试论风力发电机原理及风力发电技术

杨槐

摘要：随着人们生产和生活对电力的需求逐渐增加，风力发电已经受到人们的广泛关注。风能是一种环保清洁的能源，作为发电的原动力，对推动电力的长久发展有很好的帮助。本文主要对风力发电机的原理以及风力发电技术进行了介绍，以供参考。

关键词：风力发电技术;风力发电机;原理;应用

随着低碳环保理念的不断深入，新能源的开发利用被人们广泛关注，风能是一种环保、可再生的能源，而且由于人们活动对电力的需求不断增加，将其应用到电力发电中具有很好的发展潜力。在如今的风力发电中，发电机的控制技术在不断的提升，能够有效提高风能的利用率，提高发电量，进一步推动电力事业的良好发展。

1.风力发电机的介绍

1.1概念

风力发电机作为风力发电的关键设备，主要是利用风能转化为机械动能，用动力带动风车的叶轮进行转动，然后产生电流进行输出的相关设备。风力发电机是在传统的风车基础上发展而来的，风车的叶轮通过风速以及风力的带动进行旋转而获取到风能，然后通过相关装置等完整的系统来完成风力发电。

1.2种类

风力发电的种类主要有变速风力发电、恒速风力发电以及有限变速风力发电。最开始进行风力发电时，通常都是采用恒速风力发电的方法，其中使用的風力发电机主要是笼型异步发电机，这种发电机的投入成本不高、系统构造相对简单、稳定可靠，最初的风力发电应用较好。但是这种发电机对转速的适应范围较小，如果在运行时的功率过大，使转速超出允许范围，就会影响发电机的稳定性。恒速发电由于速度不能灵活调节，也就使风能的利用效率不高，影响其发展使用。在有限变速风力发电中，主要是使用绕线式异步发电机，这种发电机就能够进行相应的变速，原因是在发电机的转子上接入外来的可变电阻，从而对发电机的转速进行相应调节，同时又通过变桨距对转子进行调整来控制电流，使发电机输出的功率能够相对稳定，使发电机的性能得到有效的保证。在变速风力发电中，使用的发电机有多种类型，主要有电励磁同步发电机、双馈异步发电机以及永磁同步发电机。电励磁同步发电机能够提高有用功率的输出，使应用的效率得到提高。双馈异步发电机主要是通过转子功率的控制来实现变速恒频，使转速的运行能够有效的决定转差功率，不过这种发电机的使用相对来说部件的使用时限会比较短，而且如果发生异常情况，转子的电流可能会增加异常，使发电机的负荷增加，不利于使用。永磁同步发电机的使用优势较为明显，在变速发电中其应用效果比前两种都要好，这种发电机主要是使用直接驱动的方式，相对来说系统的传动较为简单，输出功率较高，将其应用到风力发电中会是最广泛的一种。

2.风力发电机的运行原理

风力发电机的组成主要有叶轮、发电装置、储能装置、塔架、机舱等部件。其中用来发电最主要的是叶轮，机舱中有变桨距装置、偏航装置、机组发电装置，其机舱罩上有风向传感器以及风速传感器，还有通风装置及隔音器附在舱壁中，机舱与塔架进行连接，并设有相关的控制电缆、通信电缆以及动力电缆等，以此来连接控制系统与发电机。塔架的底部用钢筋混凝土结构来进行固定，并做好防雷接地处置。风力发电机在工作时的原理主要是，当风带动空气流动时，经过叶片，带来动力引发叶轮进行转动，叶轮在转动时其主轴与齿轮箱之间会形成机械能，由齿轮转动加速而转化为动能，使发电机输出电流进行发电。其中能的相互转化使用的原理是空气动力学，是利用风带动空气在叶片的两面产生压力差值，利用这种差值来使叶轮进行旋转和产生横切向的风流，进而促进能的相互转化，最终使发电机输出电流进行发电;这种原理具体来说一方面是气流在叶片的表面进行流动时，其速度的变化会使气流的压力产生影响，另一方面是气流在叶片上的流动，会使表面附层上有摩擦力产生，这样两种力在叶片上就会形成一种合力，就是空气动力，以此来进行风力发电^[1]。

3.风力发电技术

3.1变桨距调节技术

在风力发电技术中，变桨距调节是主要的技术之一，利用这种技术进行发电是通过有效的调节叶片的迎风面与旋转轴纵向面之间的角度，使叶片受到的阻力和受力都能够得到相应的调节，同时在风力较大的情况下，风力发电机的输出功率可以得到一定的限制，控制好输出功率的稳定性，使风力发电机的运行能够基本在恒定作用下进行，这样发电才能够保障稳定^[2]。通常在进行变桨距调节时，从实践中可以得知，风力发电机的输出功率在整体上的变化趋势是平滑的曲线，风速保持额定的状态，发电机的机组控制器会将叶片的攻角控制在零左右，保持下来，基本上是属于定桨距调节。另外，如果风速超出了额定状态，机组的结构会由变桨距来进行相应的调节，使叶片的攻角发生变化，从而控制发电机的输出功率，使其能够保持在一定的范围内，这样发电机在发电时的效率能够相对较好，减少了风速变化对发电机运行的影响。再者，变桨距在进行调节过程中，风力机的启动速度相对来说比较低，在调节完停止使用时，具有较为缓和的冲击力。在实践应用过程中可以知道，变桨距调节技术在使用时，控制发电机的功率是正比于风速的三次方的，如果风速的变化不大，其风能的变化就会比较大，这样就能够使风力发电机在发电时的效率得到较好的提高，使风能的利用率也更加充分。

3.2变速恒频发电技术

变速恒频发电技术在进行使用时，其发电机通常是使用交流电励磁双馈发电机组，这种发电机组的构成通常是增加相应的电刷以及滑环在其转子的绕组中，发电机组在进行发电时，电励磁的频率直接关联于转子的速度^[3]。从有关实践中可以知道，变速恒频发电技术使用时，这种发电机组区别于异步发电机，也差别于同步发电机，不过结合了这两种发电机的部分优势，使风力发电的效率能够得到有效的提高。在使用交流电励磁双馈发电机时，变速恒频发电技术的实施主要是利用控制交流电励磁的频率、幅值以及相位来实现变速恒频，这样就能够在发电机运行过程中将功率的输出利用率进行有效的提高，减少无功率的输出，这样在电网运行过程中，能够使电力的输送效率更高，运行更加稳定，能够减少电能源的无效损失，进一步保障了风力发电的质量。在使用交流电励磁双馈发电机组进行变速恒频发电时，能够对风力发电起到较大的积极作用，发电机组在工作的过程中，能够为投入费用带来一定的节约，这是因为利用这种方式对发电机组进行控制时，实际的功率要比额定功率小很多，从而就会使相应的装置在体积上也不用过大，费用投入相应就不会太大，有助于广泛使用。另外，风力发电机的机组构成装置在使用时做出了一定的调节，在速度发生变化时，装置间能够形成的机械应力就会相应的得到减少，对机组的运行进行控制时相对就便捷、机动，使风力发电的效率和质量都能得到有效的提高，进而推动电力事业的长久发展。

结束语：

风能源是大自然提供的，具有可再生性，也是一种环保能源，利用风能进行发电拓展电力事业，对于满足我国生产生活用电需求有很好的帮助。而且随着科技的发展，风力发电技术也会不断的完善和成熟，风力发电的应用也会逐渐广泛。因此，对于风力发电机以及风力发电技术要加大研究和创新，切实的提高风力发电的利用效率，使电力的发展能够更进一步。

参考文献：

[1]赵俊文.试论风力发电机组控制方法改进策略研究[J].科技资讯， 2014， 12（16）：125-125.

[2]郎春雷.试论我国风力发电技术的未来发展[J].科技与企业， 2015（18）：198-198.

[3]沈亚林.直激式压电风力发电机的设计与试验研究[D].浙江师范大学， 2016（11）：236-237.