风力发电机的组成部件及其功用
风力发电机是将风能转换成机械能，再把机械能转换成电能的机电设备。风力发电机通常由风轮、对风装置、调速装置、传动装置、发电机、塔架、停车机构等组成。下面将以水平轴升力型风力发电机为主介绍它的各主要组成部件及其工作情况。图3-3-4和3-3-5是小型和中大型风力发电机的结构示意图。
图3-3-4 小型风力发电机示意图
1—风轮2—发电机3—回转体4—调速机构5—调向机构6—手刹车机构7—塔架8—蓄电池9—控制/逆变器
图3-3-5 中大型风力发电机示意图
1—风轮；2—变速箱；3—发电机；4—机舱；5—塔架。
1 风轮
风轮是风力机最重要的部件，它是风力机区别于其它动力机的主要标志。其作用是捕捉和吸收风能，并将风能转变成机械能，由风轮轴将能量送给传动装置。
风轮一般由叶片（也称桨叶）、叶柄、轮毂及风轮轴等组成（见图3-3-6）。叶片横截面形状基本类型有3种（见图第二节的图3-2-3）：平板型、弧板型和流线型。风力发电机的叶片横截面的形状，接近于流线型；而风力提水机的叶片多采用弧板型，也有采用平板型的。图3-3-7所示为风力发电机叶片（横截面）的几种结构。
图3-3-6 风轮
1.叶片2.叶柄3.轮毂4.风轮轴
图3-3-7 叶片结构
（a）、(b)—木制叶版剖面； (c)、(d)— 钢纵梁玻璃纤维蒙片剖面；
(e) —铝合金等弦长挤压成型叶片；(f)— 玻璃钢叶片。
木制叶片（图中的a与b）常用于微、小型风力发电机上；而中、大型风力发电机的叶片常从图中的（c）→（f）选用。用铝合金挤压成型的叶片（图中之e），基于容易制造角度考虑，从叶根到叶尖一般是制成等弦长的。叶片的材质在不
断的改进中。
1 机头座与回转体
风力发电机塔架上端的部件——风轮、传动装置、对风装置、调速装置、发电机等组成了机头，机头与塔架的联结部件是机头座与回转体（参阅后面的图3-3-24）。 （1）机头座
中国工程热物理学会 流体机械
学术会议论文 编号：087082
水平轴风力机结构动力学分析
康顺1，尹景勋1,冯涛2
1.（华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室，北京，102206）
2.（尤迈克（北京）流体工程技术有限公司，北京，100081）
联系电话：010-51971313E-mail：***************.cn
摘要：本文以水平轴风力机为对象，采用简化的多个自由度数学模型和模态分析方法，利用拉格朗日
方程建立振动微分方程，编制仿真程序。对风力机Turbowinds T600-48的固有频率和动态响应特性进
行计算，并与实验结果对比分析，初步结果表明该程序的有效性。
关键词：风力机，模态分析，固有频率，动态响应 0 引言
当风力发电机组在自然风条件下运行时，由于作用在风力发电机组叶片上的空气动
力、惯性力和弹性力等交变载荷，会使弹性振动体叶片和塔架产生耦合振动，当叶片的
旋转频率接近耦合的固有频率时就会出现共振现象，产生较大的动应力，导致结构的疲
劳破坏，缩短整机的使用寿命，直接影响风力发电机组的性能和稳定性。可见，研究风
力机整机结构在多种载荷作用下的动力学响应是风力机设计过程中需要解决的关键问题
之一[1]。
对风力机结构动力学的研究，主要有弹性铰法和模态法两种[2]。弹性铰法是把整个
叶片的弹性集中到叶片根部，叶身作为一个刚体考虑；模态分析法是近年来进行结构动
力学分析的有效方法，分为实验模态分析和计算模态分析。实验模态分析方法是通过对
输入和响应信号的参数识别获得模态参数的实验方法；计算模态分析主要方法是将耦合
的运动方程组解耦成为相互独立的方程，其方程求解方法是有限元分析或者通过降阶进
行数值积分求解[3]。
本文采用模态分析方法，把两或三叶片的水平轴风力机组简化为多个自由度系统的
数学模型，在此基础上利用拉格朗日方程建立风轮、机舱和塔架耦合系统的运动方程并
编制仿真程序，对水平轴风力机Turbowinds T600-48进行仿真计算，并与实验结果进行比
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1 / 15 风力发电机工作原理及原理图
风力发电机工作原理及原理图
风力发电机工作原理及原理图
现代变速双馈风力发电机的工作原理就是通过叶轮将风能转变为机械转距(风轮转动惯量),通过主轴传动链,经过齿轮箱增速到异步发电机的转速后,通过励磁变流器励磁而将发电机的定子电能并入电网.如果超过发电机同步转速,转子也处于发电状态,通过变流器向电网馈电.
最简单的风力发电机可由叶轮和发电机两部分构成,立在一定高度的塔干上,这是小型离网风机.最初的风力发电机发出的电能随风变化时有时无,电压和频率不稳定,没有实际应用价值.为了解决这些问题,现代风机增加了齿轮箱、偏航系统、液压系统、刹车系统和控制系统等.
齿轮箱可以将很低的风轮转速(1500千瓦的风机通常为12-22转/分)变为很高的发电机转速(发电机同步转速通常为1500转/分).同时也使得发电机易于控制,实现稳定的频率和电压输出.偏航系统可以使风轮扫掠面积总是垂直于主风向.要知道,1500千瓦的风机机舱总重50多吨,叶轮30吨,使这样一个系统随时对准主风向也有相当的技术难度.
风机是有许多转动部件的,机舱在水平面旋转,随时偏航对准风向;风轮沿水平轴旋转,以便产生动力扭距.对变桨矩风机,组成风轮的叶片要围绕根部的中心轴旋转,以便适应不同的风况而变桨距.在停机时,叶片要顺桨,以便形成阻尼刹车.
早期采用液压系统用于调节叶片桨矩(同时作为阻尼、停机、刹车等状态下使用),现在电变距系统逐步取代液压变距. 本文来源：网络收集与整理|word可编辑
2 / 15 就1500千瓦风机而言,一般在4米/秒左右的风速自动启动,在13米/秒左右发出额定功率.然后,随着风速的增加,一直控制在额定功率附近发电,直到风速达到25米/秒时自动停机.
垂直轴风力发电机是未来风电的发展方向
2010-10-02 00:10
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zlgkj
垂直轴风力发电机是未来风电的发展方向
随着科技的飞速发展和人类生活水平的日益提高，能源消耗与日俱增，致使传统能源日渐枯竭，而且环境污染也相当严重。风能是一种无污染的可再生能源，它取之不尽、用之不竭，随着生态环境的要求和能源的需要，风能作为清洁的新能源得到人们的重视。
风力发电机就是利用风能为动力的发电装置，它充分利用自然能，即节能又环保。
风力发电机因风速不稳定，故其输出的电压变化很大，须经充电器整流稳压后，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。然后通过有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交流220V市电，才能保证正常使用。
其工作过程是：风——风叶——发电机——充电器——蓄电池——逆变电源——电网。
虽然风力发电有很多优点，但存在一个根本问题，是我们无法回避的：成本！为此，风电成本高一直是影响风电产业发展最大制约因素，风电成本主要取决于风电机组的成本和维护成本。
风电虽然不烧煤，但是初始投资大。由于风电设备造价要大大高于火电，火电设备建设成本每千瓦约4000元—5000元，风电则为8000元—10000元。而风电的年等效利用小时又小于火电，因此在不考虑环境等外部效益的情况下，同火电相比，风电的成本其实并不低。根据有关部门的统计，在现有条件下，风力发电的平均成本在0.60元/度左右，如果采用进口设备，则需要更高的电价，因为风电机组进口设备的售价要比国内设备高出30%，而设备成本占到了发电成本的80%，由于设备过于依赖进口，直接导致我国风电成本上升。而目前火电的平均成本仅为0.30元/度，风电的竞争劣势显而易见。相比于火电、水电等传统电力能源，其成本缺乏竞争力。所以风电虽无污染、能再生，是十分理想的清洁而又可持续发展的能源，却无法大力推广。
