风力机简介

风力发电系统是一个小系统，它由风力发电机、充电器、数字逆变器组成。

图4-7　风力机结构

把风能变成机械能的重要装置为风力发动机（简称风力机）。风力机将风能转变为机械能的主要部件是受风力作用而旋转的风轮。因此，风力机依风轮的结构及其在气流中的位置大体上可分为两大类：一类为水平轴风力机，另一类为垂直轴风力机。前者的应用场合远远超过后者。因此，本部分以水平轴风力机作为重点介绍对象。

水平轴风力发电机由风轮、机头、转体、尾翼和塔架组成（图4-7）。每一部分都很重要，各部分功能如下：

（1）风轮。风轮由两个或多个叶片组成，安装在机头上，是把风能转化为机械能的主要部件。

叶片用来接收风力并通过机头转为电能，叶片的种类很多，大体上可以分为两大类：一类是叶片绕水平轴旋转，它又可分为双叶式、三叶式、多叶式；它又可以按叶片相对于气流的情况分为顺风式和迎风式。另一类是绕垂直轴旋转，它又分为“S”式、透平式、偏导器式等，如图4-8所示。

图4-8　风机叶片

（2）机头。机头是支撑风轮轴和上部构件（如发电机和齿轮变速器等）的支座，它能绕塔架中的竖直轴自由旋转。

（3）尾翼（又称调向器）。机尾装于机头之后，它的作用是保证在风向变化时，使风轮正对风向。

（4）回转体。回转体位于机头底盘和塔架之间，在机尾力矩的作用下转动。

（5）塔架。塔架是支撑风力发动机本体的构架，它把风力发电机架设在不受周围障碍物影响的高空中。

根据风轮叶片的数目，风力发电机分为少叶式和多叶式两种。少叶式有2～4个叶片，具有转速高，单位功率的平均质量小，结构紧凑的优点；常用在平均风速较高的地区，是目前主要用风力发电机的原动机。其缺点是启动较为困难。多叶式一般有4～24个叶片，常用于年平均风速低于4 m/s的地区；具有易启动的优点，因此利用率较高。由于转速低，多用于直接驱动农牧业机械。

风力机的风轮与纸风车转动原理一样，但是，风轮叶片具有比较合理的形状。为了减小阻力，其断面呈流线型；前缘有很好的圆角，尾部有相当尖锐的后缘，表面光滑，风吹来时能产生向上的合力，驱动风轮很快地转动。对于功率发动较大的风力发电机，风轮的转速是很低的，而与之联合工作的机械，转速要求较高，因此必须设置变速箱，把风轮转速提高到工作机械的工作转速。风力机只有当风垂直地吹向风轮转动面时，才能发出最大功率来，由于风向多变，因此还要有一种装置，使之在风向变化时，保证风轮跟着转动，自动对准风向，这就是机尾的作用。风力机是多种工作机械的原动机。利用带动水泵和水车，就是风力提水机，带动碾米机；此类机械统称为风能的直接利用装置。带动发电机的就称风力发电机。