2019年风力发电机小知识

风力发电机小知识风力发电机小知识 风是由于空气的流动而产生的， 风具有一定的质量和速度， 因而它具备产生能量的基本 要素。由于风能是随机性的， 风力的大小时刻变化，必须根据风力大小及电能需要量的变化 及时通过控制装置来实现对风力发电机组的启动、调节 (转速、电压、频率 )、停机、故障保 护(超速、振动、过负荷等)以及对电能用户所接负荷的接通、调整及断开等操作。风力发电 系统是将风能转换为电能的机械、电气及其控制设备的组合，典型的风力发电系统如图1 所示。 监测显示装置 能量转换装置 （风力发电机组） 储能装置 电能负荷 风 控制装置备用电源 图图 1 1典型的风力发电系统图典型的风力发电系统图 风轮的作用 风轮是吸收风的能量并将其转换成机械能的部件。 风以一定的速度和攻角作用在桨叶上， 使桨叶产生旋转力矩而转动， 将风的能量转变成 机械能，风越大，风轮接受风的能量也越大，风轮转得就越快。 风力发电机原理 漆包铜线绕成线圈， 用永久磁铁产生磁场， 线圈在磁场中旋转， 切割磁力线产生电动势， 线圈转得越快， 切割磁力线的速度就越高， 产生的电压也越高， 对外电路提供的功率就越大， 线圈和磁铁相对旋转的动力来源于风轮，通过风轮和发电机就可以将风的能量转变成电能。 控制器的作用 控制器的作用主要有： 蓄电池电压充至125%后风力发电机自动停机、 电压降至108%后风 力发电机自动恢复工作、风大自动卸载、蓄电池损害保护、蓄电池脱节保护、短路保护、蓄 电池反接保护等保护功能。 A、发电机发出的是三相交流电，给直流电瓶充电需要直流电，通过整流管将交流变直 流（整流）给电瓶充电。 B、铅酸蓄电瓶充满电后，继续大电流充电，就造成电瓶过充电，电瓶充满后过充造成 电瓶液的损耗、极板变形，严重影响电瓶使用寿命。 C、铅酸蓄电瓶对外放电到其70%的额定容量时，应立即停止对外放电，否则过度放电， 将导致极板弯曲，板栅损坏，活性物质脱落， 造成电瓶容量不可恢复的减退，甚至导致电瓶 失效。 D、电瓶充满后，风力发电机发出的电不能提供给电瓶，控制系统断开充电线路，这时 风力发电机发出的电没有了去路， 发电机失去了负载，发电机的阻力变得很小， 这时发电机 的转速就会成倍升高，若遇到强风，发电机转速就会迅速升高，叶轮越转越快，造成飞车。 因此，必须给发电机提供一负载来泄荷， 通常泄荷是由电阻来承担， 将发电机发出的电能通 过泄荷电阻转化成热能消耗掉。 逆变器的作用 储存在电瓶中的直流电， 只能供给直流电器工作， 如直流灯泡等，而家用电器基本上都 是交流电器，电压是交流220伏的，因此， 要将电瓶的低压直流电转化成220伏的交流电（直 流转变成交流，这个过程称为逆变） ，这个任务就由逆变器来完成。 风力发电机组设计的总体参数 一、风轮叶片数 一般风轮叶片数取决于风轮的尖速比λ 。目前用于风力发电一般属于高速风力发电机 组，即λ ＝4-7 左右，叶片数一般取2—3。用于风力提水的风力机一般属于低速风力机，叶 片数较多。叶片数多的风力机在低尖速比运行时有较低的风能利用系数，即有较大的转矩， 而且起动风速亦低， 因此适用于提水。 而叶片数少的风力发电机组的高尖速比运行时有较高 的风能利用系数，且起动风速较高。 另外，叶片数目确定应与实度一起考虑，既要考虑风能 利用系数，也要考虑起动性能，总之要达到最多的发电量为目标。 由于三叶片的风力发电机的运行和输出功率较平稳，目前风力发电机采用三叶片的较 多。 二、风轮直径 风轮直径可用下行公式进行估算 式中 P—风力发电机组设计（额定）风况输出电功率（kW） ： ρ —空气密度，一般取标准大气状态； （kg/m3） V1—设计风速（风轮中心高度） （m / s） ： D—风轮直径（m） ： η １—发电机效率： η ２—传动效率： Cp— 风能利用系数。在计算时，一般应取额定风速下的Cp 值。 三、设计风速 风轮设计风速（又称额定风速）是一个非常重要的参数， 直接影响到风力发电机组的尺 寸和成本。 设计风速取决于安装风力发电机组地区的风能资源。 风能资源既要考虑到平均风 速的大小，又要考虑风速的频度。知道了平均风速和频度，就可以确定风速V1的大小，如 可以按全年获得最大能量为原则来确定设计风速。 也有人提出以单位投资获得最大能量为原 则来选取设计风速。 四、尖速比 风轮的尖速比是风轮的叶尖速度和设计风速之比。 尖速比是风力发电机组的一个重要设 计参数，通常在风力发电机组总体设计时提出。首先，尖速比与风轮效率是密切相关的，只 要风力发电机没有超速， 运转处于较高尖速比状态下的风力发电机， 风轮就具有较高的效率。 对于特定的风轮，其尖速比不是随意而定的， 它是根据风力发电机组的类型、 叶尖的形状和 电机传动系统的参数来确定的。不同的尖速比意味所选用或设计的风轮实度具有不同的数 值。设计要求的尖速比，是指在此尖速比上，所有的空气动力学参数接近于它们的最佳值， 以及风轮效率达到最大值。 在同样直径下， 高速风力发电机组比低速风力发电机组成本要低， 由阵风引起的动负载影响亦要小一些。 另外， 高速风力发电机组运行时的轴向推力比静止时 大。高速风力发电机组的起动转矩小，起动风速大，因此要求选择最佳的弦长和扭角分布。 如果采用变桨距的风轮叶片， 那么在风轮起动时， 变距角要调节到较大值， 随着风轮转速的 增加逐渐减小。 当确定了风力发电机组尖速比范围之后， 要根据风轮设计风速和发电机转速 来选择齿轮箱传动比，最后再用公式λ = Rω /V 进行尖速比的计算，确定其设计参数。 五、实度 风轮的实度是指风轮的叶片面积之和与风轮扫掠面积之比。 实度是和尖速比密切相关的 另一个重要设计参数。对风力提水机，因为需要转矩大， 因此风轮实度取得大；对风力发电 机，因为要求转速高，因此风轮实度取得小。 自起动风力发电机组的实度是由预定的起动风 速来决定的，起动风速小，要求实度大。通常风力发电机组实度大致在5%~20%这一范围。 实度的大小的确定要考虑以下两个重要因素： （1）风轮的力矩特性，特别是起动力矩： （2）风轮的转动惯用量及电机传动系统特性决定。 六、翼型及其升阻比 翼型的选取对风力发电机组的效率十分重要。翼型的升力/ 阻力比（L / D ）值愈高则 风力发电机组的效率愈高。 同时要考虑翼型的失速特性， 避免由于失速而产生的瞬间抖动现 象。 七、其他 （一）风轮中心离地高度。是指风轮中心离安装处地面高度。 （二）风轮锥角。风轮锥角是叶片相对于和旋转轴垂直平面的倾斜度。锥角的作用是： 在风轮运行状态下离心力起卸荷作用， 以减少气动力引起的叶片弯曲应力和防止叶片梢部与 塔架碰撞。 （三）风轮仰角。风轮仰角是风轮相对于和旋转轴平行平面的倾斜度， 倾角的作用主要 是减少和防止叶片梢部与塔架碰撞面。 小型交流永磁风力发电机设计特点 小型风力发电机及其发电机（2） 1引言 人们曾使用过直流发电机、 电磁式交流发电机、爪极式发电机、磁阻式发电机以及感应 子式发电机等用于小型风能发电装置。 随着永磁材料的技术发展， 永磁材料磁能积大大提高， 目前主要使用永磁发电机。 该类电机不论从电气性能上， 还是在安全可靠性上讲， 都优于前 几