风力发电机的工作科学原理是什么

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风力发电机的工作科学原理是什么

　　风力发电机是很多人都熟悉的发电机种类，但是大多数的人不清楚风力发电机是如何发电的。下面为您精心推荐了风力发电机的工作科学原理是什么，希望对您有所帮助。

　　科学原理

　　风力发电机的原理，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。把风能转变为电能是风能利用中最基本的一种方式。风力发电机一般有风轮、发电机(包括装置)、调向器(尾翼)、塔架、限速安全机构和储能装置等构件组成超低速风力发电机为一由转动盘、固定盘、风轮叶片、固定轮、立竿、集电环盘、舵杆、尾舵和逆变器组成的系统。转动盘和固定盘构成该系统的发电机，逆变器包括50赫正弦波振荡器、整形电路、低压输出电路和倒相推挽电路。本系统中的发电机的优点，一是具有超低速建压特点，能在叶片转速低于每分钟100转时正常发电，为弱风地区风力资源的开发利用提供了新途径;二是结构简易，铁芯无开槽，也无电枢绕组，易维修，使用寿命长.

　　风力发电机的原理，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。

　　风力发电正在世界上形成一股热潮，为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染。

　　风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行;我国也在西部地区大力提倡。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13～25V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。

　　通常人们认为，风力发电的功率完全由风力发电机的功率决定，总想选购大一点的风力发电机，而这是不正确的。目前的风力发电机只是给电瓶充电，而由电瓶把电能贮存起来，人们最终使用电功率的大小与电瓶大小有更密切的关系。功率的大小更主要取决于风量的大小，而不仅是机头功率的大小。在内地，小的风力发电机会比大的更合适。因为它更容易被小风量带动而发电，持续不断的小风，会比一时狂风更能供给较大的能量。当无风时人们还可以正常使用风力带来的电能，也就是说一台200W风力发电机也可以通过大电瓶与逆变器的配合使用，获得500W甚至1000W乃至更大的功率出。

　　使用风力发电机，就是源源不断地把风能变成我们家庭使用的标准市电，其节约的程度是明显的，一个家庭一年的用电只需20元电瓶液的代价。而现在的风力发电机比几年前的性能有很大改进，以前只是在少数边远地区使用，风力发电机接一个15W的灯泡直接用电，一明一暗并会经常损坏灯泡。而现在由于技术进步，采用先进的充电器、逆变器，风力发电成为有一定科技含量的小系统，并能在一定条件下代替正常的市电。山区可以借此系统做一个常年不花钱的路灯;高速公路可用它做夜晚的路标灯;山区的孩子可以在日光灯下晚自习;城市小高层楼顶也可用风力电机，这不但节约而且是真正绿色电源。家庭用风力发电机，不但可以防止停电，而且还能增加生活情趣。在旅游景区、边防、学校、部队乃至落后的山区，风力发电机正在成为人们的采购热点。无线电爱好者可用自己的技术在风力发电方面为山区人民服务，使人们看电视及照明用电与城市同步，也能使自己劳动致富。

　　风能发电的原理

　　我们把风的动能转变成机械能，再把机械能转化为电能，这就是风力发电。风力发电的原理，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。风力发电所需要的装置，称作风力发电机组。这种风力发电机组，大体上可分风轮(包括尾舵)、发电机和铁塔三部分。(大型风力发电站基本上没有尾舵，一般只有小型(包括家用型)才会拥有尾舵)。

　　风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件，它由两只(或更多只)螺旋桨形的叶轮组成。当风吹向桨叶时，桨叶上产生气动力驱动风轮转动。桨叶的材料要求强度高、重量轻，目前多用玻璃钢或其它复合材料(如碳纤维)来制造。

　　由于风轮的转速比较低，而且风力的大小和方向经常变化，这使转速不稳定;所以，在带动发电机之前，还必须附加一个把转速提高到发电机额定转速的齿轮变速箱，再加一个调速机构使转速保持稳定，然后再联接到发电机上。为保持风轮始终对准风向以获得最大的功率，还需在风轮的后面装一个类似风向标的尾舵。

　　铁塔是支承风轮、尾舵和发电机的构架。它一般修建得比较高，为的是获得较大的和较均匀的风力，又要有足够的强度。铁塔高度视地面障碍物对风速影响的情况，以及风轮的直径大小而定，一般在6-20米范围内。

　　发电机的作用，是把由风轮得到的恒定转速，通过升速传递给发电机构均匀运转，因而把机械能转变为电能。

　　多大的风力才可以发电

　　一般说来，3级风就有利用的价值。但从经济合理的角度出发，风速大于每秒4米才适宜于发电。据测定，一台55千瓦的风力发电机组，当风速每秒为9.5米时，机组的输出功率为55千瓦;当风速每秒8米时，功率为38千瓦;风速每秒为6米时，只有16千瓦;而风速为每秒5米时，仅为9.5千瓦。可见风力愈大，经济效益也愈大。

　　风力发电正在世界上形成一股热潮，为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染。在我国，现在已有不少成功的中、小型风力发电装置在运转。我国的风力资源极为丰富，绝大多数地区的平均风速都在每秒3米以上，特别是东北、西北、西南高原和沿海岛屿，平均风速更大;有的地方，一年三分之一以上的时间都是大风天。在这些地区，风力发电产业的发展前景是光明的。

　　发电机现场烘干时的条件要求及注意事项

　　发电机在运输及施工过程中线圈和铁心都可能受潮，造成其绝缘电阻和吸收比下降而不合格，当测量时的吸收比（绝缘电阻测量时间R60/R15之比）小于1.3，而线圈绝缘材料为云母的吸收比小于1.6，可认为发电机受潮，应进行干燥处理。

　　1、发电机在干燥时铁心和线圈最热点的最高允许温度如下：

　　①用温度计测量为70℃；

　　②用电阻温度计测量为80℃；

　　③用电阻法测量为90℃；

　　2、发电机排出的空气温度不得超过65℃；

　　3、发电机进行干燥时，温度应缓慢增加，一般其温升为每小时5～8℃，并应定时测量绝缘电阻、线圈温度、周围空气湿度等有关数据。

　　4、当电机干燥后吸收比绝缘电阻值符合下列标准并经5～8小时以上稳定不变，方可以为干燥良好。

　　（1）定子线圈温度在10～30℃时吸收比：R60/R15≥1.3。

　　（2）在接近线圈运行温度时的定子线圈绝缘电阻R≥U/（1000+P/100）。式中R为绝缘电阻（MΩ），U为发电机额定电压（V），P为额定容量（KVA）

　　5、干燥后发电机转子线圈绝缘电阻升高后，并经3小时以上不变化而其值大于0.5 MΩ时则认为干燥合格（20℃时）。

　　6、发电机在干燥前应清扫或者用压缩空气吹干净。如果所采用干燥方法必须使转子处于运行状态时，尚应注意定、转子间气隙、旋转零件间隙、轴承间隙、油路润滑等启动等一般机械检查。在运转中同样应注意检查轴承油温及轴承振动。

　　7、转子插在定子内干燥发电机而转子又处于静止状态时当定子温升达到7℃后转子至少每两小时转动180°。

　　8、干燥方法主要根据现场可能条件以及电机受潮情况而选择。

　　9、发电机进行干燥处理后应进行绝缘检测、耐压等试验。

　　根据不同现场情况采用发电机烘干方法

　　1、外部加热干燥法（发电机未穿转子时）

　　（1）如果现场气温较低，可将发电机用帆布或隔热玻璃棉被罩起，帆布顶上开一个小孔，在发电机下部放置电炉、碘钨灯、白炽灯等，利用自然通风使潮气从小孔逸出，应注意不要使热源部分离发电机线圈过近造成局部过热。

　　（2）也可利用外鼓风机加强通风时可以使发电机各部均匀加热，但最好应在入风口处装设空气过滤器。

　　（3）应防止加热器的火星酿成火灾，备好一定数量的适用于扑灭电气火灾的消防用具。

　　（4）考虑好临时使用的电源容量足够，并使用带漏电保护器的空开。

　　（5）发热设备分布均匀，在发电机出线端下部最好也放置一些电炉或碘钨灯。

　　2、外部电源电流干燥法

　　本法系利用外部电源在绕组通入电流产生损耗发热进行干燥。绕组通入电流一般不超过额定电流的50～70。干燥时机壳应可靠接地，由电源不同可分为：

　　（2）三相交流电源烘干法（定子铁损干燥法）：在定子绕组通入三相交流电源进行干燥法，干燥电流一般不超过额定电流的50～70，此时电压一般在额定值的8～20，采用本方法时转子必须从定子取出，以防止定子旋转磁场造成转子局部过热受损。

　　（3）单相交流电源烘干法：定子绕组按开口三角形联接，通入单相交流电进行干燥，此时转子可以不必抽出。方法同直流电源烘干法，这里不再做过多讲述。

　　3、短路干燥法

　　（1）定子三相绕组短路，短路必须在断路器之前或是必须将断路器锁住（即将跳闸线圈回路断开），以避免断路器突然断开引起的操作过电压击穿潮湿的线圈，此外，短路点必须连接可靠，各相电流必须相同，为此必须在三相装设监视仪表，以避免不平衡电流造成转子表面过热。

　　（2）发电机被起动接近正常转速时，由于本身励磁机或外来电源通入转子绕组，调节励磁电流使定子短路电流于干燥初期为额定电流的50～60。以后可以逐步增加，但最高不得超过额定电流的80。

　　（3）短路电流干燥时，有效铁心磁路不饱和，定子绕组端部漏磁可能较大会引起两端铁心及零部件的过热，应多注意观察。

　　（4）短路干燥时其负载很小，应注意检查汽轮机汽缸尾部是否发生强烈过热。

　　结论

　　经过我们在多个施工现场实际的应用，以上几种发电机烘干方法简单、实用，可有效解决发电机受潮问题，大家可以根据现场实际情况，选择合适的方法和措施对发电机进行烘干。

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