新形勢下風力發電機原理及結構分析

龔洋

摘要： 重點探討了利用風力發電而產生的風力發電機就是利用新能源之后產生的一項新的風力發電技術。

關鍵詞：新形勢；風力發電機；原理；結構

中圖分類號：TB文獻標識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2016.14.116

1風力發電機的主要原理

我們之所以可以利用風力發電，完全是受益于風力發電機的廣泛使用。風力可以發電是利用風力在空氣中的流動作用于發電機上面，從而推動發電機中風輪的高速旋轉而產生大量的動能，風力發電機的運動原理就是將輪軸固定在軸承上面，通過傳動系統驅動發電機軸及轉子旋轉，發電機將機械能變成電能輸送給負荷或電力系統，這就是風力發電機運行的原理以及發點的主要過程。

風力發電機中重要的概念，分別是風能、風能密度、有效分能密度。首先，風能就是大氣受到太陽能打壓力，而在空氣中流動從而產生的能量叫作分能，其計算公式為：E=0.5ρsV3；其次，風能密度就是在一定的時間之內流過的空氣面積叫作風能密度，其計算公式是：W=0.5ρV3；最后，有效分能密度就是指風機可利用的風速范圍內的風能密度。

2風力發電機的組成結構以及特點

2.1葉輪

葉輪是風力發電機中非常重要的一個結構，它的作用是將分能轉化為電能。其工作原理是利用分能推動葉輪旋轉，再利用齒輪箱將轉動速度加以提升，從而達到產生大量電能的作用。在一個風力風力發電機中通常具有兩到三個葉輪，如果擁有三個葉輪，就可以使風力發電機的速率達到最高的程度。

在每一個葉輪中都會有若干個葉片，葉片也是葉輪能否正常運行的關鍵。使用什么樣的葉輪要視風力發電機的類型而決定，在小型風力發電機中葉輪的選用通常要考慮它使用材料的效率、重量、硬度因素；相對于大型的風力發電機，葉輪的選取因素則要比小型風力發電機多很多，所以在大型風力發電機中，對材料的選擇更為重要。世界上大多數大型風力機的葉片是由GRP制成的。

2.2轉動裝置

風力發電機中的轉動裝置，通常包括了低速軸、高速軸、齒輪箱、聯軸節和制動器等。但是在實際的應用中，轉動裝置的構成并不需要這么多的結構。比如說有一些風力發電機就不需要其中的低速轉動軸；有些風力發電機則會設計成無齒輪箱的。尤其是在小型風力發電機中這種特性更加明顯。

在轉動裝置的這些結構當中，最為重要的就是其中的齒輪箱，齒輪箱的主要作用是將葉輪在風力作用下產生的能量發送給發電機并產生大量電能。因此，在某些情況下，葉輪的轉速達不到規定要求時，就需要齒輪箱的增速來提高葉輪的轉速，所以我們通常也把齒輪箱成為增速箱。

2.3剎車系統

在風力發電機中所說到的剎車系統也被稱之為制動系統。在風力發電機中剎車系統分為兩個部分，分別是氣動制動與機械制動。為什么要在風力發電機中設置剎車系統，這是因為在風力發電機的運行過程中風速是非常不穩定的，在風速很大的情況下，會導致葉輪的轉速過快，最終致使整個風力發電機損壞。因此，為了保證風力發電機在運行的過程中具有適當的運行速度，我們通常會在風力發電機中安裝一個專門的剎車系統，以防止風力發電機運行速度過快，導致機器設備出現損壞的現象。

2.4偏航系統

在風力發電機當中偏航系統也是一個非常重要的部分，偏航系統的主要作用就是時刻保持葉輪橫掃面積與風向垂直。而不同類型的風力發電機對于偏航系統的要求也是不同的。對于小型的風力發電機而言，使用的偏航系統利用的是舵輪作為對風裝置，主要的工作原理是：當風力發電機的風向產生變化時，風力發電機的舵輪會對風力發電機的風輪進行調整，以保證風輪和風向對等。對于大型的風力發電機而言，所使用的偏航系統主要是幫助發電機對準分向。因此大型風力發電機的偏航系統都會包括風向標以及風力反應器等等的設備。大型風力發電機所使用的偏航系統主要的工作原理是：利用風力感應器感應風向的變化，然后利用風向標調整發電機的運轉風向。經過比較后處理器給偏航電機發出順時針或逆時針的偏航命令，為了減少偏航時的陀螺力矩，電機轉速將通過同軸連接的減速器減速后，將偏航力矩作用在回轉體大齒輪上，帶動風輪偏航對風，當對風完成后，風向標失去電信號，電機停止工作，偏航過程結束。

2.5調控系統

調控系統在風力發電機中又被稱作控制系統。控制系統在風力發電機中起到的作用是關鍵性的。控制系統作為風力發電機的中樞系統。這主要是由于隨著科技的不斷發展，當今的風力發電機都是全自動的，基本不受人為控制的。因此，控制系統的設置可以很好的防止風力發電機運行過程中出現一些不可預測的風險。現代風機的存活風速為6070 米/秒，也就是說在這么大的風速下風機也不會被吹壞。通常所說的12級颶風，其風速范圍也僅為32.736.9米/秒。因此，風力發電機的控制系統需要在發電機達到高速運轉之后，根據周圍的環境，風力發電機的狀況等等來調控風力發電機運行的速度、頻率等等。

參考文獻

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