风力发电机原理

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1、可再生能源与可持续进展作业题 目：风力发电机原理班 级：08 机制 4 班姓 名：毛羽西Ill学 号：0822405 教 师：李永2020 年 11 月目录风力发电机原理 21 风力发电机概述 22 水平轴涡轮发电机 2水平轴涡轮机结构 3水平轴涡轮机叶片 4发电机 5制动系统 63 风力发电前景展望 7结论 7参考文献： 7风力发电机原理1 风力发电机概述风力发电的原理，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。依据目前的风车技术，大约是每秒三公尺的轻风速度（轻风的程度），即能够开 始发电。 风力发电正活着界上形成一股热潮，为风力发电没有燃料问题，也可不能

2、产生辐射或 空气污染。风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行；我国也在西部地域大力提倡。小型风力发电系统 效率很高，但它不是只由一个发电机头组成的，而是一个有必然科技含量的小系统：风力发电 机充电器数字逆变器。风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成。每一部份都很重要， 各部份功能为：叶片用来同意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 取得最大的风能；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固，故其输出的是1325V转变的交流电，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。然后用有爱

3、惜电路的逆变电源，把电瓶 里的化学能转变成交流220V市电，才能保证稳固利用。风力发电机的大体工作原理比较简单，风轮在风力的作用下旋转，将风的动能转变成风轮 轴的机械能，风轮轴带动发电机旋转发电。其中风能转扮装置称为风力机。风力机的核心部份 为叶轮的设计，随着空气动力学的飞速进展，叶轮设计已经取得了庞大的进步。12 水平轴涡轮发电机正如其名字的含义，水平轴风力涡轮机的转轴是水平安装的，与地面平行。水平轴风力涡 轮机需要利用偏航调束装置时刻依照风向进行调整。偏航系统通常包括和变速箱，用于缓慢左 右移动整个转子。涡轮机的电子操纵器读取风向标设备（机械或电子风向标）的位置，并调整 转子位置以尽可能捕

4、捉最大的风能。水平轴风力涡轮机利用塔架将涡轮机组件上升到最适合风 速的高度（如此叶片便可不能碰着地面），而且占用超级少的地面空间，因为几乎所有组件都在 高达80米的空中。水平轴涡轮机结构大型水平轴风力涡轮机组件：转子叶片捕捉风能并将其转换为转轴的转动能 转轴将转动能转移到发电机内发动机箱一个箱子，其中包括： 变速箱用于增加转子中心和发电机之间的转轴速度 发电机利用转轴的转动能，通过发电 电子操纵装置（未显示）监视系统，用于在显现故障时关闭涡轮和操纵偏航装置 偏航操纵器（未显示）移动转子使其与风向维持一致 制动装置在显现电力超载或系统故障时停止转轴旋转。塔架支撑转子和发动机箱，并将整个装置上升到

5、更高位置，使叶片可不能碰着地面 电力设备从发电机向下通过塔架输送电流，还可操纵涡轮机的多个平安数件水平轴涡轮机叶片力凤凤力发电探秘 c涡轮机空气动力学涡轮叶片的形状超级像翅膀它们利用了机翼设计。在机翼中，叶片的一面略有弧度， 而另一面那么相对较平。上升是超级复杂的现象，事实上可能只有数学或物理学博士才能完全 领会。只是咱们能够如此来简单说明上升现象：当风沿着顺风的叶片弧面通过时，它必需加速 速度才能及时抵达叶片结尾，以追上从叶片逆风的较平面上（也确实是面朝风吹来的方向）通 过的风。由于移动速度较快的空气将在大气中上升，顺风的弧面上将显现低压团。低压区域向 顺风方向吸引叶片，此称为“上升”效应。

6、在叶片的逆风面，风速较慢，产生推动叶片的较高 压力区域，使其减速。和机翼设计类似，高升阻比关于设计高效涡轮叶片相当重要。涡轮叶片 呈螺旋状，如此便始终可呈现出利用理想升阻力比的角度。有关上升力、阻力和机翼空气动力 学的更多信息，请参见。空气动力学不是制造高效风力涡轮机的唯一设计考虑。尺寸也很重要涡轮叶片越长（因 此转子直径越大），涡轮可从风中捕捉的能量越多，发电容量也就越大。通常，将转子直径加倍， 可将能量输出提高至原先的四倍。可是，在某些情形下，如在风速较低的地域，直径较小的转 子能够比直径较大的转子产生更多能量，因为较小的装置用于转动较小发电机的风能较少，因 此涡轮性能够几乎一直以满功率运

7、行。塔架高度也是阻碍发电容量的一个要紧因素。涡轮越高， 所能捕捉的能量越多，因为风速随高度提升而增加地面摩擦和地面物体会阻碍风的流动。 科学家估量高度每上升一倍，风速增加12%。要计算涡轮机实际从风中产生的能量多少，您需要明白涡轮机所在地址的风速和涡轮机功 率。多数大型涡轮机在风速约15米/秒（33mph）的情形下可产生最大能量。考虑到在风速稳固的 情形下，转子直径决定涡轮机可产生的能量多少。请记住，随着转子直径增加，塔架高度也会 增加，这意味着将接触到速度更快的风。转子大小和最大输出功率转子直径（米）输出功率（kW）10251710027225333004050044600487505410

8、00641500722000802500资料来源：丹麦风电行业协会、美国风能协会发电机 国内目前装机的电机一样分为二类，在现代风力发电机上，最大电力输出一样为500至 1500千瓦。异步型（1）笼型异步发电机；功率为 600/125kW 750kW 800kW 1250180kW风力发电机定子向电网输送不同功率的50Hz交流电；（2）绕线式双馈异步发电机；功率为1500kW定子向电网输送50Hz交流电，转子由变频器操纵，向电网间接输送有功或无功功率。 同步型（1）永磁同步发电机；功率为750kW 1200kW 1500kW由永磁体产生磁场,定子输出经全 功率整流逆变后向电网输送50Hz交流电（

9、2）电励磁同步发电机;由外接到转子上的直流电流产生磁场,定子输出经全功率整流逆变 后向电网输送50Hz交流电异步电机电机的转速（转子转速）小于旋转磁场的转速，从而叫为异步电机。它和感应电机大体上 是相同的。s=（ns-n）/ns。s为转差率，ns为磁场转速，n为转子转速。当三相异步电机接入三相交流电源时，三相定子绕组流过三相对称电流产生的三相磁动势（定子旋转磁动势）并产生旋转磁场。该旋转磁场与转子导体有相对切割运动,依照电磁感应原 理,转子导体产生感应电动势并产生感应电流。依照电磁力定律，载流的转子导体在磁场中受到 电磁力作用，形成电磁转矩，驱动转子旋转，当电动机轴上带机械负载时，便向外输出机

10、械能。同步电机和感应电机一样是一种经常使用的交流电机。特点是：稳态运行时，转子的转速和电网频 率之间有不变的关系 n=ns=60f/p，ns 称为同步转速。假设电网的频率不变，那么稳态时同步电 机的转速恒为常数而与负载的大小无关。同步电机分为同步发电机和同步电动机。现代发电厂 中的交流机以同步电机为主。励磁绕组通以直流励磁电流，成立极性相间的励磁磁场，即成立起主磁场。三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或感应电流的载体。原动机拖动转子旋转（给电机输入机械能），极性相间的励磁磁场随轴一路旋转并按序切割 定子各相绕组（相当于绕组的导体反向切割励磁磁场）。由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运

11、动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性转变的三 相 对称交变电势。通过引出线，即可提供交流电源。2制动系统在风速为33mph （约15米/秒）的情形下，多数大型涡轮性能够达到其额定功率，在45mph （20 米/秒）下，多数大型涡轮机关闭。有许多可在风速要挟结构时关闭涡轮机的平安系统， 其中包括一种部份涡轮机所用的超级简单的振动传感器，这种传感器的大体组成是一个位于小 底座上的与链条相连的金属球。若是涡轮机的振动开始超过某个阈值，球将从底座上落下，拉 动链条并触发关闭。涡轮机中最经常使用的灵敏性平安系统可能是受超过阈值的风速触发的“制动”系统。这 些装置利用电源操纵系统，当风速太高时启动制

12、动装置，当风速下降低于45mph（20米/秒）时 “松开制动装置”。现代大型涡轮机设计利用多种不同类型的制动系统：角度操纵一一涡轮机的电子操纵器监视涡轮的功率输出。当风速高于45mph（20米/秒）时，输出功率将太高，现在操纵器通知叶片改变角度，使叶片与风向不一致。如此做能够减慢叶片 的转动。角度操纵系统要求（转子上的）叶片安装角度是可调整的。被动停止操纵叶片以固定角度安装在转子上，但设计使得叶片中的扭曲角度可在风速 太高时对叶片进行制动。叶片具有一个特殊的角度，可在风速超过某一值时致使叶片的逆风面 产生湍流，从而使叶片停止转动。简单来讲，当面对风向的叶片角度过陡，以至于开始排除上 升力，从而

13、降低叶片速度时，空气动力学作用将停止。主动停止操纵这种功率操纵系统的叶片能够调整角度，类似角度操纵系统中的叶片。 主动停止系统依照角度操纵系统的方式读取功率输出，但不是调整叶片角度使其与风向不一致， 而是调整角度使它们停止转动。3 风力发电前景展望随着世界经济的进展，风能市场也迅速进展起来。 2020 年末，全世界风电总装机容量达 199,520兆瓦，发电量超过4099 亿千瓦时，占世界电力总发电量的%。传统市场进展缓慢，新 兴市场却蓬勃向上。中国风电2020 年新增装机容量达到 18,928 兆瓦，占全世界新增装机容量 48%，超过美国，成为世界第一大风电市场。“十一五”期间，中国的并网风电

14、取得迅速进展。2007 年以来，中国风电产业规模延续暴 发式增加态势。内蒙古、新疆、辽宁、山东、广东等地风能资源丰硕，风电产业进展较快。2020 年 10000 兆瓦的进展目标在 2020 年就已达到，可再生能源中长期计划中 2020 年 30000 兆瓦 的风电装机目标也在2020 年提早实现。中国正处在风电能源市场潜力庞大。进展风能等清洁可再生能源是人类的必然选择。中国 有专门好的风电条件。同时，进展风电等清洁能源需要政策、资金和技术等多方面支持，相信 中国风电产业会进展专门快。结论风力发电的原理，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。风力发电机将风能转换为机械功的动力机械，水平轴涡轮机叶片利用了空气动 力学原理，空气流过叶片时取得升力，使得叶片旋转，叶片长度越长可取得越大动能。发电机 要紧利用同步型和异步型两种，将动能转化为电能。发电机内设制动系统，限制叶片的转速。风力发电作为一种新型清洁能源利用方式，相对较为成熟，效率高，利用范围广，在我国 有广漠的应用前景。参考文献：1 李滨波、段向阳.风力发电机原理及风力发电机技术.湖北电力，2007（12）：31-62 邓星钟.机电传动操纵.华中科技大学出版社，2007（7）