风力发电及小型风力发电机原理

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一、 何谓风力发电

        1． 风力发电原理
        风力发电原理说起来非常简单，最简单的风力发电机可由叶轮和发电机两部分构成，如图1所示。空气流动的动能作用在叶轮上，将动能转换成机械能, 从而推动叶轮旋转。如果将叶轮的转轴与发电机的转轴相连，就会带动发电机发出电来。孩童玩的纸质风车就是风力机的雏形，在它的轴上装个极微型的发电机就可发电。风力发电原理这么简单，为什么仅到20世纪的中后期才获得应用呢？第一，常规发电还能满足需要，社会生产力水平不够高，还无法顾及降低环境污染和解决偏远地区的供电问题；第二，能够并网的风力发电机的设计与制造，只有现代高技术的出现才有可能。20世纪初期是造不出现代风力发电机的。那么，现代风力发电机是什么样呢？下面我们就介绍一下现代风机的结构与技术特点。

        2． 现代风力发电机
        图1所示的风力发电机发出的电时有时无，电压和频率不稳定，是没有实际应用价值的。一阵狂风吹来，风轮越转越快，系统就会被吹跨。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，现代风机的示意如图2所示。

       齿轮箱可以将很低的风轮转速（600千瓦的风力发电机通常为27转/分）变为很高的发电机转速（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，600千瓦的风力发电机机舱总重20多吨，使这样一个系统随时对准主风向也有相当的技术难度。


        风力发电机是有许多转动部件的。业已说明，机舱在水平面旋转，随时跟风风轮沿水平轴旋转，以便产生动力。在变桨矩风机，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。在停机时，叶片尖部要甩出，以便形成阻尼。液压系统就是用于调节叶片桨矩、阻尼、停机、刹车等状态下使用。

        控制系统是现代风力发电机的神经中枢。现代风力发机是无人值守的。就600千瓦风力发电机而言，一般在4米/秒左右的风速自动启动，在14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。现代风力发电机的存活风速为60-70米/秒，也就是说在这么大的风速下风机也不会被吹坏。要知道，通常所说的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，要在这样恶劣的条件下，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。并监视齿轮箱、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。


     3． 风力发电场
        现代大型风力发电机，单台容量一般为600-1000千瓦。目前国际上研制的超大型风力发电机单机容量也只为6MW。对于一个大型发电场来说，其容量还是很小的。因此，我们一般将十几台或几十台风力发电机组成一个风电场。这样既形成一个强大的供电体系，也便于管理，实现远程监控。同时，也降低了安装、运行和维护的成本。图3为山东长岛风力发电场一角。
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JustinHJP

最近就在做风力发电的项目，学习了！
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