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风力发电原理
主讲：王老师
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。简单的说 风力发电就是将风能转 换为机械能进而将机械 能再转换为电能的过程。
现代风力发电机采用空 气动力学原 理 ，就像 飞机的机翼一样。
风并非 " 推 " 动风轮叶片，而是吹过叶片形成叶 片正反面的压差，这种压差会产生升力，令风轮旋转 并不断横切风流 。
Ф型风力机图
（二）风力发电系统
从外部看，整个风力发电机组 看上去只有三个主要部分：风 轮、机舱和塔架。
发电机、传动系统、控制系统 等都集成在机舱内。
机舱除了承担容纳所有机械部 件的功能，还起到承受所有外 力（ 包括静负载及动负载） 的作用。
机舱底盘和塔架之间有回转体， 使机舱可水平转动。
机组的总体结构
机组的总体结构图：
风轮
增速器
发电机
主继电器
风
电网 主开关 变压器
变桨 风
转速 风速
熔断器
晶闸管 并网
控制系统
功率
无功补偿
（三）风力发电机主要组成部分介绍
1、风轮
风力机区别于其他机械的最主 要特征就是风轮。风轮一般由 2～3个叶片和轮毂所组成，其 功能是将风能转换为机械能。
由于风力发电机的理论基础也 是空气动力学，故其叶片形状 与机翼很相似。风经过水平轴 风力发电机的叶片时由于叶片 与风有一个夹角，风在叶片上 形成升力，风力发电机就是依 靠叶片上的升力把风能转换为 旋转的机械能，从而带动发电 机进行发电的。
2、塔架
风力机的塔架除了要支撑风力机的重量，还要承 受吹向风力机和塔架的风压，以及风力机运行中 的动载荷。它的刚度和风力机的振动有密切关系。 水平轴风力发电机的塔架主要可分为管柱型和桁 架型两类。
一般圆柱形塔架对风的阻力较小，特别是对于下 风向风力机，产生紊流的影响要比桁架式塔架小。 桁架式塔架常用于中小型风力机上，其优点是造 价不高，运输也方便。但这种塔架会使下风向风 力机的叶片产生很大的紊流。
1、风力机的主要技术指标参数
①风轮直径，通常风力机的功率越大，直径
越大；
②叶片数目，高速发电用风力机为2—4片，
低速风力机大干4片；
③叶片材料，现代常采用高强度低密度的复
合材料；
④风能利用系数，一般为0.15—0.5之间；
⑤启动风速，一般为3—5m/s; ⑥停机风速，通常为15—35m／s; ⑦输出功率，现代风力机一般为几百干
偏导航系统的作用
偏航系统的主要作用有两个： 1) 与风力发电机组的控制系统相互配合，使风发 电机组的风轮始终处于迎风状态，充分利用风能， 提高风力发电机组的发电效率； 2) 提供必要的锁紧力矩，以保障风力发电机组的安 全运行。
（四）发电机
发电机的作用，是利用电磁感应现象把由风轮输 出的机械能转变为电能。
齿轮箱的主要功能就是将风轮在风力作用下所产 生的动力传递给发电机并使其得到相应转速。齿轮 箱 对于大型风力发电机，由于限制其转速，传动 装置的增速比一般为40—50。 这样，可以降低发 电机重量，从而降低成本。
5、偏航系统
用来调整风力机的风轮叶片旋转平而与空气流动方 向相对位置的机构。因为当风轮叶片旋转平面与气 流方向垂直时，也即是迎着风向时，风力机从流动 的空气中获取的能量最大，因而风力机的输出功率 最大，所以调向机构又称为迎风机构(通称偏航系 统)。整个偏航系统由电动机及减速机构、偏航调 节系统和扭缆保护装置等部分组成。
发电机有基本类型： 普通异步风力发电机组 双馈异步风力发电机组 直驱式同步风力发电机组（含永磁发电机和直流 励磁发电机） 混合式风力发电机组
1、普通异步风力发电机组
技术特点：
1、叶轮转速较低，一般为每分钟十几转，需要齿轮 箱增速， 转子绕组短路，结构一般为鼠笼结构； 2、转子转速固定，风能利用率低，其转速由齿轮箱 传动比和发电机极对数决定； 3、转子电流产生的旋转磁场的转速高于同步速运行； 4、发电机定子直接与电网连接，启动时产生很大启 动电流，其配置启动装置。 5、从系统吸收大量无功，需配置无功补偿装置。 结构简单，控制方便。
管柱型和桁架型如图：
3、机舱
4、齿轮箱
对于容量较大的风电机组，因风轮转速很低，远达 不到发电机发电的要求，往往通过齿轮箱的增速作 用来实现。而并网运行的发电机必须要求再同步转 速左右才能运行，故风力发电机组一般都在主轴与 发电机之间安装有增速传动机构。风力机的传动机 构一般包括低速轴、高速轴、齿轮箱、联轴节和制 动器等。 风力发电机组中的齿轮箱也称为增速箱。
依据目前的风车技术，大约是每秒三公尺 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股热潮， 为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐 射或空气污染。
（一）风力发电设备
组成：风力发电机组包括两大部分； 一部分是风力机，由它将风能转换为机械能； 另一部分是发电机，由它将机械能转换为电能。
瓦—几兆瓦；
⑧发电机，分为直流发电机和交流发电
机；
⑨另外还有塔架高度等等。
2、水平轴力风机
特点：风力机的风轮轴与地面呈水平状态，称水平 轴风力机。
组成：它一般内风轮增速器、调速器、调向装置、 发电机和塔架等部件组成，大中型风力机还有自 动控制系统。
应用：这种风力机的功率从几十千瓦到数兆瓦，是 日前最具有实际开发价值的风力机：
分类： 1）根据它收集风能的结构形式及在空间的布置，可
分为水平轴式或垂直轴式。 2）从塔架位置上，分为上风式和下风式；
3）还可以按桨叶数量，分为单叶片、双叶片、 三叶片、四叶片和多叶片式。
4）从桨叶和形式上分，有螺旋桨式、H型、S 型等；
5）按桨叶的工作原理分，则有升力型和阻力 型的区别。
6）以风力机的容量分，则有微型(1kW以下)、 小型(1—10kW)、中型(10—100kW)和大型 (100kw以上)机。
类型：有传统风车、低速风力机及高速风力机
水平轴力风机图
3、垂直轴风力机
特点：凡风轮转轴与地面呈垂直状态的风力 机叫垂直抽风力机。
形式有：如s型、H型、Ф型等。 应用：虽然目前垂直轴风力机尚未大量商品
化，但是它有来自百度文库多特点，如不需大型塔架、 发电机可安装在地面上、维修方便及叶片 制造简便等，研究日趋增多，各种形式不 断出现。各种形式的垂直轴风力机。
主讲：王老师
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。简单的说 风力发电就是将风能转 换为机械能进而将机械 能再转换为电能的过程。
现代风力发电机采用空 气动力学原 理 ，就像 飞机的机翼一样。
风并非 " 推 " 动风轮叶片，而是吹过叶片形成叶 片正反面的压差，这种压差会产生升力，令风轮旋转 并不断横切风流 。
Ф型风力机图
（二）风力发电系统
从外部看，整个风力发电机组 看上去只有三个主要部分：风 轮、机舱和塔架。
发电机、传动系统、控制系统 等都集成在机舱内。
机舱除了承担容纳所有机械部 件的功能，还起到承受所有外 力（ 包括静负载及动负载） 的作用。
机舱底盘和塔架之间有回转体， 使机舱可水平转动。
机组的总体结构
机组的总体结构图：
风轮
增速器
发电机
主继电器
风
电网 主开关 变压器
变桨 风
转速 风速
熔断器
晶闸管 并网
控制系统
功率
无功补偿
（三）风力发电机主要组成部分介绍
1、风轮
风力机区别于其他机械的最主 要特征就是风轮。风轮一般由 2～3个叶片和轮毂所组成，其 功能是将风能转换为机械能。
由于风力发电机的理论基础也 是空气动力学，故其叶片形状 与机翼很相似。风经过水平轴 风力发电机的叶片时由于叶片 与风有一个夹角，风在叶片上 形成升力，风力发电机就是依 靠叶片上的升力把风能转换为 旋转的机械能，从而带动发电 机进行发电的。
2、塔架
风力机的塔架除了要支撑风力机的重量，还要承 受吹向风力机和塔架的风压，以及风力机运行中 的动载荷。它的刚度和风力机的振动有密切关系。 水平轴风力发电机的塔架主要可分为管柱型和桁 架型两类。
一般圆柱形塔架对风的阻力较小，特别是对于下 风向风力机，产生紊流的影响要比桁架式塔架小。 桁架式塔架常用于中小型风力机上，其优点是造 价不高，运输也方便。但这种塔架会使下风向风 力机的叶片产生很大的紊流。
1、风力机的主要技术指标参数
①风轮直径，通常风力机的功率越大，直径
越大；
②叶片数目，高速发电用风力机为2—4片，
低速风力机大干4片；
③叶片材料，现代常采用高强度低密度的复
合材料；
④风能利用系数，一般为0.15—0.5之间；
⑤启动风速，一般为3—5m/s; ⑥停机风速，通常为15—35m／s; ⑦输出功率，现代风力机一般为几百干
偏导航系统的作用
偏航系统的主要作用有两个： 1) 与风力发电机组的控制系统相互配合，使风发 电机组的风轮始终处于迎风状态，充分利用风能， 提高风力发电机组的发电效率； 2) 提供必要的锁紧力矩，以保障风力发电机组的安 全运行。
（四）发电机
发电机的作用，是利用电磁感应现象把由风轮输 出的机械能转变为电能。
齿轮箱的主要功能就是将风轮在风力作用下所产 生的动力传递给发电机并使其得到相应转速。齿轮 箱 对于大型风力发电机，由于限制其转速，传动 装置的增速比一般为40—50。 这样，可以降低发 电机重量，从而降低成本。
5、偏航系统
用来调整风力机的风轮叶片旋转平而与空气流动方 向相对位置的机构。因为当风轮叶片旋转平面与气 流方向垂直时，也即是迎着风向时，风力机从流动 的空气中获取的能量最大，因而风力机的输出功率 最大，所以调向机构又称为迎风机构(通称偏航系 统)。整个偏航系统由电动机及减速机构、偏航调 节系统和扭缆保护装置等部分组成。
发电机有基本类型： 普通异步风力发电机组 双馈异步风力发电机组 直驱式同步风力发电机组（含永磁发电机和直流 励磁发电机） 混合式风力发电机组
1、普通异步风力发电机组
技术特点：
1、叶轮转速较低，一般为每分钟十几转，需要齿轮 箱增速， 转子绕组短路，结构一般为鼠笼结构； 2、转子转速固定，风能利用率低，其转速由齿轮箱 传动比和发电机极对数决定； 3、转子电流产生的旋转磁场的转速高于同步速运行； 4、发电机定子直接与电网连接，启动时产生很大启 动电流，其配置启动装置。 5、从系统吸收大量无功，需配置无功补偿装置。 结构简单，控制方便。
管柱型和桁架型如图：
3、机舱
4、齿轮箱
对于容量较大的风电机组，因风轮转速很低，远达 不到发电机发电的要求，往往通过齿轮箱的增速作 用来实现。而并网运行的发电机必须要求再同步转 速左右才能运行，故风力发电机组一般都在主轴与 发电机之间安装有增速传动机构。风力机的传动机 构一般包括低速轴、高速轴、齿轮箱、联轴节和制 动器等。 风力发电机组中的齿轮箱也称为增速箱。
依据目前的风车技术，大约是每秒三公尺 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股热潮， 为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐 射或空气污染。
（一）风力发电设备
组成：风力发电机组包括两大部分； 一部分是风力机，由它将风能转换为机械能； 另一部分是发电机，由它将机械能转换为电能。
瓦—几兆瓦；
⑧发电机，分为直流发电机和交流发电
机；
⑨另外还有塔架高度等等。
2、水平轴力风机
特点：风力机的风轮轴与地面呈水平状态，称水平 轴风力机。
组成：它一般内风轮增速器、调速器、调向装置、 发电机和塔架等部件组成，大中型风力机还有自 动控制系统。
应用：这种风力机的功率从几十千瓦到数兆瓦，是 日前最具有实际开发价值的风力机：
分类： 1）根据它收集风能的结构形式及在空间的布置，可
分为水平轴式或垂直轴式。 2）从塔架位置上，分为上风式和下风式；
3）还可以按桨叶数量，分为单叶片、双叶片、 三叶片、四叶片和多叶片式。
4）从桨叶和形式上分，有螺旋桨式、H型、S 型等；
5）按桨叶的工作原理分，则有升力型和阻力 型的区别。
6）以风力机的容量分，则有微型(1kW以下)、 小型(1—10kW)、中型(10—100kW)和大型 (100kw以上)机。
类型：有传统风车、低速风力机及高速风力机
水平轴力风机图
3、垂直轴风力机
特点：凡风轮转轴与地面呈垂直状态的风力 机叫垂直抽风力机。
形式有：如s型、H型、Ф型等。 应用：虽然目前垂直轴风力机尚未大量商品
化，但是它有来自百度文库多特点，如不需大型塔架、 发电机可安装在地面上、维修方便及叶片 制造简便等，研究日趋增多，各种形式不 断出现。各种形式的垂直轴风力机。