风力发电机组工作原理

风力发电机组工作原理

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(齿轮箱)将旋转的速度提升，来促使发电机发电

Usewindforcetodrivewindmill’sbladerotating.Throughspeedadder(GEARCASE)toimprovetherotatingspeed

组成部分：风力发电机＋充电器＋数字逆变器(偏航系统)

Composeof:windforceengine,batterycharger,numberinverter（drift/yawingsystem）风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成。每一部分都很重要，各部分功能为：叶片用来接受风力并通过机头转为电能；尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能；转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能；机头的转子是永磁体，定子绕组切割磁力线产生电能

风力发电机因风量不稳定，故其输出的是13～25V变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交流220V市电，才能保证稳定使用

风力发电机只是给电瓶充电，而由电瓶把电能贮存起来，人们最终使用电功率的大小与电瓶大小有更密切的关系

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。最简单的风力发电机可由叶轮和发电机两部分构成，立在一定高度的塔干上，这是小型离网风机。最初的风力发电机发出的电能随风变化时有时无，电压和频率不稳定，没有实际应用价值。为了解决这些问题，现代风机增加了齿轮箱、偏航系统、液压系统、刹车系统和控

制系统等。

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）。同时也使得发电机易于控制，实现稳定的频率和电压输出。偏航系统可以使风轮扫掠面积总是垂直于主风向。要知道，1500千瓦的风机机舱总重50多吨，叶轮30吨，使这样一个系统随时对准主风向也有相当的技术难度。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。早期采用液压系统用于调节叶片桨矩（同时作为阻尼、停机、刹车等状态下使用），现在电

变距系统逐步取代液压变距。

就1500千瓦风机而言，一般在4米/秒左右的风速自动启动，在13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。现代风机的设计极限风速为60-70米/秒，也就是说在这么大的风速下风机也不会立即破

坏。理论上的12级飓风，其风速范围也仅为32.7-36.9米/秒。风机的控制系统要根据风速、风向对系统加以控制，在稳定的电压和频率下运行，自动地并网和脱网；同时监视齿轮箱、发电机的运行温度，液压系统的油压，对出现的任何异常进行

报警，必要时自动停机，属于无人值守独立发电系统单元。

扩展阅读：风力发电机组工作原理与结构

一：填空题

1.国家标准对风力发电机组的性能要求中，要求机组的切入风速应大于2.5m/s,小于5.5m/s.切出风速应大于20m/s,小于30m/s.

2.风力发电机组的运行方式：变速恒频运行方式，恒速恒频运行方式。3.叶根的结构形式：钻孔组装式，螺纹件预埋式。

4.电动变桨距伺服系统的控制电路的三个控制环为：位置环，速度环，转矩环。5.风力发电机组主传动专用齿轮箱的主要结构形式有3种：三级平行轴圆柱齿轮，一级行星轮系加两级平行轴圆柱齿轮，两级行星轮系加一级平行轴圆柱齿轮。

6.风力发电机组的制动方式：空气动力制动，机械制动.

7.风力发电机组的偏航系统分为：主动偏航系统，被动偏航系统.8.风力发电机组开始发电时，轮毂高度处的最低风速叫：切入风速9.风能的大小与风速的：立方成正比.

10.风力发电机达到额定功率输出时，规定的风速叫：额定风速.11.风轮的叶尖速比是风轮的：叶尖速度和设计风速之比.12.齿轮箱的润滑有飞溅和：强制润滑.

13.粘度指数反映了油的粘度随：温度变化的特性.

14.空气流动形成风，假设空气密度为P，风速为V，扫风面积为A,则风压P=1/2PAV2，风能E=1/2PAV3。

15.风速与风向是确定风况的两个重要参数。

16.粘度是润滑油最主要的特性，它是形成润滑油的最主要的因素，同时也决定了润滑剂的负载能力.二：判断题.

1.（√）风力发电机轮毂中心高度处的最小年平均风速。是判断一个风场开发是否经济的标准.

2.(×)叶片迎风角的调节规律是：增大迎风角可以增加由于风速增大而使叶片转速加快的趋势.

3.（×）风力发电机达到额定功率输出时，额定的风速叫切入风速.

4.（√）接地的种类除防雷接地外，还有交流工作接地，保护接地，直流接地，过电压保护接地，防静电接地，屏蔽接地等.

5.（√）刹车后各电源是一种后备电源，电网掉电时紧急停机，激活刹车，对于延长风力机寿命很重要.

6.（√）变桨距叶轮叶片的设计目标主要是为了防止气流分离.7.（√）沿叶片径向的功角变化与叶轮角速度无关8.（×）防雷保护装置的接地属于保护接地.

9.（√）风力发电机组至少应具备两种不同形式的能独立有效控制的制动系统10.（√）风力机支撑系统的功能将力矩从主齿轮上的齿轮安装盘传递到机舱底盘.

三.简答题.

1.简要说明风力发电机组调速装置的三大作用.答：1.当风轮转速低于发电机额定转速时，通过调速装置将转速提高到发电机额定转速.

2.当风轮转速高于发电机额定转速时，使风轮轴转速保持在发电机额定转

速，以保证风力发电机组安全，满负荷发电，发电机的超速运行会使输出电压过高，破坏发电机绝缘，过高的转速会使轴承烧毁.

3.当风轮转速超过其额定最高转速时，使风力发电机组安全停机，保护风

力发电机组不至损坏.

2.简述风力发电机组液压系统的组成作用.

答：液压系统一般由电动机，油泵，邮箱，过滤器，管路及各种液压阀等组成.

液压系统主要是为油缸和制动器提供必要的驱动压力.有的强制润滑型齿轮箱亦需要液压系统供油.油缸主要是用于驱动定桨距风轮的叶尖制动装置或变桨距风轮的变桨机构.

3.画出风力发电机起动时，变桨距控制流程.

4.根据液压变桨距控制系统原理图写出液压变桨距控制系统进桨退桨的工作回路和工作原理.四.计算题.

已知某风力发电机组的风轮直径为40m，其风能利用系数k是0.45，求在风速为10m/s时，该风力发电机组的风能输出功率是多少（空气密度P=1.2KG/M3）

1402PAV2=0.×1.2×（）×π×103=753600（W）22而风能利用系数K=0.45，所以该风力发电机组的风轮输出功率为P=753600×0.45=339.12（KW）.

答：该风力发电机组的风轮输出功率是339.12KW.

解：根据风能公式：W=

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