新形势下风力发电机原理及结构分析

龚洋

摘要： 重点探讨了利用风力发电而产生的风力发电机就是利用新能源之后产生的一项新的风力发电技术。

关键词：新形势；风力发电机；原理；结构

中图分类号：TB文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2016.14.116

1风力发电机的主要原理

我们之所以可以利用风力发电，完全是受益于风力发电机的广泛使用。风力可以发电是利用风力在空气中的流动作用于发电机上面，从而推动发电机中风轮的高速旋转而产生大量的动能，风力发电机的运动原理就是将轮轴固定在轴承上面，通过传动系统驱动发电机轴及转子旋转，发电机将机械能变成电能输送给负荷或电力系统，这就是风力发电机运行的原理以及发点的主要过程。

风力发电机中重要的概念，分别是风能、风能密度、有效分能密度。首先，风能就是大气受到太阳能打压力，而在空气中流动从而产生的能量叫作分能，其计算公式为：E=0.5ρsV3；其次，风能密度就是在一定的时间之内流过的空气面积叫作风能密度，其计算公式是：W=0.5ρV3；最后，有效分能密度就是指风机可利用的风速范围内的风能密度。

2风力发电机的组成结构以及特点

2.1叶轮

叶轮是风力发电机中非常重要的一个结构，它的作用是将分能转化为电能。其工作原理是利用分能推动叶轮旋转，再利用齿轮箱将转动速度加以提升，从而达到产生大量电能的作用。在一个风力风力发电机中通常具有两到三个叶轮，如果拥有三个叶轮，就可以使风力发电机的速率达到最高的程度。

在每一个叶轮中都会有若干个叶片，叶片也是叶轮能否正常运行的关键。使用什么样的叶轮要视风力发电机的类型而决定，在小型风力发电机中叶轮的选用通常要考虑它使用材料的效率、重量、硬度因素；相对于大型的风力发电机，叶轮的选取因素则要比小型风力发电机多很多，所以在大型风力发电机中，对材料的选择更为重要。世界上大多数大型风力机的叶片是由GRP制成的。

2.2转动装置

风力发电机中的转动装置，通常包括了低速轴、高速轴、齿轮箱、联轴节和制动器等。但是在实际的应用中，转动装置的构成并不需要这么多的结构。比如说有一些风力发电机就不需要其中的低速转动轴；有些风力发电机则会设计成无齿轮箱的。尤其是在小型风力发电机中这种特性更加明显。

在转动装置的这些结构当中，最为重要的就是其中的齿轮箱，齿轮箱的主要作用是将叶轮在风力作用下产生的能量发送给发电机并产生大量电能。因此，在某些情况下，叶轮的转速达不到规定要求时，就需要齿轮箱的增速来提高叶轮的转速，所以我们通常也把齿轮箱成为增速箱。

2.3刹车系统

在风力发电机中所说到的刹车系统也被称之为制动系统。在风力发电机中刹车系统分为两个部分，分别是气动制动与机械制动。为什么要在风力发电机中设置刹车系统，这是因为在风力发电机的运行过程中风速是非常不稳定的，在风速很大的情况下，会导致叶轮的转速过快，最终致使整个风力发电机损坏。因此，为了保证风力发电机在运行的过程中具有适当的运行速度，我们通常会在风力发电机中安装一个专门的刹车系统，以防止风力发电机运行速度过快，导致机器设备出现损坏的现象。

2.4偏航系统

在风力发电机当中偏航系统也是一个非常重要的部分，偏航系统的主要作用就是时刻保持叶轮横扫面积与风向垂直。而不同类型的风力发电机对于偏航系统的要求也是不同的。对于小型的风力发电机而言，使用的偏航系统利用的是舵轮作为对风装置，主要的工作原理是：当风力发电机的风向产生变化时，风力发电机的舵轮会对风力发电机的风轮进行调整，以保证风轮和风向对等。对于大型的风力发电机而言，所使用的偏航系统主要是帮助发电机对准分向。因此大型风力发电机的偏航系统都会包括风向标以及风力反应器等等的设备。大型风力发电机所使用的偏航系统主要的工作原理是：利用风力感应器感应风向的变化，然后利用风向标调整发电机的运转风向。经过比较后处理器给偏航电机发出顺时针或逆时针的偏航命令，为了减少偏航时的陀螺力矩，电机转速将通过同轴连接的减速器减速后，将偏航力矩作用在回转体大齿轮上，带动风轮偏航对风，当对风完成后，风向标失去电信号，电机停止工作，偏航过程结束。

2.5调控系统

调控系统在风力发电机中又被称作控制系统。控制系统在风力发电机中起到的作用是关键性的。控制系统作为风力发电机的中枢系统。这主要是由于随着科技的不断发展，当今的风力发电机都是全自动的，基本不受人为控制的。因此，控制系统的设置可以很好的防止风力发电机运行过程中出现一些不可预测的风险。现代风机的存活风速为6070 米/秒，也就是说在这么大的风速下风机也不会被吹坏。通常所说的12级飓风，其风速范围也仅为32.736.9米/秒。因此，风力发电机的控制系统需要在发电机达到高速运转之后，根据周围的环境，风力发电机的状况等等来调控风力发电机运行的速度、频率等等。

参考文献

[1] 刘玉福.大型电机轴电压的防护与监测[J].上海大中型电机，2012，（02）.

[2]李戈，宋新甫，常喜强.直驱永磁风力发电系统低电压穿越改进控制策略研究[J].