風力發(fā)電機組工作原理

風力發(fā)電的原理，是利用風力帶動風車葉片旋轉，再透過增速機(齒輪箱)將旋轉的速度提升，來促使發(fā)電機發(fā)電

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組成部分：風力發(fā)電機＋充電器＋數字逆變器(偏航系統(tǒng))

Composeof:windforceengine,batterycharger,numberinverter（drift/yawingsystem）風力發(fā)電機由機頭、轉體、尾翼、葉片組成。每一部分都很重要，各部分功能為：葉片用來接受風力并通過機頭轉為電能；尾翼使葉片始終對著來風的方向從而獲得最大的風能；轉體能使機頭靈活地轉動以實現尾翼調整方向的功能；機頭的轉子是永磁體，定子繞組切割磁力線產生電能

風力發(fā)電機因風量不穩(wěn)定，故其輸出的是13～25V變化的交流電，須經充電器整流，再對蓄電瓶充電，使風力發(fā)電機產生的電能變成化學能。然后用有保護電路的逆變電源，把電瓶里的化學能轉變成交流220V市電，才能保證穩(wěn)定使用

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

現代變速雙饋風力發(fā)電機的工作原理就是通過葉輪將風能轉變?yōu)闄C械轉距（風輪轉動慣量），通過主軸傳動鏈，經過齒輪箱增速到異步發(fā)電機的轉速后，通過勵磁變流器勵磁而將發(fā)電機的定子電能并入電網。如果超過發(fā)電機同步轉速，轉子也處于發(fā)電狀態(tài)，通過變流器

向電網饋電。最簡單的風力發(fā)電機可由葉輪和發(fā)電機兩部分構成，立在一定高度的塔干上，這是小型離網風機。最初的風力發(fā)電機發(fā)出的電能隨風變化時有時無，電壓和頻率不穩(wěn)定，沒有實際應用價值。為了解決這些問題，現代風機增加了齒輪箱、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輪轉速（1500千瓦的風機通常為12-22轉/分）變?yōu)楹芨叩陌l(fā)電機轉速（發(fā)電機同步轉速通常為1500轉/分）。同時也使得發(fā)電機易于控制，實現穩(wěn)定的頻率和電壓輸出。偏航系統(tǒng)可以使風輪掃掠面積總是垂直于主風向。要知道，1500千瓦的風機機艙總重50多噸，葉輪30噸，使這樣一個系統(tǒng)隨時對準主風向也有相當的技術難度。風機是有許多轉動部件的，機艙在水平面旋轉，隨時偏航對準風向；風輪沿水平軸旋轉，以便產生動力扭距。對變槳矩風機，組成風輪的葉片要圍繞根部的中心軸旋轉，以便適應不同

的風況而變槳距。在停機時，葉片要順槳，以便形成阻尼剎車。早期采用液壓系統(tǒng)用于調節(jié)葉片槳矩（同時作為阻尼、停機、剎車等狀態(tài)下使用），現在電

變距系統(tǒng)逐步取代液壓變距。

就1500千瓦風機而言，一般在4米/秒左右的風速自動啟動，在13米/秒左右發(fā)出額定功率。然后，隨著風速的增加，一直控制在額定功率附近發(fā)電，直到風速達到25米/秒時自動停機�，F代風機的設計極限風速為60-70米/秒，也就是說在這么大的風速下風機也不會立即破

壞。理論上的12級颶風，其風速范圍也僅為32.7-36.9米/秒。風機的控制系統(tǒng)要根據風速、風向對系統(tǒng)加以控制，在穩(wěn)定的電壓和頻率下運行，自動地并網和脫網；同時監(jiān)視齒輪箱、發(fā)電機的運行溫度，液壓系統(tǒng)的油壓，對出現的任何異常進行

報警，必要時自動停機，屬于無人值守獨立發(fā)電系統(tǒng)單元。

擴展閱讀：風力發(fā)電機組工作原理與結構

一：填空題

1.國家標準對風力發(fā)電機組的性能要求中，要求機組的切入風速應大于2.5m/s,小于5.5m/s.切出風速應大于20m/s,小于30m/s.

2.風力發(fā)電機組的運行方式：變速恒頻運行方式，恒速恒頻運行方式。3.葉根的結構形式：鉆孔組裝式，螺紋件預埋式。

4.電動變槳距伺服系統(tǒng)的控制電路的三個控制環(huán)為：位置環(huán)，速度環(huán)，轉矩環(huán)。5.風力發(fā)電機組主傳動專用齒輪箱的主要結構形式有3種：三級平行軸圓柱齒輪，一級行星輪系加兩級平行軸圓柱齒輪，兩級行星輪系加一級平行軸圓柱齒輪。

6.風力發(fā)電機組的制動方式：空氣動力制動，機械制動.

7.風力發(fā)電機組的偏航系統(tǒng)分為：主動偏航系統(tǒng)，被動偏航系統(tǒng).8.風力發(fā)電機組開始發(fā)電時，輪轂高度處的最低風速叫：切入風速9.風能的大小與風速的：立方成正比.

10.風力發(fā)電機達到額定功率輸出時，規(guī)定的風速叫：額定風速.11.風輪的葉尖速比是風輪的：葉尖速度和設計風速之比.12.齒輪箱的潤滑有飛濺和：強制潤滑.

13.粘度指數反映了油的粘度隨：溫度變化的特性.

14.空氣流動形成風，假設空氣密度為P，風速為V，掃風面積為A,則風壓P=1/2PAV2，風能E=1/2PAV3。

15.風速與風向是確定風況的兩個重要參數。

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

1.（√）風力發(fā)電機輪轂中心高度處的最小年平均風速。是判斷一個風場開發(fā)是否經濟的標準.

2.(×)葉片迎風角的調節(jié)規(guī)律是：增大迎風角可以增加由于風速增大而使葉片轉速加快的趨勢.

3.（×）風力發(fā)電機達到額定功率輸出時，額定的風速叫切入風速.

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

5.（√）剎車后各電源是一種后備電源，電網掉電時緊急停機，激活剎車，對于延長風力機壽命很重要.

6.（√）變槳距葉輪葉片的設計目標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關8.（×）防雷保護裝置的接地屬于保護接地.

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

三.簡答題.

1.簡要說明風力發(fā)電機組調速裝置的三大作用.答：1.當風輪轉速低于發(fā)電機額定轉速時，通過調速裝置將轉速提高到發(fā)電機額定轉速.

2.當風輪轉速高于發(fā)電機額定轉速時，使風輪軸轉速保持在發(fā)電機額定轉

速，以保證風力發(fā)電機組安全，滿負荷發(fā)電，發(fā)電機的超速運行會使輸出電壓過高，破壞發(fā)電機絕緣，過高的轉速會使軸承燒毀.

3.當風輪轉速超過其額定最高轉速時，使風力發(fā)電機組安全停機，保護風

力發(fā)電機組不至損壞.

2.簡述風力發(fā)電機組液壓系統(tǒng)的組成作用.

答：液壓系統(tǒng)一般由電動機，油泵，郵箱，過濾器，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器提供必要的驅動壓力.有的強制潤滑型齒輪箱亦需要液壓系統(tǒng)供油.油缸主要是用于驅動定槳距風輪的葉尖制動裝置或變槳距風輪的變槳機構.

3.畫出風力發(fā)電機起動時，變槳距控制流程.

4.根據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)進槳退槳的工作回路和工作原理.四.計算題.

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

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

答：該風力發(fā)電機組的風輪輸出功率是339.12KW.

解：根據風能公式：W=

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