风力发电机原理及额定输出功率

风力发电机原理及额定输出功率 风力发电机的工作原理　　现代风力发电机采用空气动力学原理，就像飞机的机翼一样。风并非 " 推 " 动叶轮叶片，而是吹过叶片形成叶片正反面的压差，这种压差会产生升力，令叶轮旋转并不断横切风流。风力发电机的叶轮并不能提取风的所有功率。根据 Betz 定律，理论上风电机能够提取的******功率，是风的功率的 59.6% 。大多数风电机只能提取风的功率的40%或者更少。　　风力发电机主要包含三部分∶叶轮、机舱和塔架。大型与电网接驳的风力发电机的最常见的结构，是横轴式三叶片叶轮，并安装在直立管状塔杆上。叶轮叶片由复合材料制造。不像小型风力发电机，大型风电机的叶轮转动相当慢。比较简单的风力发电机是采用固定速度的。通常采用两个不同的速度-在弱风下用低速和在强风下用高速。这些定速风电机的感应式异步发电机能够直接发产生电网频率的交流电 。 比较新型的设计一般是可变速的（比如Vestas公司的V52-850千瓦风电机转速为每分钟 14 转到每分钟 31.4转）。利用可变速操作，叶轮的空气动力效率可以得到改善，从而提取更多的能量，而且在弱风情况下噪音更低。因此，变速的风电机设计比起定速风电机，越来越受欢迎。　　机舱上安装的感测器探测风向，透过转向机械装置令机舱和叶轮自动转向，面向来风。叶轮的旋转运动通过齿轮变速箱传送到机舱内的发电机（如果没有齿轮变速箱则直接传送到发电机）。在风电工业中， 配有变速箱的风力发电机是很普遍的。不过，为风电机而设 计的多极 直接驱动式发电机，也有显著的发展。设於塔底的变压器（或者有些设於机舱内 ） 可提升发电机的电压到配电网电压（香港的情况为11千伏） 。　　所有风力发电机的功率输出是随著风力而变的。强风下最常见的两种限制功率输出的方法（从而限制叶轮所承受压力）是失速调节和斜角调节。使用失速调节的风电机，超过额定风 速的强风会导致通过叶片的气流产生扰流，令叶轮失速。当风力过强时，叶片尾部制动装置 会动作，令叶轮剎车。使用斜角调节的风电机，每片叶片能够以纵向为轴而旋转，叶片角度随著风速不同而转变，从而改变叶轮的空气动力性能。当风力过强时，叶片转动至迎气边缘 面向来风，从而令叶轮剎车。叶片中嵌入了避雷条，当叶片遭到雷击时，可将闪电中的电流引导到地下去。风力发电机的额定输出功率　　风力发电机的额定输出功率是配合特定的额定风速设而定的。 由于能量与风速的立方 成正比，因此，风力发电机的功率会随风速变化会很大。同样构造和风轮直径的风电机可以配以不同大小的发电机。因此两座同样构造和风轮直径的 风电机可能有相当不同的额定输出功率值，这取决于它的设计是配合强风地带（配较大型发电机）或弱风地带（配较小型发电机 ）。