風(fēng)力發(fā)電機(jī)組工作原理

風(fēng)力發(fā)電的原理，是利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再透過(guò)增速機(jī)(齒輪箱)將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來(lái)促使發(fā)電機(jī)發(fā)電

Usewindforcetodrivewindmill’sbladerotating.Throughspeedadder(GEARCASE)toimprovetherotatingspeed

組成部分：風(fēng)力發(fā)電機(jī)＋充電器＋數(shù)字逆變器(偏航系統(tǒng))

Composeof:windforceengine,batterycharger,numberinverter（drift/yawingsystem）風(fēng)力發(fā)電機(jī)由機(jī)頭、轉(zhuǎn)體、尾翼、葉片組成。每一部分都很重要，各部分功能為：葉片用來(lái)接受風(fēng)力并通過(guò)機(jī)頭轉(zhuǎn)為電能；尾翼使葉片始終對(duì)著來(lái)風(fēng)的方向從而獲得最大的風(fēng)能；轉(zhuǎn)體能使機(jī)頭靈活地轉(zhuǎn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)尾翼調(diào)整方向的功能；機(jī)頭的轉(zhuǎn)子是永磁體，定子繞組切割磁力線產(chǎn)生電能

風(fēng)力發(fā)電機(jī)因風(fēng)量不穩(wěn)定，故其輸出的是13～25V變化的交流電，須經(jīng)充電器整流，再對(duì)蓄電瓶充電，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能變成化學(xué)能。然后用有保護(hù)電路的逆變電源，把電瓶里的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成交流220V市電，才能保證穩(wěn)定使用

風(fēng)力發(fā)電機(jī)只是給電瓶充電，而由電瓶把電能貯存起來(lái)，人們最終使用電功率的大小與電瓶大小有更密切的關(guān)系

現(xiàn)代變速雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理就是通過(guò)葉輪將風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械轉(zhuǎn)距（風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量），通過(guò)主軸傳動(dòng)鏈，經(jīng)過(guò)齒輪箱增速到異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速后，通過(guò)勵(lì)磁變流器勵(lì)磁而將發(fā)電機(jī)的定子電能并入電網(wǎng)。如果超過(guò)發(fā)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子也處于發(fā)電狀態(tài)，通過(guò)變流器

向電網(wǎng)饋電。最簡(jiǎn)單的風(fēng)力發(fā)電機(jī)可由葉輪和發(fā)電機(jī)兩部分構(gòu)成，立在一定高度的塔干上，這是小型離網(wǎng)風(fēng)機(jī)。最初的風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能隨風(fēng)變化時(shí)有時(shí)無(wú)，電壓和頻率不穩(wěn)定，沒(méi)有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。為了解決這些問(wèn)題，現(xiàn)代風(fēng)機(jī)增加了齒輪箱、偏航系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、剎車系統(tǒng)和控

制系統(tǒng)等。

齒輪箱可以將很低的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速（1500千瓦的風(fēng)機(jī)通常為12-22轉(zhuǎn)/分）變?yōu)楹芨叩陌l(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速（發(fā)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速通常為1500轉(zhuǎn)/分）。同時(shí)也使得發(fā)電機(jī)易于控制，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的頻率和電壓輸出。偏航系統(tǒng)可以使風(fēng)輪掃掠面積總是垂直于主風(fēng)向。要知道，1500千瓦的風(fēng)機(jī)機(jī)艙總重50多噸，葉輪30噸，使這樣一個(gè)系統(tǒng)隨時(shí)對(duì)準(zhǔn)主風(fēng)向也有相當(dāng)?shù)募夹g(shù)難度。風(fēng)機(jī)是有許多轉(zhuǎn)動(dòng)部件的，機(jī)艙在水平面旋轉(zhuǎn)，隨時(shí)偏航對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向；風(fēng)輪沿水平軸旋轉(zhuǎn)，以便產(chǎn)生動(dòng)力扭距。對(duì)變槳矩風(fēng)機(jī)，組成風(fēng)輪的葉片要圍繞根部的中心軸旋轉(zhuǎn)，以便適應(yīng)不同

的風(fēng)況而變槳距。在停機(jī)時(shí)，葉片要順槳，以便形成阻尼剎車。早期采用液壓系統(tǒng)用于調(diào)節(jié)葉片槳矩（同時(shí)作為阻尼、停機(jī)、剎車等狀態(tài)下使用），現(xiàn)在電

變距系統(tǒng)逐步取代液壓變距。

就1500千瓦風(fēng)機(jī)而言，一般在4米/秒左右的風(fēng)速自動(dòng)啟動(dòng)，在13米/秒左右發(fā)出額定功率。然后，隨著風(fēng)速的增加，一直控制在額定功率附近發(fā)電，直到風(fēng)速達(dá)到25米/秒時(shí)自動(dòng)停機(jī)。現(xiàn)代風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)極限風(fēng)速為60-70米/秒，也就是說(shuō)在這么大的風(fēng)速下風(fēng)機(jī)也不會(huì)立即破

壞。理論上的12級(jí)颶風(fēng)，其風(fēng)速范圍也僅為32.7-36.9米/秒。風(fēng)機(jī)的控制系統(tǒng)要根據(jù)風(fēng)速、風(fēng)向?qū)ο到y(tǒng)加以控制，在穩(wěn)定的電壓和頻率下運(yùn)行，自動(dòng)地并網(wǎng)和脫網(wǎng)；同時(shí)監(jiān)視齒輪箱、發(fā)電機(jī)的運(yùn)行溫度，液壓系統(tǒng)的油壓，對(duì)出現(xiàn)的任何異常進(jìn)行

報(bào)警，必要時(shí)自動(dòng)停機(jī)，屬于無(wú)人值守獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)單元。

擴(kuò)展閱讀：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組工作原理與結(jié)構(gòu)

一：填空題

1.國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的性能要求中，要求機(jī)組的切入風(fēng)速應(yīng)大于2.5m/s,小于5.5m/s.切出風(fēng)速應(yīng)大于20m/s,小于30m/s.

2.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行方式：變速恒頻運(yùn)行方式，恒速恒頻運(yùn)行方式。3.葉根的結(jié)構(gòu)形式：鉆孔組裝式，螺紋件預(yù)埋式。

4.電動(dòng)變槳距伺服系統(tǒng)的控制電路的三個(gè)控制環(huán)為：位置環(huán)，速度環(huán)，轉(zhuǎn)矩環(huán)。5.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主傳動(dòng)專用齒輪箱的主要結(jié)構(gòu)形式有3種：三級(jí)平行軸圓柱齒輪，一級(jí)行星輪系加兩級(jí)平行軸圓柱齒輪，兩級(jí)行星輪系加一級(jí)平行軸圓柱齒輪。

6.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的制動(dòng)方式：空氣動(dòng)力制動(dòng)，機(jī)械制動(dòng).

7.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的偏航系統(tǒng)分為：主動(dòng)偏航系統(tǒng)，被動(dòng)偏航系統(tǒng).8.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組開(kāi)始發(fā)電時(shí)，輪轂高度處的最低風(fēng)速叫：切入風(fēng)速9.風(fēng)能的大小與風(fēng)速的：立方成正比.

10.風(fēng)力發(fā)電機(jī)達(dá)到額定功率輸出時(shí)，規(guī)定的風(fēng)速叫：額定風(fēng)速.11.風(fēng)輪的葉尖速比是風(fēng)輪的：葉尖速度和設(shè)計(jì)風(fēng)速之比.12.齒輪箱的潤(rùn)滑有飛濺和：強(qiáng)制潤(rùn)滑.

13.粘度指數(shù)反映了油的粘度隨：溫度變化的特性.

14.空氣流動(dòng)形成風(fēng)，假設(shè)空氣密度為P，風(fēng)速為V，掃風(fēng)面積為A,則風(fēng)壓P=1/2PAV2，風(fēng)能E=1/2PAV3。

15.風(fēng)速與風(fēng)向是確定風(fēng)況的兩個(gè)重要參數(shù)。

16.粘度是潤(rùn)滑油最主要的特性，它是形成潤(rùn)滑油的最主要的因素，同時(shí)也決定了潤(rùn)滑劑的負(fù)載能力.二：判斷題.

1.（√）風(fēng)力發(fā)電機(jī)輪轂中心高度處的最小年平均風(fēng)速。是判斷一個(gè)風(fēng)場(chǎng)開(kāi)發(fā)是否經(jīng)濟(jì)的標(biāo)準(zhǔn).

2.(×)葉片迎風(fēng)角的調(diào)節(jié)規(guī)律是：增大迎風(fēng)角可以增加由于風(fēng)速增大而使葉片轉(zhuǎn)速加快的趨勢(shì).

3.（×）風(fēng)力發(fā)電機(jī)達(dá)到額定功率輸出時(shí)，額定的風(fēng)速叫切入風(fēng)速.

4.（√）接地的種類除防雷接地外，還有交流工作接地，保護(hù)接地，直流接地，過(guò)電壓保護(hù)接地，防靜電接地，屏蔽接地等.

5.（√）剎車后各電源是一種后備電源，電網(wǎng)掉電時(shí)緊急停機(jī)，激活剎車，對(duì)于延長(zhǎng)風(fēng)力機(jī)壽命很重要.

6.（√）變槳距葉輪葉片的設(shè)計(jì)目標(biāo)主要是為了防止氣流分離.7.（√）沿葉片徑向的功角變化與葉輪角速度無(wú)關(guān)8.（×）防雷保護(hù)裝置的接地屬于保護(hù)接地.

9.（√）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組至少應(yīng)具備兩種不同形式的能獨(dú)立有效控制的制動(dòng)系統(tǒng)10.（√）風(fēng)力機(jī)支撐系統(tǒng)的功能將力矩從主齒輪上的齒輪安裝盤傳遞到機(jī)艙底盤.

三.簡(jiǎn)答題.

1.簡(jiǎn)要說(shuō)明風(fēng)力發(fā)電機(jī)組調(diào)速裝置的三大作用.答：1.當(dāng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速低于發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速時(shí)，通過(guò)調(diào)速裝置將轉(zhuǎn)速提高到發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速.

2.當(dāng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速高于發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速時(shí)，使風(fēng)輪軸轉(zhuǎn)速保持在發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)

速，以保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全，滿負(fù)荷發(fā)電，發(fā)電機(jī)的超速運(yùn)行會(huì)使輸出電壓過(guò)高，破壞發(fā)電機(jī)絕緣，過(guò)高的轉(zhuǎn)速會(huì)使軸承燒毀.

3.當(dāng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速超過(guò)其額定最高轉(zhuǎn)速時(shí)，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全停機(jī)，保護(hù)風(fēng)

力發(fā)電機(jī)組不至損壞.

2.簡(jiǎn)述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組液壓系統(tǒng)的組成作用.

答：液壓系統(tǒng)一般由電動(dòng)機(jī)，油泵，郵箱，過(guò)濾器，管路及各種液壓閥等組成.

液壓系統(tǒng)主要是為油缸和制動(dòng)器提供必要的驅(qū)動(dòng)壓力.有的強(qiáng)制潤(rùn)滑型齒輪箱亦需要液壓系統(tǒng)供油.油缸主要是用于驅(qū)動(dòng)定槳距風(fēng)輪的葉尖制動(dòng)裝置或變槳距風(fēng)輪的變槳機(jī)構(gòu).

3.畫出風(fēng)力發(fā)電機(jī)起動(dòng)時(shí)，變槳距控制流程.

4.根據(jù)液壓變槳距控制系統(tǒng)原理圖寫出液壓變槳距控制系統(tǒng)進(jìn)槳退槳的工作回路和工作原理.四.計(jì)算題.

已知某風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)輪直徑為40m，其風(fēng)能利用系數(shù)k是0.45，求在風(fēng)速為10m/s時(shí)，該風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)能輸出功率是多少（空氣密度P=1.2KG/M3）

1402PAV2=0.×1.2×（）×π×103=753600（W）22而風(fēng)能利用系數(shù)K=0.45，所以該風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)輪輸出功率為P=753600×0.45=339.12（KW）.

答：該風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)輪輸出功率是339.12KW.

解：根據(jù)風(fēng)能公式：W=

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