風力發(fā)電功率和葉尖速比

1、風力發(fā)電功率和葉尖速比、風輪機的功率及風能利用系數三、風輪機的葉尖速比（高速性系數）(5 5)(5 6)或則定義稱為轉矩系數則M=Cm （#RA/）即當風輪尺寸（R）固定時在一定風速下.Cm 是一個反映轉矩大小的系數.五風能利用系數、轉矩系數與葉尖速比的關系由以I：分析知CP = CM X或Cm=t可見Cp及Cm皆足X的函數即Cp = f（X）XM=f（X）.此函數關系可以通過計算或 實驗得出也可以用曲線表示如圖5-3及圖5-4所示。ffi 5-3風輪機的風能利用系數與葉尖速比的關系曲線圖5-4風輪機的轉矩系數與葉尖速比的關系囪線1 對丁菜風輪來說只足莊入為某 數值即九時才達到鼓人（；值（；“

2、）如圖 5 3所示在入H入時tCp值下降.對應于最大Cp值（CJ時的X值（爲）稱標準高速性系數.2. Cm是相對丁入=人時的轉矩系數即相對于杯準高速性系數時的轉矩.n3. 高速風輪與低速風輪的Cp-f（X）曲線及CM = f（入）曲線圧不相同的如圖5-5及 圖5 6所亦。低速風輪的入值范閘在12之間；高速風輪的入值范圈在510之間.由圖可見. 高速風輪的C沖人于低速風輪的Cgn但是低速風輪的轉矩系數遠遠人丁崗速風輪的轉 矩系數所以低速風輪的起動性能好。多葉片風輪屈于低速風輪少葉片風輪屈于高速風輪.3葉片H菱槳式2葉片髙述揺粧槳式圖5-5 風輪機功率系數弓葉尖速比的關系圖5 6 風輪機轉矩系數9

3、葉尖速比的黃系六、風輪機的功率 一轉速特性曲線及轉矩 一轉速特性曲線L)功率轉速特性曲線己知 1=子A 宀 CPCP = f(X)當風輪制成后A =常數p=常數故當風速一崔時5=常數幾則P就是Cp的函數. 而Cp是入的函數.入又是反映轉速：的大小的故可以得出P=f(n)的關系Illi線圖5 7表示低速及高速風輪機的功率 轉速特性曲線 圖中數字代表不同風速v(米/秒卜的 特性，且 V6V5V4V3V2Vi o(二) 轉矩一轉速特性曲線己知轉矩M = Cm號ARv2 設A、R、P為常數又知CM = f(X).則當風速一定時 (v=常數).M就是入的函數而入反映了轉速的大小所以同樣可以得出M=f(n

4、)的曲圖5-7風輪機的功半一轉速待性Illi線線如圖5-8所示。七、風能利用系數最大值（貝茨）理論質量為 m 的物體，以速度 v 運動時，該物體的 動能為：八、風輪機的輸出功率曲線如詢所述風輪機的輸出功率可表示成瞬時風速(通常采用短時期內風速的平均值 宋代表)的函數如式(5-3)所示即：由于風輪機在風場中受到風速及風向波動的彫響使風輪機輸出的可用功率進-步 減小考慮到此因素鳳輪機的輸出功率公式可進 步寫成：P=-yp A v3 CP t)= -yp * A v3(Cp tj)一般7)在0. 7左右按鹽貝茨理論Cp的最大值為59. 3%(?嶺T|0. 593X0.041541%而實際I:真正從風

5、輪機所獲得的機械功率很少超過通過風輪機槳葉掃掠 面內風能的40%。設：v, 風輪機的起始風速即風輪機在大于此風速時開始輸出功率；vr 風輪機的額定風速即風輪機在此風速卜輸出額定功率；VO 風輪機的截止風速即風輪機在此風速F被剎住。這樣風輪機的輸出功率依風速的變化可分為三段即：為 ViVvOr 時 P=p A v3(Cp q)8v半 VrVVO 時.P = 0若以圖形農示風輪機的輸出功率依風速的變化倘況則如圖5-10(a)及圖5-10 (b)所示理論上在風速低于額定風速(即vVvJ時.風輪機的輸出功率應與風速成立方 關系變化如圖510(a)所示；但實際上風.輪機僅在風速高于起始風速(即vvj時才

6、 產生凈功(輸出功率)而在起始風速與額定風速Z間(即vi與vrZ間)風輪機的輸出功 率曲線有著不同的形狀.而其中線性特性與風場中獲得的試驗數據較接近而且應用起 來比較方便如圖5-10(b)所示。在圖5-10中在風速大于額定風速但低于截止風速(即vrvv0)范闈內認為風輪機 的輸出功率P=Pr(即額定功率)維持不變也即輸出恒功率這可藉助風輪機的槳距調節(jié) 來實現。對于線1*1-輸出功率llii線可求出風輪機的輸出功率為：九、風輪機的輸出能量及可利用率十二、風輪機的保護裝置十風輪機I作時如果風速超過風輪機的丨件風11范國或是發(fā)電機突然H1掉負荷. 則都會導致風輪機趙速及至造成鳳輪機的損壞1人1此訊輪

7、機都裝右能口動防止M輪機 超速的保護袋代以達到限制風輪超速的II的 限爪輪超速的力法主箜仃兩種 足 利用空氣動力陽力的方法：是設法減小2輪的迎論曲枳（也即是便風輪假側）水平他 風輪機的保護裝迓冇葉尖陽尼比漁器、順槳機構以及風輪側偏或I仰機構第垂直軸 風輪機的保護裝賈上要足R1尼板.（一）葉尖阻尼板葉尖閃疋板兄安裝水平軸嶇輪葉片尖部的阻尼裝胃 半風輪正常運轉時它巧葉 片的佶用相同能產生升力；為風輪超速時.MJBI繞風輪葉片縱向軸線轉90他與風輪旋 傳平向成垂SL位賈故產生陽力從而便風輪轉速降 喙（二）擾流器擾流器是安裝布蟲輪葉片I:距葉尖+葉片長度位國匕的聊尼裝國半叫輪正常運 轉時擾流器的兩個竭

8、面分別與葉片I Fulfil合：十風輪超速時則張開延伸到葉片外 面這樣由于它與風輪旋轉平面垂直產生了陰力從ifii使風輪轉速降卜來上述兩種阻尼裝省的動什 般是矗風輪轉動時的離心力而動fl 也仃根據風輪轉速 借號由臧壓傳動系統(tǒng)或機械傳動xattn尼裝豪動作的.詢者稱為彼動式的.為 主動式的.（三）順槳機構所謂顆槳是指風輪葉片弦長方向與風向致也即風輪葉片的沖角趙近零升力的狀 態(tài).鳳輪葉片威槳也H于風輪變槳距捋制的二部分即根據與速或轉速的信號通過液 爪變距或機械變麵機構來實AL風輪的順槳既可川7t人鳳或甩負荷時的緊急停午赴保 護作用也可用于風輪機正常運行時的停機.（四）風輪側偏或上仰機構水平軸風輪機

9、也有利用風輪僞側機構、風輪1仰機構或安裝在風輪機傳動軸匕的緊 急制動閘來實現超速保護 XHW輪假例的方法刑面C外紹過.他輪I.仰機構般只 用于小S鳳輪機中緊急制動閘在小型鳳輪機中分F動和自動制動兩沖兩者皆是利用 抱閘利花的原理.re5-17衣示這兩種抱閘剎牢的廉理.利車繩一a)國5 17小租見乾機緊急制動閘示意圖圖5173）足手動停車.人吳向F拉剎乍繩則制動剎牛帯將和車鼓緊緊抱住而實 現停竹圖5 17（b）是自動停于.當風速超過限定的M大風速時此時剎1風板被大風有 力地推動（如圖中輪頭所示方向從而帶動了剎車杠樸而杠桿則拉動剎車繩向下并使 制動知4帶緊緊抱住M車鼓而現白動停車 剎耳板UU枳的夬小與限定的最人鳳速 值之間的配合關系可通過試於方法確定.在中空或人乜水平軸風輪機屮的制動伸足山液爪供油系統(tǒng)、制動閘卡鉗以及安裝在 風輪主軸I的制動盤組成如第 斥圖21所示一巧大鳳超速時由液壓驅動的制動k鉗動作將制動盤卡住從而實現風輪機的fl動停吃，（五）阻尼板爭n軸風輪機（例如達也厄空）的保護裝國上炊足安裝n訊輪傳動軸上的緊急制動 閘及安裝在風輪葉片上的陽尼板：垂JS軸風輪機的制動閘系統(tǒng)與水平軸的制動阿系統(tǒng)原理相同但除用液山驅動外仃時也用電駆動方式 R1