电发展历史、现状
3
2 风力发电机组的构成及分类
2.1风力发电机组的构成
2.2风力发电机类型
4
3 风力机的气动特性及构成
3.1气动特性
4
3.2气动机的构成
5
图 3 一种典型的 Cp 与 α 的关系曲线 风力发电机组的风轮并不能提取风的所有功率。 根据贝兹（Betz）
理论，风力机能获取的最大功率是风功率的59.3%。
3.2 结构
风力机的核心部件是风轮， 风轮由叶片和轮毂组成。 3.2.1叶片
叶片具有空气动力形状，能接受风能，使风轮绕轴转动。叶片呈螺 旋桨状，其上不同截面的桨距角随其所处半径的增大而逐渐减小。
4 典型风力发电机的结构特点
异步风力发电机
6
双反馈异步风力发电机
直驱式交流永磁同步发电机
5 风力发电发展动向
7
结论
8
参考文献
9
致谢
10
3 3 4
6 6
7
风力发电机组结构
摘 要： 基于现今全世界的风力发电利用率比较低，这对于我们 当代大学生既是机遇也是挑战，对于现如今世界资源匮乏，不可再生能 源的一步步减少，如果能研究风力发电技术提升到一定的高度达到普 及，不但是对于国家、乃至整个世界都是不可磨灭的贡献
铰链式轮毂具有活动部件， 相对于固定式轮毂来说，制造成本 高、可靠性较低、维护费用高，但其所承受的力和力矩较小。
4. 典型风力发电机的结构特点
4.1 异步风力发电机
一般采用笼型异步发电机， 其定子由铁芯和定子绕组构成，转子为 笼型结构，转子铁芯由硅钢片叠成。 其转子无需外加励磁，没有集电 环和电刷，结构 简单、运行可靠、价格便宜且并网容易。 由于是定速恒频机组，转速 基本不变，风力发电机组运行在最佳Cp 下的概率较小，因而其发电能 力比后述的两种机 型低。 该类型机组运行时， 从电力系统吸收无功功率，为满足电网对 风电场功率因数的要求，多在机端并联补偿电容器。
5.1单机容量增大。目前世界上最大风电机组的单机容量达到了 6 MW， 叶轮直径 127 m，8～l0 MW的风电机组也已在设计开发中。 由 于风电机组设备的大型化尚未出现技术限制，其单机容量将继续增大。
5.2传动系统设计不断创新。 从中长期看，直驱式和半直驱式传动系 统在特大型风力机中所占比例将日趋提高。 传动系统采用集成化设计 和紧凑型结构是未来特大型风力机的发展趋势。
定桨距机组：叶片固定安装在轮毂上，角度不能改变， 风力机的 功率调节完全依靠叶片的气动特性（失速）或偏航控制。
变桨距（正变距）机组：须配备一套叶片变桨距机构，通过改变翼 型桨距角，使翼型升力发生变化从而调节输出功率。
主动失速（负变距）机组：当风力机达到额定功率后，相应地增加 攻角，使叶片的失速效应加深，从而限制风能的捕获。 2.2.4按传动形式分
风力发电的两个主要趋势是清晰可见的：一，能源多元化，包括可 再生能源，如：太阳能和风力发电；二，尽量减少主要能源 — 煤对环 境的破坏。随着国际原油价格节节攀升，寻求替代能源的步伐也在不断 加快。风力发电的前程似锦
1、国内外风电发展历史、现状
人类对于风能的开发利用也很早就开始了。但是，近代火力、水力发 电机的广泛应用和20世纪50年代中东油田的发展，使风力发电机的发展 缓慢下来。在我国风力发电机组的研制工作开展较早，但是没得到足够 的重视与支持，因而发展较慢。五十年代后期有过一个兴旺时期，吉 林、辽宁、内蒙古、江苏、安徽和云南等省都研制过千瓦级以下的风 车，但是没有做好巩固和发展成果的工作。七十年代后，随着国民经济 的较快发展出现了能源供应紧张、环境污染严重等现象，另外由于科技 意识日渐深入人心，可再生无污染的风能利用受到了足够的重视。在浙 江、黑龙江、福建研制出了较大功率的机组；内蒙古的有关单位研制的 小型风力发电机已有批量生产，用于解决地处偏远、居住分散的农牧民 住户、蒙古包的生活用电和少量生产用电。八十年代以来，风力发电在 我国得到了相应的发展。目前微型（<1KW）、小型（1-10 KW）风力 发电机的技术日渐成熟， 已经达到商品化程度。同时大型风力发电机 组（600 KW）也研制成功，并已投入了运行。此外，从国外引进了大 型风力发电机组建设了20余个风电场。总装机容量达到了近25MW。从 统计资料来看，在我国风能利用与风力发电技术虽然有了一定的进展， 与国外先进国家相比较仍然存在差距，尤其是在大型风力发电机组的开 发与研制方面。
从统计资料来看，在我国风能利用与风力发电技术虽然有了一定的 进展，与国外先进国家相比较仍然存在差距，尤其是在大型风力发电机 组的开发与研制方面。
2. 风力发电机组的构成及分类
2.1 构成
风力发电机组由风轮、机舱、塔架和基础构成。风轮是风力机的核 心部件。机舱由底盘、整流罩和机舱罩组成，底盘上安装机组发电系 统、变桨距系统及偏航系统等主要部件。 机舱罩后上方装有风速和风 向传感器，舱壁上有隔音及通风装置等，底部与塔架连接。塔架支撑机 舱达到所需高度，其上布置发电机和主控制器之间的动力电缆、控制电 缆及通信电缆， 塔架上还装有供操作人员上下机舱的扶梯或电梯。基础采用钢筋混凝土
由于风速随气候环境变化， 驱动发电机的风力机不可能常运行在额 定风速下， 为充分利用低风速时的风能，增加全年的发电量，近年广 泛应用双速异步发电机。其极对数可改变，运行方式有高转速大容量和 低转速小容量两种。
4.2双馈异步风力发电机
双馈异步风力发电机也称作变速恒频发电系统（如图 4），其风力机 可变速运行，运行速度能在一个较宽的范围内调节，使风力机的风能利 用系数 Cp 得 到优化,获得高的利用率，并实现发电机较平滑的电功率输出。
5.3叶片技术不断改进。 对于 2 MW 以下风力机， 通常采用增加塔筒 高度和叶片长度来提高发电量，但对于更大容量的风电机组，这两项措 施可能会大幅增加运输和吊装的难度及成本。为此，开发高效叶片越来 越受到重视。 另外，特大型风力机叶片长，运输困难，分段式叶片是 个很好的解决方案，而解决两段叶片接合处的刚性断裂问题则成为技术 关键。
风力机将风能转换为机械能的效率用风能利用系数 Cp 表示，Cp 是 叶尖速比 λ 和桨距角 β （或攻角α）的函数。 叶尖速比 λ 是叶片的叶尖 圆周速度与风速之比， 桨距角 β 是叶片剖面的翼弦线与风轮旋转面间
的夹角， 而攻角 α 是叶片剖面的翼弦线与合成气流方向间的夹角。 Cp与 λ 的典型关系如图 2 所示。 可以看出，风能利用系数 Cp 只有
定速机组： 转速恒定不变，不随风速变化。 多态定速机组： 包含两台不同转速和容量的发电机，可根据风速的 变化，选投其中一台运行。 变速机组： 发电机转速随风速变化。
3、 风力机的气动特性及结构
3.1 气动特性
风轮叶片是风力机最重要的部件之一， 其平面和剖面几何形状与 风力机空气动力特性密切相关。风轮叶片在空气动力作用下主要产生两 种力：升力推动风力机旋转进行有效工作， 阻力形成对风轮叶片的正 面压力。
交流永磁同步发电机运行时，全部功率经 AC-DC-AC 变换，故与双 馈异步发电机相比，其变流器容量要大得多。 但全容量的变流器更容 易维持低电压运行，满足电网对风电并网日益严格的要求。在大功率变 流装置技术和高性能永磁材料日益发展完善的背景下， 大型风电机组 越来越多地采用永磁同步发电机。
5、 风Leabharlann Baidu发电技术发展动向
在叶尖速比为 λm 时最大。 因此，在一定的风速下调节风力机转速， 使 其运行在最佳叶尖速比 λm 条件下，即可捕获最大风能。
图 2 一种典型的 Cp 与 λ 的关系曲线 Cp与 α 的典型关系如图 3 所示。 可以看出，随着 α 由零逐渐增大 到接近 αcr，Cp 由某一数值开始逐渐增大，基本呈线性变化。 当 α=αcr 时，Cp 达到最大值 Cpmax； 当 α＞αcr 时，Cp 随 α 的增加而明显下 降，这一现象称为失速。失速发生时，风力机的输出功率显著减小，噪 声常常会突然增加，并引起风力机振动和运行不稳定等。
目前，水平轴风力机叶片一般为 2 片或 3 片。两叶片风轮的制造成本 较低， 但叶片几何形状及风轮旋转速度相同时， 两叶片风轮对应最大 风能利用系数的转速比较高、 由脉动载荷引起的风轮轴向力变化也较 大。三叶片风轮由于外形整体对称，旋转速度较低、噪声相对较小，更 易于为大众接受，故目前三 叶片风轮居多。
图 4 双馈异步发电机变速恒频风力发电系统原理图
4.3 直驱式交流永磁同步发电机
交流永磁同步发电机的定子结构与一般同步发电机相同，转子采用 永磁结构，无励磁绕组及滑环碳刷。发电机轴直接连到风力机轴上，转 子的转速随风速变化。 由于发电机为直接驱动结构， 省去了齿轮箱， 系统运行噪声低、可靠性高。
直接耦合的永磁发电机转速很低， 发电机极数多、体积大、制造成 本高。 为克服这一弊端而开发的半直驱型机组， 采用一级行星齿轮增 速器集成多极中速发电机，风轮与发电机单元直接相连，其增速比约为 高传动比齿轮副的 1/10，发电机极数较直驱型发电机少许多，体积也大 幅缩小，重量明显减轻。
水平轴风力机组：风轮围绕水平轴旋转。风轮在塔架前面迎风的称 为上风向风力机，在塔架后面迎风的称为下风向风力机。上风向风力机 需利用调向装置来保持风轮迎风。
垂直轴风力机组：风轮围绕垂直轴旋转，可接收来自任何方向的 风，故无需对风。垂直轴风力机又分为利用空气动力的阻力作功和利用 翼型的升力作功两个主要类别。 2.2.3按功率调节方式分