《風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)與運(yùn)作原理介紹綜述》3300字

風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)與運(yùn)作原理介紹綜述目錄TOC\o"1-2"\h\u15946風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)與運(yùn)作原理介紹綜述 141681.1結(jié)構(gòu)介紹 13938（1）風(fēng)輪 24743（2）調(diào)速或限速裝置 210414（3）調(diào)向裝置 225769（4）發(fā)電裝置 224025（5）動(dòng)力的傳遞裝置 212690（6）塔架 2257211.2風(fēng)力發(fā)電機(jī)的原理 2158091.1.1主要基本原理介紹 3100851.1.2電力學(xué)原理的介紹 81.1結(jié)構(gòu)介紹機(jī)組部分作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要結(jié)構(gòu)，本文以水平方向受力的機(jī)組為例，介紹風(fēng)力發(fā)電的基本原理。水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，如圖1-1所示。圖1-1風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)（1）風(fēng)輪風(fēng)輪是獲取風(fēng)能的裝置，由葉片和輪轂構(gòu)成，輪轂將葉片獲取的動(dòng)力通過輪軸傳送給配電裝置，輪轂也是控制葉片俯仰角的地方。（2）調(diào)速或限速裝置當(dāng)風(fēng)力過大時(shí)，需要根據(jù)風(fēng)力傳感器的傳感結(jié)果進(jìn)行轉(zhuǎn)速的調(diào)整，以此保證輸出的功率平穩(wěn)，一般通過控制輪轂方向或者其他風(fēng)阻裝置。（3）調(diào)向裝置該裝置有兩個(gè)目的，其一可以用來(lái)調(diào)速，其二可以在風(fēng)流量較小時(shí)，將中心對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向。（4）發(fā)電裝置發(fā)電機(jī)的原理是電磁感應(yīng)，將風(fēng)力通過齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為電流，一般可以分為交流和直流兩種，其中交流又分為同步和異步。（5）動(dòng)力的傳遞裝置動(dòng)力的傳遞裝置通常采用的形式為齒輪傳動(dòng)，其主要的形式如下：高速傳動(dòng)軸和齒輪；低速傳動(dòng)軸和齒輪；制動(dòng)裝置等。（6）塔架塔架除了作為整個(gè)裝置的地盤和支持，還要承受側(cè)向風(fēng)的壓力。1.2風(fēng)力發(fā)電機(jī)的原理眾所周知，風(fēng)力發(fā)電原理簡(jiǎn)單來(lái)講就是風(fēng)流動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)能通過電磁感應(yīng)產(chǎn)生電流?；窘Y(jié)構(gòu)與原理如圖1-2所示，風(fēng)與風(fēng)扇葉片接觸產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，葉片再帶動(dòng)與其相連的升速齒輪箱帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)形成電流，由于電流不是恒定的，它必須進(jìn)入整流器進(jìn)行整流，多余的能量?jī)?chǔ)存在電池中，剩余的電量傳輸?shù)侥孀兤髯兂山涣麟姽┯秒娖魇褂?。圖1-2系統(tǒng)簡(jiǎn)略結(jié)構(gòu)示意圖1.1.1主要基本原理介紹（1）計(jì)算風(fēng)產(chǎn)生的動(dòng)能根據(jù)流體力學(xué)基本原理，氣體產(chǎn)生動(dòng)能在單位時(shí)間之內(nèi)的計(jì)算公式如下所示：（1）對(duì)上述公式進(jìn)行相關(guān)變量的解釋，其中：產(chǎn)生氣體的在單位時(shí)間內(nèi)質(zhì)量為m，單位為kg；氣體速度用v表示，單位為m/s。以下計(jì)算均為在單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)行計(jì)算?？諝饨?jīng)過面積S所產(chǎn)生的空氣體積為V，因此可得：（2）（3）對(duì)上述公式進(jìn)行相關(guān)變量的解釋，其中：空氣密度用來(lái)表示，它的單位是。截面所通過氣體流動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)能如下所示：（4）即風(fēng)產(chǎn)生的動(dòng)能的計(jì)算公式。（2）貝茲理論風(fēng)接觸葉片的理想情況為沒有能量損耗，且垂直于葉片平面。因此可以假設(shè)不存在輪轂，且葉片數(shù)量無(wú)限大，這樣就不會(huì)有存在摩擦阻力，這是德國(guó)的空氣動(dòng)力學(xué)家第一個(gè)創(chuàng)立的該理論，被稱為貝茲理論?，F(xiàn)分析氣流通過上述理想風(fēng)輪的情況，如圖1-2所示。圖1-3流過風(fēng)輪的氣流圖圖中：是進(jìn)入風(fēng)扇前的風(fēng)速；是經(jīng)過風(fēng)扇風(fēng)速；是出風(fēng)扇的風(fēng)速；為進(jìn)入風(fēng)扇前風(fēng)流截面；為出風(fēng)扇后風(fēng)流截面。假設(shè)空氣是不可壓縮的，由連續(xù)條件可得：（5）顯然，風(fēng)進(jìn)入風(fēng)扇輪受阻力影響，因此。根據(jù)動(dòng)量定理可以計(jì)算出垂直葉輪平面的風(fēng)力：（6）故風(fēng)輪吸收的功率為：（7）在進(jìn)、出葉輪整個(gè)過程中動(dòng)能消耗如下所示：（8）令式（7）等于式（8）：（9）上述結(jié)果代入式（6）、式（7），進(jìn)而能夠得到的是風(fēng)輪受到的力和它所產(chǎn)生的功率：（10）（11）微分計(jì)算式（11）兩側(cè)：（12）設(shè)定，從而，在式（11）中代入上述結(jié)果，解得最大功率：（13）式13等式兩側(cè)同時(shí)除以E：（14）經(jīng)過資料查詢與計(jì)算可以得到上述結(jié)果是理論極值。從而我們可以得出結(jié)論風(fēng)力機(jī)可使風(fēng)力系數(shù)通常不大于0.593，所以可以得出它的實(shí)際輸出功率如下所示：（15）（3）風(fēng)力機(jī)的特性系數(shù)①風(fēng)能利用系數(shù)風(fēng)能利用系數(shù)實(shí)際轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的風(fēng)能系數(shù)。（16）式中：P－風(fēng)力機(jī)實(shí)際獲取的輸出軸功率，W；－空氣密度，；－上游的風(fēng)速，；S－風(fēng)輪的掃風(fēng)面積，。②葉尖速比葉尖速比可以用來(lái)衡量不一樣的風(fēng)速帶來(lái)的不同風(fēng)輪運(yùn)轉(zhuǎn)形，計(jì)算公式如下。（17）式中：n－風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速，；－風(fēng)輪角速度，；R―風(fēng)輪半徑，m。風(fēng)輪的空氣動(dòng)力學(xué)的研究停止運(yùn)作時(shí)的風(fēng)輪葉片受力研究輪轂和葉片是風(fēng)力渦輪機(jī)中風(fēng)輪的兩個(gè)組成要素。通常情況下應(yīng)該注意，安裝過程中，需要葉片以自身的軸線為基準(zhǔn)進(jìn)行角度的旋轉(zhuǎn)，并且要求風(fēng)力發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)平面與各葉片弦呈一定角度。下圖顯示了風(fēng)力渦輪機(jī)啟動(dòng)時(shí)的受力分析圖。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的軸線與風(fēng)向一致（保持這一位置由傾斜系統(tǒng)控制，在本文件中不作討論）。當(dāng)空氣在V處通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)時(shí)，在葉片I和II上產(chǎn)生空氣動(dòng)力F和F′?？諝鈩?dòng)力F和F′發(fā)生在葉片I和II。F和F′是沿流動(dòng)方向的FX和FX′（拖曳力）和垂直于流動(dòng)方向的FY和FY′（升力）。通過超壓作用于渦輪機(jī)，而升力FY和FY′對(duì)風(fēng)輪機(jī)的中心線施加扭矩，使其旋轉(zhuǎn)。圖1-4風(fēng)力機(jī)啟動(dòng)時(shí)的受力情況（2）風(fēng)輪在轉(zhuǎn)動(dòng)情況下葉片的受力假設(shè)理想情況下，風(fēng)輪機(jī)在給定的風(fēng)速下以角速度v均勻旋轉(zhuǎn)時(shí)，垂直于風(fēng)輪機(jī)旋轉(zhuǎn)平面并位于離旋轉(zhuǎn)軸中心一定距離的葉片元件（葉片元件）的一小部分被作為測(cè)試對(duì)象。該葉片元件相對(duì)于氣流的速度是風(fēng)速ν和該葉片元件繞輪轂的線性軸向速度的矢量和。如圖1-5所示，此時(shí)槳葉與該葉片元的攻角是與翼弦的夾角。圖1-5旋轉(zhuǎn)槳葉的氣流速度及受力情況在理想條件下，風(fēng)速垂直于風(fēng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)平面ν，均勻旋轉(zhuǎn)的葉片的角速度由位于離旋轉(zhuǎn)軸中心r距離的小截面（單位葉片）的角速度來(lái)研究，單位葉片的相對(duì)速度為風(fēng)速ν葉片圍繞輪轂的軸向速度的向量和。如圖1-5所示，葉片和葉片元件之間的攻角就是和弦之間的角度。1.1.2電力學(xué)原理的介紹發(fā)電機(jī)的原理簡(jiǎn)介硅整流自勵(lì)磁單相交流發(fā)電機(jī)廣泛應(yīng)用在家用風(fēng)力渦輪機(jī)上。其中，勵(lì)磁電流由電池提供能量，勵(lì)磁控制器串聯(lián)在電池和勵(lì)磁線圈之間。交流發(fā)電機(jī)定子由一個(gè)定子鐵芯和一個(gè)定子繞組組成。定子繞組是一個(gè)單相Y型繞組，安裝在定子鐵芯內(nèi)的環(huán)形槽中。轉(zhuǎn)子由一個(gè)轉(zhuǎn)子鐵芯、一個(gè)轉(zhuǎn)子繞組和一個(gè)轉(zhuǎn)子軸組成。轉(zhuǎn)子鐵芯則是采用凸形或爪子形磁極。轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組的兩個(gè)端與一個(gè)接觸環(huán)相連，該接觸環(huán)通過與接觸環(huán)接觸的電刷與硅基板的直流輸出相連接，并相應(yīng)地接收直流激勵(lì)電流。獨(dú)立的小型風(fēng)力渦輪機(jī)的葉片通常有一個(gè)固定的間距。隨著風(fēng)速的逐漸變化，風(fēng)輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度也在逐漸變化，與風(fēng)輪機(jī)相連的發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度也在漸漸變化。這導(dǎo)致了硅整流器的直流電壓和發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流的變化，以及勵(lì)磁場(chǎng)的變化，從而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)輸出電壓的變化。這將導(dǎo)致發(fā)電機(jī)輸出電壓的巨大變化。這增加了發(fā)電機(jī)輸出電壓的波動(dòng)。很明顯，如果負(fù)載中的電壓波動(dòng)沒有得到控制，就會(huì)使供電質(zhì)量惡化，更甚至?xí)p壞電氣設(shè)備。電池也可用于自主風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，電壓波動(dòng)會(huì)使電池過量充電并縮短其使用壽命。發(fā)電機(jī)原理圖如圖1-6所示。圖1-6風(fēng)力發(fā)電機(jī)原理圖勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的工作原理勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的作用是使發(fā)電機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流（即勵(lì)磁磁通），以抵消風(fēng)速變化對(duì)發(fā)電機(jī)端電壓的影響。圖1-7勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理圖低速狀態(tài)下，發(fā)電機(jī)電壓不滿足標(biāo)準(zhǔn)電壓要求，此時(shí)V1閉合，此時(shí)電阻R2被短路，電流增大；當(dāng)轉(zhuǎn)速過大時(shí)，V1斷開，此時(shí)電流流過電阻R2，使得電流變小，從而實(shí)現(xiàn)電壓的穩(wěn)定。當(dāng)可以接收的風(fēng)過少時(shí)，電磁感應(yīng)機(jī)可能會(huì)從蓄電池組索取功能，以維持電容狀態(tài)，這樣可能會(huì)燒壞電路。因此需要在兩者之間設(shè)置逆流繼電器。正常工作時(shí)，逆流繼電器的開關(guān)I2關(guān)閉，當(dāng)無(wú)風(fēng)時(shí)I2開啟。阻斷電流倒流。該原理的發(fā)電機(jī)的好處是可以隨風(fēng)調(diào)節(jié)電流電壓的大小，可以減少對(duì)蓄電池等的損傷。整流原理整流的目的是轉(zhuǎn)化直流電為交流電供用電器穩(wěn)定使用，當(dāng)前使用最流行的整流電路是單相橋式的整流電路。基本組成為：四個(gè)單項(xiàng)二極管和一個(gè)電阻，如圖1-8所示。圖1-8單相橋式全波整流電路圖通過U2的正負(fù)極電勢(shì)差的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)電流的交變。具體原理是電流順時(shí)針由高電勢(shì)流向低電勢(shì)的時(shí)候，形成D1→R1→D3→b的電流通路。逆時(shí)針的情況下，電流由b經(jīng)D2→RL→D4→形成通路。無(wú)論順時(shí)針還是逆時(shí)針都會(huì)在電阻RL上形成一個(gè)負(fù)載電壓，且方向是相反的，因此會(huì)形成交變電流。逆變?cè)砟孀兤魇怯赡孀冊(cè)碇瞥傻模?/p>