新形勢下風(fēng)力發(fā)電機原理及結(jié)構(gòu)分析

龔洋

摘要： 重點探討了利用風(fēng)力發(fā)電而產(chǎn)生的風(fēng)力發(fā)電機就是利用新能源之后產(chǎn)生的一項新的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)。

關(guān)鍵詞：新形勢；風(fēng)力發(fā)電機；原理；結(jié)構(gòu)

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

1風(fēng)力發(fā)電機的主要原理

我們之所以可以利用風(fēng)力發(fā)電，完全是受益于風(fēng)力發(fā)電機的廣泛使用。風(fēng)力可以發(fā)電是利用風(fēng)力在空氣中的流動作用于發(fā)電機上面，從而推動發(fā)電機中風(fēng)輪的高速旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生大量的動能，風(fēng)力發(fā)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(tǒng)驅(qū)動發(fā)電機軸及轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，發(fā)電機將機械能變成電能輸送給負荷或電力系統(tǒng)，這就是風(fēng)力發(fā)電機運行的原理以及發(fā)點的主要過程。

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

2風(fēng)力發(fā)電機的組成結(jié)構(gòu)以及特點

2.1葉輪

葉輪是風(fēng)力發(fā)電機中非常重要的一個結(jié)構(gòu)，它的作用是將分能轉(zhuǎn)化為電能。其工作原理是利用分能推動葉輪旋轉(zhuǎn)，再利用齒輪箱將轉(zhuǎn)動速度加以提升，從而達到產(chǎn)生大量電能的作用。在一個風(fēng)力風(fēng)力發(fā)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(fēng)力發(fā)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(guān)鍵。使用什么樣的葉輪要視風(fēng)力發(fā)電機的類型而決定，在小型風(fēng)力發(fā)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(fēng)力發(fā)電機，葉輪的選取因素則要比小型風(fēng)力發(fā)電機多很多，所以在大型風(fēng)力發(fā)電機中，對材料的選擇更為重要。世界上大多數(shù)大型風(fēng)力機的葉片是由GRP制成的。

2.2轉(zhuǎn)動裝置

風(fēng)力發(fā)電機中的轉(zhuǎn)動裝置，通常包括了低速軸、高速軸、齒輪箱、聯(lián)軸節(jié)和制動器等。但是在實際的應(yīng)用中，轉(zhuǎn)動裝置的構(gòu)成并不需要這么多的結(jié)構(gòu)。比如說有一些風(fēng)力發(fā)電機就不需要其中的低速轉(zhuǎn)動軸；有些風(fēng)力發(fā)電機則會設(shè)計成無齒輪箱的。尤其是在小型風(fēng)力發(fā)電機中這種特性更加明顯。

在轉(zhuǎn)動裝置的這些結(jié)構(gòu)當(dāng)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(fēng)力作用下產(chǎn)生的能量發(fā)送給發(fā)電機并產(chǎn)生大量電能。因此，在某些情況下，葉輪的轉(zhuǎn)速達不到規(guī)定要求時，就需要齒輪箱的增速來提高葉輪的轉(zhuǎn)速，所以我們通常也把齒輪箱成為增速箱。

2.3剎車系統(tǒng)

在風(fēng)力發(fā)電機中所說到的剎車系統(tǒng)也被稱之為制動系統(tǒng)。在風(fēng)力發(fā)電機中剎車系統(tǒng)分為兩個部分，分別是氣動制動與機械制動。為什么要在風(fēng)力發(fā)電機中設(shè)置剎車系統(tǒng)，這是因為在風(fēng)力發(fā)電機的運行過程中風(fēng)速是非常不穩(wěn)定的，在風(fēng)速很大的情況下，會導(dǎo)致葉輪的轉(zhuǎn)速過快，最終致使整個風(fēng)力發(fā)電機損壞。因此，為了保證風(fēng)力發(fā)電機在運行的過程中具有適當(dāng)?shù)倪\行速度，我們通常會在風(fēng)力發(fā)電機中安裝一個專門的剎車系統(tǒng)，以防止風(fēng)力發(fā)電機運行速度過快，導(dǎo)致機器設(shè)備出現(xiàn)損壞的現(xiàn)象。

2.4偏航系統(tǒng)

在風(fēng)力發(fā)電機當(dāng)中偏航系統(tǒng)也是一個非常重要的部分，偏航系統(tǒng)的主要作用就是時刻保持葉輪橫掃面積與風(fēng)向垂直。而不同類型的風(fēng)力發(fā)電機對于偏航系統(tǒng)的要求也是不同的。對于小型的風(fēng)力發(fā)電機而言，使用的偏航系統(tǒng)利用的是舵輪作為對風(fēng)裝置，主要的工作原理是：當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機的風(fēng)向產(chǎn)生變化時，風(fēng)力發(fā)電機的舵輪會對風(fēng)力發(fā)電機的風(fēng)輪進行調(diào)整，以保證風(fēng)輪和風(fēng)向?qū)Φ取τ诖笮偷娘L(fēng)力發(fā)電機而言，所使用的偏航系統(tǒng)主要是幫助發(fā)電機對準分向。因此大型風(fēng)力發(fā)電機的偏航系統(tǒng)都會包括風(fēng)向標以及風(fēng)力反應(yīng)器等等的設(shè)備。大型風(fēng)力發(fā)電機所使用的偏航系統(tǒng)主要的工作原理是：利用風(fēng)力感應(yīng)器感應(yīng)風(fēng)向的變化，然后利用風(fēng)向標調(diào)整發(fā)電機的運轉(zhuǎn)風(fēng)向。經(jīng)過比較后處理器給偏航電機發(fā)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(zhuǎn)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(zhuǎn)體大齒輪上，帶動風(fēng)輪偏航對風(fēng)，當(dāng)對風(fēng)完成后，風(fēng)向標失去電信號，電機停止工作，偏航過程結(jié)束。

2.5調(diào)控系統(tǒng)

調(diào)控系統(tǒng)在風(fēng)力發(fā)電機中又被稱作控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)在風(fēng)力發(fā)電機中起到的作用是關(guān)鍵性的。控制系統(tǒng)作為風(fēng)力發(fā)電機的中樞系統(tǒng)。這主要是由于隨著科技的不斷發(fā)展，當(dāng)今的風(fēng)力發(fā)電機都是全自動的，基本不受人為控制的。因此，控制系統(tǒng)的設(shè)置可以很好的防止風(fēng)力發(fā)電機運行過程中出現(xiàn)一些不可預(yù)測的風(fēng)險。現(xiàn)代風(fēng)機的存活風(fēng)速為6070 米/秒，也就是說在這么大的風(fēng)速下風(fēng)機也不會被吹壞。通常所說的12級颶風(fēng)，其風(fēng)速范圍也僅為32.736.9米/秒。因此，風(fēng)力發(fā)電機的控制系統(tǒng)需要在發(fā)電機達到高速運轉(zhuǎn)之后，根據(jù)周圍的環(huán)境，風(fēng)力發(fā)電機的狀況等等來調(diào)控風(fēng)力發(fā)電機運行的速度、頻率等等。

參考文獻

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