风力发电机的原理

摘要:许多世纪以来,风力发电机同水力机械一样,作为动力源替代人力、畜力,对生产力的发展发挥过重要作用。70年代初期,由于“石油危机”,出现了能源紧张的问题,人们认识到常规矿物能源供应的不稳定性和有限性,于是寻求清洁的可再生能源遂成为现代世界的一个重要课题。风能作为可再生的、无污染的自然能源又重新引起了人们重视。

关键词:风力发电,原理,应用前景,自然能源

随着科技的不断进步,社会的不断发展,能源问题将会成为未来人类必须解决的问题之一,同时可再生能源结构会成为未来能源的倾向之一。现如今风能作为一种无污染的可再生能源备受人们的关注,风力发电正在世界上形成一股热潮,因为风力发电没有燃料问题,也不会产生辐射或空气污染。在一定程度上,风力发电将会成为未来最具潜力的新能源之一。

一、 风力发电机原理

风力发电机是将风能转换为机械功的动力机械,又称风车。广义地说,它是一种以太阳为热源,以大气为工作介质的热能利用发动机。风力发电利用的是自然能源。相对柴油发电要好的多。但是若应急来用的话,还是不如柴油发电机。风力发电不可视为备用电源,但是却可以长期利用。

风力发电是利用风力带动风车叶片旋转,再透过增速机将旋转的速度提升,来促使发电机发电。依据目前的风车技术,大约是每秒三公尺的微风速度(微风的程度),便可以开始发电。

小型风力发电系统效率很高,但它不是只由一个发电机头组成的,而是一个有一定科技含量的小系统:风力发电机+充电器+数字逆变器。风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成。每一部分都很重要,各部分功能为:叶片用来接受风力并通过机头转为电能;尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能;转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能;机头的转子是永磁体,定子绕组切割磁力线产生电能。

风力发电机因风量不稳定,故其输出的是1325V变化的交流电,须经充电器整流,再对蓄电瓶充电,使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用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,才能保证稳定使用。

机械连接与功率传递水平轴风机桨叶通过齿轮箱及其高速轴与万能弹性联轴节相连,将转矩传递到发电机的传动轴,此联轴节应按具有很好的吸收阻尼和震动的特性,表现为吸收适量的径向、轴向和一定角度的偏移,并且联轴器可阻止机械装置的过载。另一种为直驱型风机桨叶不通过齿轮箱直接与电机相连风机电机类型

二、风力发电机结构

机舱,转子叶片,轴心,低速轴,齿轮箱,发电机,电子控制器,液压系统,冷却元件,塔,风速计及风向标,尾舵

三、风力发电机类型

1,异步型

1)笼型异步发电机;功率为600/125kW 750kW 800kW 12500kW

定子向电网输送不同功率的50Hz交流电;

2)绕线式双馈异步发电机;功率为1500kW

定子向电网输送50Hz交流电,转子由变频器控制,向电网间接输送 有功或无功功率。

2,同步型

1)永磁同步发电机;功率为750kW 1200kW 1500kW 由永磁体产生磁场,定子输出经全功率整流逆变后向电网输送50Hz交流电

2)电励磁同步发电机;由外接到转子上的直流电流产生磁场,定子输出经全功率整流逆变后向电网输送50Hz交流电

3,水平轴

世界上目前利用最多的形式,功率最大5MW左右。

4,垂直轴

21世纪初由中国、日本、欧洲几乎同时发明的一种新型风力发电机,有别于最早的垂直轴风力发电机(达里厄型),效率高于水平轴风力发电机,无噪音和转向机构,维护简单。已成为欧美市场中小型风力发电机的首选。世界上目前最大功率是由上海模斯电子设备有限公司(MUCE)生产的50千瓦垂直轴风力发电机,日本最大功率30千瓦,英美国家生产的功率在1千瓦到10千瓦之间。

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