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风力发电讲义 第二章

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第2章 风力发电及其控制--《可再生能源发电》电子课件

第2章 风力发电及其控制--《可再生能源发电》电子课件
的迎风角度不能随风速的变化而变化。
定桨距风电机组需要配套的发电机具有恒转速特性，并网 运行的异步发电机能够满足这一要求。
采用异步发电机并网运行有一系列优点：笼型异步发电机 的结构简单、价格便宜；不需要严格的并网装置，可以较容易 地与电网连接；异步发电机并网运行时，转速近似是恒定的， 但允许在一定范围内变化，因此可吸收瞬态阵风能量。
离网型风力发电系统通常由风力机、发电机和电力电子接口 等构成，其容量一般较小，风力机转速较高，可直接驱动发电 机，故一般没有齿轮箱；发出的电能经电力电子接口变换后直 接供给负载，因此，也没有变压器，结构上要简单许多。下图 为某类复杂并网型的原理图。
2020/10/29图2-5 变速变桨距控制双馈异步风力发电机系统原理
2020/10/29
2020/10/29
离网型：
2020/10/29
2.3 风力机及其控制
2.3.1 风力机的基本类型 2.3.2 风力机的工作原理 2.3.3 风能利用系数 2.3.4 风力机的功率控制
2.3.5 变桨系统 2.3.6 偏航系统
2020/10/29
2.3.1 风力机的基本类型
变桨机构使叶片绕其轴线旋转，增大叶素弦线与旋转平面之
间的夹角，即桨距角 ，减小攻角 ，使风力机的功率保持
不变。
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主动失速控制与变桨控制虽然都是通过调节桨距角来调节 风力机的功率，但它们之间存在以下明显差异：
（1）调节方向不同：主动失速控制是减小桨距角，增大攻角 ，使失速加深；而变桨控制是增大桨距角，减小攻角，限制吸 收风功率。因此，二者的桨距角调节方向相反。
力和转矩的积分。为便于分析，
图2-9 叶素扫掠出的圆环
在桨叶上取半径为r,

控制系统构造及原理讲义

控制系统构造及原理讲义

二、安全保护
4．振动保护 机组一般设有三级振动频率保护：振动开关、振动频率上限l、振动频
率极限2，当振动开关动作时，系统将分级进行处理。 5．开机保护
采用机组开机正常顺序控制，对于定桨距失速异步风力发电机组采取 软切控制限制并网时对电网的电冲击；对于同步风力发电机，采取同步、 同相、同压并网控制，限制并网时的电流冲击。 6．关机保护
2.2 显示屏操作
3) 对定子侧和转子侧的电压、电流测量，除了用于监控过电压、低电压、过电 流、低电流、三相不平衡外，也用于统计发电量，以及并网前后的相序检测。
4）通过和机舱控制柜相连的信号线实现系统安全关机、紧急关机、安全链复位 等功能。
一、控制系统
3、控制系统的功能 ①在运行的风速范围内，确保系统的稳定； ②低风速时，跟踪最佳叶尖速比，获取最大风能； ③高风速时，限制风能的捕获，保持输出功率为额定值； ④减小阵风引起的转矩波动峰值，减小风轮的机械应力和输出功率的 波动，避免共振； ⑤减小功率传动链的暂态响应； ⑥控制器简单，控制代价小，对一些输入信号进行限幅； ⑦确保机组输出电压和频率的稳定。
二、安全保护
二、安全保护
1．大风保护安全系统 多数机组取l0min平均25m/s为切出风速，由于此时风的能量很大，
系统必须采取保护措施。 在关机前对失速型风力发电机组，风轮叶保持在额定功率左右。 对于变桨距风力发电机组，必须调解叶片桨距角，实现功率输出
一、控制系统
为了完成上述要求，控制系统必须 ① 根据风速信号自动进入起动状态、并网或从电网切出； ② 根据功率及风速大小自动进行转速和功率控制； ③ 根据风向信号自动对风； ④ 根据功率因数自动投入(或切出)相应的补偿电容(对于设置补偿电容的
机组)。当发电机脱网时，能确保机组安全关机； ⑤ 在机组运行过程中，能对电网、风况和机组的运行状况进行监测和记

风力发电原理第二章【华北电力大学课件】

风力发电原理第二章【华北电力大学课件】

②山脉对风的影响
山脊、丘陵和悬崖的形态极大地影响着 风廓线。光滑的山脊会加速穿越的气流，这 是因风通过山脊时受阻压缩而引起的。山脊 的形状决定了加速的程度，表面裸露时，对 风速影响更加明显。若山脊的斜率为6°～ 16°，则加速明显，可充分利用这种效应来 发电；但若斜率超过27°或低于3°，则加 速不明显，不利于风力发电。对于长而地表 沿坡度平缓的山脊，其顶部及迎风面的上半 部一般都是最好的风场；而在其背风面，因 可能存在湍流而不设臵风力机。
能源动力与机械工程学院
P64-17
P64-18
能源动力与机械工程学院
§2-2
一、风能
风的能量与测量
定义：空气运动产生的动能称为“风能”。
E 1 2 mV
2

1 2
A V tV
2

1 2பைடு நூலகம்
A tV
3
单位时间内垂直流过截面A的空气拥有的做功能力， 称为风能功率(W)
W 1 2
AV
3
P64-9
能源动力与机械工程学院
在垂直方向，湍流影响范围的最大高度达障碍物高度的2倍。当风力机 叶片扫风最低点所处的高度是3倍障碍物高度时，则障碍物对风力机的影响 可以忽略。但若风力机前有较多障碍物时，由于风力机前的平均风速因障碍 物而发生改变，则此时必须考虑障碍物的影响。因此，在风电场选址时应考 虑到附近区域的障碍物，塔的高度必须足够高以便克服湍流区的影响。
P64-23
能源动力与机械工程学院
四、风速与风级
• 风速就是空气在单位时间内移动的距离，国际上的单位是 米/秒(m / s)或千米/小时(km/h)。我国现行的风速观测有定 时4次2min平均风速和1日24次自动记录10min平均风速两 种。 • 人们习惯用风级来表示风的强弱 。 • 我国是用风级表示风大小的最早国家之一，远在唐代，科 学家李淳风就在他的著作中提出过9级风的划分标准，且非 常直观形象，如“动叶、鸣条、摇枝等”。 • 1805年，英国人总结提出了更精确的风级划分标准，从0级 到12级，共分13个等级。随后，又补充了每级风的相应风 速数据，使人们从直接景观现象发展到依靠精确的风速数 据，这一标准后来逐渐被国际公认，称为“蒲氏风级”。

双馈风力发电机的工作原理

双馈风力发电机的工作原理

1
1
1
.
.
E′2 、 I ′2 分别为转子侧感应电势，转子电流经过频率和绕组折算后折算
到定子侧的值
.
.
.
U ′2 转子励磁电压经过绕组折算后的值，U ′2/ s 为U ′2 再经过频率折算后
的值
A
R1
X1
R2′ / s
X 2′
.
.
I1
I2
.
U 1
−E1 = −E&2′ X m
.
Im
U& 2′ s
X
图（3-1）双馈发电机的等值电路图
则 P2 < 0 ，转子向电网馈送电磁功率。
下面考虑发电机超同步和亚同步两种运行状态下的功率流向 （1）超同步运行状态，顾名思义，超同步就是转子转速超过电机的同步转速时 的一种运行状态，我们称之为正常发电状态。（因为对于普通的异步电机，当转 子转速超过同步转速时，就会处于发电机状态。）
电网
P1
Pmech
B
u B
iB
b
ua
a
ia
θm
ib
A
ub
iA
ic uc
uA
c
iC uC
C
图（3-9）双馈电机的物理结构图
电压方程 选取下标 s 表示定子侧参数，下标 r 表示转子侧参数。定子各相绕组的电
阻均取值为 rs ，转子各相绕组的电阻均取值为 rr 。 于是，交流励磁发电机定子绕组电压方程为：
u A = −rsiA + Dψ A ； uB = −rsiB + Dψ B ； uC = −rsiC + Dψ C 转子绕组电压方程为：
P2
Pmech

风和降水(讲义)

风和降水(讲义)

浙教版八年级上册第二章第四节风和降水【知识点分析】1.风的形成：风是空气的水平运动。

在同一水平高度上，如果一个地方的气压和另一个地方的气压高低不同，即有的地方气压高，有的地方气压低,空气就会从高气压区流向低气压区，这样就形成了风。

2.风的基本要素：风是有方向和大小的，用风向和风速来表示。

(1)风向:风吹来的方向,有“东、南、西、北”以及“东南、西南、西北、东北”八个基本方向。

天气观测和预报中常使用8种风向。

如果风是从东边吹向西边，那么这个风的风向是东风。

【用风向标测风向】【用风速仪测风速】(2)风速:单位时间内空气流动的距离。

常用的单位有米/秒、千米/时等。

风速常用风级表示。

3.各风级的名称、风速和风效：风速常用风级表示。

风级一般分为0~ 12级，每级风的名称、风速及在陆地上产生的风效都会有所不同。

见下表:4.风的符号:天气图上用风向标来表示风向和风速。

一般我们在媒体上看到的都是近地面的风向标。

风向标的矢杆表示风向。

风向标上的矢羽表示风速，一个小三角旗表示20米/秒，长横线表示4米/秒，短横线表示2米/秒.5.风的影响:风对人类的生活有很大的影响，有些动物的行为也和风有关。

例如:在大风暴来临前，沙漠中的骆驼会表现出惊恐、不肯行走;刮大风时，鸟类不轻易起飞。

1.水汽：除了雾、雨水和雪等可见的水外，我们平时是看不到空气中的水汽的。

其实，不论是阴雨天还是晴天，冬天还是夏天，室内还是室外，湿润的海洋上空还是干燥的沙漠地区，任何地方的空气中都含有水汽。

2.湿度：湿度表示空气中水汽的多少。

它是表示空气干燥程度的物理量。

在一定的温度下，一定体积的空气里含有的水汽越少，则空气越干燥;含有的水汽越多，则空气越潮湿。

3.湿度的测量(1)测量仪器：测量空气湿度的仪器称为湿度计。

干湿球湿度计是最常用的湿度计，它由一支干球温度计和一支湿球温度计组成，湿球温度计的球部有湿棉纱包着。

湿度计的种类还有很多，如毛发湿度计、自动感应湿度计等。

风力发电PPT

风力发电PPT

发电技术发展趋势：大容量的海上风机
世界上第一个海上风电场位 于丹麦南部的洛兰岛以北海域， 1991年修建
Repower 5MW，叶轮直径 126米，轮毂高度100-120米， 目前已经在爱尔兰和比利时 海上安装运行
2.2 我国风力发电概况
• 我国的风电事业起步较晚，在20世纪末，风力发电机组的制造还 主要在于简单的小型家用风力发电机组。 • 进入21世纪以来，我国的风电装机容量开始快速增长，2006年底， 装机容量上升到将近260万kW。 • 我国国土面积辽阔，风能资源丰富，目前风电装机容量还相对较 低。 • 规划预计到2010年风电装机总容量达到2500万kW, 2020年风电装 机总容量达到10000万kW。
风力发电系统培训讲义
内蒙古科技大学
提纲内容
1. 风力发电的背景
2. 风能开发利用的发展状况
3. 风能资源评估
4. 风电场的开发利用
5. 风力发电空气动力学基本原理
1.1 现有能源综合评价
• 煤、石油、天然气是当今世界主要能源 – 稀缺性和不可再生性 – 燃料型能源产生有害气体排放，危害健康、导致全球变暖。 – 寻找新的、清洁的、无污染、可再生的替代性能源是当今人类面
临的重要问题。
• 水电、核电是现阶段低碳能源首选 – 发电成本与火电接近 – 稳定性优于风电、光电 – 水电开发总量有限、影响自然环境
– 核电有泄漏危险
中国与世界能源消费结构对比关系
我国一次商品能源消费 世界一次商品能源消费
中国与国际能源可采储比较
• 探明总资源量8230亿吨标准煤，探明 剩余可采总储量1390亿吨标准煤； • 剩余可采储量的保证程度煤炭81年、 石油15年、天然气30年,铀50年；

风力发电讲义1-3


风力发电系统
• 离网风电系统，在电网未通达的偏远地区，用 小型风电机组为蓄电池充电，再通过逆变器转 换成交流电向终端电器供电，单机容量一般在 100W到10kW；或者采用中型风电机组与柴油 发电机或光伏太阳电池组成混合供电系统，目 前系统的容量约10kW至200kW。 • 并网风力发电作为常规电网的电源，是大规模 利用风能最经济的方式。商业化的机组单机容 量为150kW至3000kW，既可以单独并网，也 可以由多台，甚至成百上千台组成风力发电场， 简称风电场。
为什么要发展风力发电？
• （1）发展风电可以促进地区经济发展， 并拉动机电制造业发展。 • （2）发展风电是减排温室气体排放的有 效途径 • （3）发展风电有利于提高中国能源供应 的安全性 • （4）发展风电是解决中国能源供应不足 的有效途径
风力发电的特点
• 风电机输出在达到额定功率之前，功率与风 速的立方成正比，即风速增加1倍输出功率增 加8倍，所以风力发电的效益与当地的风速 关系极大。 • 由于风速随时在变化，风电机常年在野外运 行，承受十分复杂恶劣的交变载荷，设备的 机体庞大，风轮直径和塔架高度都达到50m 至120m，在野外运行环境恶劣，设计和制造 比较困难。目前风电机组的设计寿命是20年， 要求经受住60m/s的11级暴风袭击，代表机 组可靠性的可利用率要达到0.95以上。
• 风力机械在蒸汽机出现之前是动力机械的一大 支柱，随着煤、石油、天然气等化石燃料的大 规模开采和廉价电力的获得，无法与蒸汽机、 内燃机和电动机等相竞争，渐渐被淘汰. • 近代（19世纪末到20世纪70年代）：。 • 1891年丹麦人建造第一座发电风车。 • 美国和澳大利亚牧区离网风电的推广。 • 美国和丹麦并网风电的试验。 • 现代（20世纪80年代到现在）：能源和环境因 素驱动，利用现代技术促使风电高速发展。 。

风电公司风力发电机组整机基础知识培训讲义

如果一个驱动器发生故 障，另两个驱动器可以安全 地使风机停机。
变桨接近撞块和变桨限位撞块
安装位置
变桨限位撞块安装在变桨轴承内圈内侧，与缓冲块配 合使用。变桨接近撞块安装在变桨限位撞块上，与变桨感 光装置配合使用。
工作原理
当叶片变桨趋于最大角度的时候，变桨限位撞块会 运行到缓冲块上起到变桨缓冲作用，以保护变桨系统， 保证系统正常运行。
风力发电机分为同步发电机（传统发电机模 式）和异步发电机。传统风力发电机组模式效率 可达93.2%,而双馈异步发电机模式可达96.4%。
传统发电机能量流图
发电机
100% 2.8%
变频器
~~
4.0%
功率损耗
功率损耗
93.2% 电网
100%
双馈感应电机能量流图
2.8%
发电机
77.8%
96.4% 电网
• 耐腐蚀、抗紫外线照射和雷击的性能好； • 发电成本较低，维护费用最低。
• 叶片厂家：上玻院、中复、惠腾保定、中材四种 • 叶片长度：29m、34m、37.5/38m、40.25m • 叶轮直径：60m、70m、77m、82m • 重量：轮毂18吨，三个叶片18吨
外形美观性
叶片技术发展——数量
安全状态。 控制方式：手动
2、雷电保护装置：
数量：三组
位置：齿轮箱前端连接轮毂处
作用：将叶轮上的电流传导到齿轮 箱的机体上，再通过接地线 将电流倒入大地，以保护机 组。
控制方式：不需控制
3、加热器：
数量：六个（两组，每组一个备用）
位置：齿轮箱的前部和后部
作用：当齿轮箱工作环境温度较低 时，加热器对齿轮箱润滑油 进行加热，以确保齿轮箱内 部的润滑油保持在一定的粘 度范围。

双馈风力发电机的工作原理

双馈风力发电机工作原理讲义
本 章 的 主 要 内 容 是 讲 述 双 馈 感 应 发 电 机 （ Doubly-Fed Induction Generator，简称 DFIG）的工作原理及其励磁控制，我们通常所讲的双馈异步发 电机实质上是一种绕线式转子电机，由于其定、转子都能向电网馈电，故简称双 馈电机。双馈电机虽然属于异步机的范畴，但是由于其有独立的励磁绕组，可以 像同步电机一样施加励磁，调节功率因数，所以又称为交流励磁电机（Alternating Current Excitation Generator ACEG）也有称为异步化同步电机（Asynchronized Synchronous Generator）同步电机由于是直流励磁，其可调量只有一个电流的 幅值，所以同步电机一般只能对无功功率进行调节。交流励磁电机的可调量 有三个：一是可调节励磁电流幅值；二是可改变励磁频率；三是可改变相位 。 这说明交流励磁电机比同步电机多了两个可调量，通过改变励磁频率，可改 变电机的转速，达到调速的目的。这样，在负荷突变时，可通过快速控制励 磁频率来改变电机转速，充分利用转子的动能，释放或者吸收负荷，对电网 扰动远比常规电机小。改变转子励磁的相位时，由转子电流产生的转子磁场 在气 隙 空 间 的 位 置 上 有 一 个 位 移 ，这就 改 变 了 发 电 机 电 势 与 电 网 电 压 相 量 的 相对位置，也就改变了电机的功率角。这说明电机的功率角也可以进行调节 。 所以交流励磁不仅可以调节无功功率，也可以调节有功功率。交流励磁电机 之所以有这么多优点，是因为它采用的是可变的交流励磁电流。但是，实现 可变交流励磁电流的控制是比较困难的，本章的主要内容讲述一种基于定子 磁链定向的矢量控制策略，该控制策略可以实现机组的变速恒频发电而且可 以实 现 有 功 无 功 的 独 立 解 耦 控 制 ，当前 的 主 流 双 馈 风 力 发 电 机 组 均 是 采 用 此 种控制策略。

风力发电教程PPT课件

3、叶素上的受力分析 • 在W的作用下，叶素受到一个气动合力元dR，可分解为平行于W的阻力元dD和垂直于
W的升力元dL。 • 另一方面，dR还可分解为推力元dF和扭矩元dT，由几何关系可得：
dF＝dLcos + dDsin dT＝r(dLsin - dD cos )
• 由于可利用阻力系数CD和升力系数Cl 分别求得dD和dL: 2 dL = 1/2 CLW C dr 2 dD = 1/2 CD W C dr 故dF和dT可求。
• 安装角：桨叶剖面上的翼 弦线与旋转平面的夹角， 又称桨距角，记为。
• 半径r处叶片截面的几何桨距：在r处几何螺旋线的螺距。 可以从几个方面来理解：
—几何螺旋线的描述：半径r，螺旋升角。 —此处的螺旋升角为该半径处的安装角r。 —该几何螺旋线
与r处翼剖面 的弦线相切。 —桨距值： H=2r tg r
—气动力矩：合力R对（除自己的作用点外）其它点的力矩，记为M。又称扭转力矩。
• 为方便使用，通常用无量刚数值表示翼剖面的气动特性，故定义几个气动力系数： 2 升力系数： CL=L / (1/2 V C) 2 阻力系数： CD=D / (1/2 V C) 22 气动力矩系数： CM=M / (1/2 V C )
—厚度分布：沿着翼弦方向的厚度变化。 • 弯度：翼型中弧线与翼弦间的距离。
—弯度分布：沿着翼弦方向的弯度变化。
2、作用在翼型上的气动力
重要概念：攻角 气流速度与翼弦间所夹的角度，记做，又称迎角。 M
V C
L
R
• 由于机翼上下表面所受的压力差，实际上存在着一个指向上翼面的合力，记为R。
—阻力与升力：R在风速方向的投影称为阻力，记为D；而在垂直于风速方向上的投影称 为升力，记为L。
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翼型剖面的阻力特性用阻力系数CD随攻角变化的曲线 （阻力特性曲线）来描述。 在>CDmin时，CD随的增加而逐渐加大。 在<CDmin时，CD随的增加而逐渐减小。 在=CDmin时，CD达最小值CDmin。
第二章 风力机的基本理论与结构
第三节风力机的主要部件
水平轴风力发电机组组成： 水平轴风力机部分：主要由风轮、风轮轴、低速联轴器、塔


（4）为了降低成本, 有些中型风力机的叶片采用金属挤 压件, 或者利用玻璃纤维或环氧树脂抽压成型(图d) 。 但整个叶片无法挤压成渐缩形状,即宽度、厚度等不能变 化,难以达到高效率。
第二章 风力机的基本理论与结构
第三节风力机的主要部件

有些小型风力机叶片： 为了达到更经济的效果, 叶片用管梁和具有气动 外形的较厚的玻璃纤维蒙皮做成(图e) 。或者用 铁皮或铝皮预先做成翼型形状, 加上铁管或铝管, 用铆钉装配而成(图f ) 。 今后的趋势： 除小型风力机的叶片部分采用木质 材料外,中、大型风力机的叶片今后的趋势都倾向 于采用玻璃纤维或高强度复合材料。



垂直轴风力机可分为两个主要类别：
一类是利用空气动力的阻力作功,典型的结构是S 型风轮。其优点 是起动转矩较大,缺点是由于围绕着风轮产生不对称气流,从而对 它产生侧向推力。对于较大型的风力机,因为受偏转与安全极限应 力的限制, 采用这种结构形式是比较困难的。 另一类是利用翼型的升力作功,最典型的是达里厄型风力机。是 水平轴风力机的主要竞争者。

（1）风轮的几何参数 有关风轮的几何参数定义如下：





1）风轮轴线：风轮旋转运动的 轴线。 2）旋转平面：与风轮轴垂直， 叶片在旋转时的平面。 3）风轮直径：风轮在旋转平面 上的投影圆的直径。 4）风轮中心高：风轮旋转中心 到基础平面的垂直距离。 5）风轮扫掠面积：风轮在旋转 平面上的投影圆面积。
第二章 风力机的基本理论与结构
第三节风力机的主要部件
第二章 风力机的基本理论与结构
第三节风力机的主要部件
风力机的叶片构造

叶片是用加强玻璃塑料（GRP）、木头和木板、 碳纤维强化塑料（CFRP）、钢和铝构成的。
小型的风力发电机:如叶轮直径小于５米，选择材料通 常关心的是效率而不是重量、硬度和叶片的其它特性， 常用整块优质木材加工制成, 表面涂上保护漆, 其根部 与轮毂相接处使用良好的金属接头并用螺栓拧紧。
Sv
阻力系数： 翼型剖面的升力特性用升力系数CL随攻角变化的曲线 （升力特性曲线）来描述。如图。
CD
2 FD Sv 2

当=0°时， CL>0，气流为层流。
在0～CT（15°左右）之间，CL与呈近似的线性关系，即 随着的增加，升力FL逐渐加大。气流仍为层流。
当=CT时，CL达到最大值CLmax。CT称为临界攻角或失速 攻角。当>CT时，CL将下降, 气流也变为紊流。 当=0(<0°)时， CL=0，表明无升力。0称为零升力角， 对应零升力线。
10kW以下风力机为微型风力机，10kW至100kW的 为小型风力机，100kW至1000kW功率的为中型风力 机，1000kW以上的MW级风力机为大型风力机。

第二章 风力机的基本理论与结构 第二节风力机的空气动力学概念


1、风力机空气动力学的几何定义
风力机空气动力学主要研究空气流过风力机时的运动规律。
风力发电
广东水利电力职业技术学院
宋海辉
第二章 风力机的基本理论与结构
第一节 风力机的工作原理


风力发电机组由两大部分组成：
其一是风力机, 它的功能是将风能转换为机械能; 其二是发电机,它的功能是将机械能转换为电能。 首先介绍风力机的类型和原理。


一、风力机的种类
风力机将风能转变为机械能的主要部件是受风力作用而 旋转的风轮,因此,风力机依风轮的结构及其在气流中的 位置大体上可分为两大类:


水平轴风力机可分为升力型和阻力型两类
升力型旋转速度快，阻力型旋转速度慢。对于风力发电，多采用 升力型水平轴风力机
下风向风力机
第二章 风力机的基本理论与结构
第一节 风力机的工作原理


（二）垂直轴风力机
垂直轴风力机在风向改变时无需对风, 如图所示。


优点：
（1）可以接受来自任何方向的风,因而当风向改变时,无需对风。 由于不需要调向装置,使它们的结构设计简化。 （2）齿轮箱和发电机可以安装在地面上, 检修维护方便。

6）风轮锥 角：叶片相 对于和旋转 轴垂直的平 面的倾斜度。

7）风轮仰 角：风轮的 旋转轴线和 水平面的夹 角。



8）叶片轴线：叶片纵向轴线，绕其可以改变叶片相对 于旋转平面的偏转角（安装角）。 9）风轮翼型（在半径r处的叶片截面）：叶片与半径为 r并以风轮轴为轴线的圆柱相交的截面。 10）安装角或桨距角：在叶片径向位置（通常为 100％ 叶片半径R处）叶片翼型弦线与风轮旋转面间的夹角β ， 如图所示。
一类为水平轴风力机,如图2－1（a）示 一类为垂直轴风力机，如图2－1（b）示。

第二章 风力机的基本理论与结构
第一节 风力机的工作原理


（一）水平轴风力机
水平轴风力机的风轮围绕一个水平轴旋转, 工作时,风轮的旋转 平面与风向垂直,如图所示。 风轮上的叶片是径向安置的,与旋转轴相垂直,并与风轮的旋转平 面成一角度φ (安装角) 。 风轮叶片数目的多少,视风力机的用途而定。用于风力发电的风 力机一般叶片数取1～4(大多为2 片或3 片) , 而用于风力提水 的风力机一般取叶片数12～24。 叶片数多的风力机通常称为低速风力机,它在低速运行时,有较高 的风能利用系数和较大的转矩。它的起动力矩大,起动风速低,因 而适用于提水。 叶片数少的风力机通常称为高速风力机,它在高速运行时有较高 的风能利用系数,但起动风速较高。由于其叶片数很少, 在输出 同样功率的条件下比低速风轮要轻得多, 因此适用于发电。
（2）有关翼型几何形状定义如下：



4）翼型下表面（下翼面）：平缓的翼型表面ONB。 5）翼型的中弧线：翼型内切圆圆心的连线，对称翼型 的中弧线与翼弦重合。 6）厚度：翼弦垂直方向上上下翼面间的距离。 7）弯度：翼型中弧线与翼弦间的距离。 8）攻角：气流速度与翼弦间所夹的角度，记做，又 称迎角。
1 FL C L Sv 2 2
1 F CSv 2 2
F 2 FL2 Fd2
1 FD C D Sv 2 2
CL 和 Cd分别是翼型的升力系数和阻力系数


（2）翼型剖面的升力和阻力特性 为方便使用，通常用无量刚数值表示翼剖面的气动 特性，故定义几个气动力系数： 2 FL CL 升力系数： 2

三通形
三角形
第二章 风力机的基本理论与结构
第三节风力机的主要部件


二、调速或限速装置
作用：保证风力机不论风速如何变化转速总保持 恒定或不超过某一限定值。 类型：大致有三类:
Hale Waihona Puke 一类是使风轮偏离主风向,另一类是利用气动阻力, 第三类是改变叶片的桨距角。
第二章 风力机的基本理论与结构
第三节风力机的主要部件
2、流线概念

流线：在某一瞬时沿着流场中各气体质点的速度方向连 成的一条平滑曲线。流线描述了该时刻各气体质点的运 动方向（切线方向）。一般，各流线彼此不会相交。

流线簇：流 场中众多流 线的集合称 为流线簇。
3、阻力与升力
（1）升力和阻力试验
放风筝的体验
帆船的体验
（2）升力和阻力产生机理
翼型压力分布与受力
（2）有关翼型几何形状定义如下：
1）前缘与后缘：翼型的尖尾点B称为后缘，圆头上O点为 前缘 2）翼弦：连接前、后缘的直线OB，称为翼弦。OB的长 度称为弦长，记为 C。弦长是翼型的基本长度，也称几 何弦。此外，翼型上还有气动弦，又称零升力线。 3）翼型上表面（上翼面）：凸出的翼型表面OMB。
大型风机:叶片特性通常较难满足，所以对材料的选择 更为重要。 目前叶片多为玻璃纤维增强复合材料（GRP) ，基体材 料为聚酯树脂或环氧树脂。




环氧树脂比聚酯树脂强度高，材料疲劳特性好，且收缩 变形小。

聚酯材料较便宜，它在固化时收缩大，在叶片的联接处 可能存在潜在的危险，即由于收缩变形在金属材料与玻 璃钢之间可能许生裂纹。 大、中型风力机使用木制叶片时：
（1）一般用很多纵向木条胶接在一起(图a) ,以便于选 用优质木料,保证质量。 （2）有些木料叶片的翼型后缘部分可填塞质地很轻的 泡沫塑料, 表面再包以玻璃纤维形成整体(图b) 。



第二章 风力机的基本理论与结构
第三节风力机的主要部件

不仅可以减轻重量, 而且能使翼型重心前移(重心移至靠 前缘四分之一弦长处最佳) 。以减少叶片转动时所产生 的不良振动,对于大、中型风力机叶片尤为重要。 （3）为了减轻叶片重量, 有的叶片用一根金属管作为受 力梁, 以蜂窝结构、泡沫塑料或轻木作中间填充物,外面 再包上一层玻璃纤维(图c) 。

架及对风装置（调向装置）组成。

发电机部分：主要由增速器、高速轴联轴器、发电机、调速装
置、制动器等组成。 本节主要介绍风力机部分。


一、风轮
风力机区别于其他机械的最主要特征就是风轮。风轮一般由 2～3 个叶片和轮毂所组成, 其功能是将风能转换为机械能。


1、叶片：叶片的构造如图所示。
小型风力机的常用整块优质木材加工制成, 表面涂上保护漆, 其根 部与轮毂相接处使用良好的金属接头并用螺栓拧紧。有的采用玻 璃纤维或其它复合材料蒙皮则效果更好。