风力发电风车的转速风车叶片的转速与风速有关吗?若风速大则转速大,风速小则转速小,那么所得电流电压与频率都不稳定.若转速不

风力发电风车的转速
风车叶片的转速与风速有关吗?
若风速大则转速大,风速小则转速小,那么所得电流电压与频率都不稳定.若转速不受风力影响,那如何控制转速?

1) 风 的 功 率
风 的 能 量 指 的 是 风 的 动 能 .特 定 质 量 的 空 气 的 动 能 可 以 用 下 列 公 式 计 算 .
能 量 = 1/2 X 质 量 X ( 速 度 )^2
吹 过 特 定 面 积 的 风 的 的 功 率 可 以 用 下 列 公 式 计 算 .
功 率 = 1/2 X 空 气 密 度 X 面 积 X ( 速 度 )^3
其 中 ,
功 率 单 位 为 瓦 特 ；
空 气 密 度 单 位 为 千 克 / 立 方 米 ；
面 积 指 气 流 横 截 面 积 ,单 位 为 平 方 米 ；
速 度 单 位 为 米 / 秒 .
在 海 平 面 高 度 和 摄 氏 15 度 的 条 件 下 ,乾 空 气 密 度 为 1.225 千 克 / 立 方 米 .空 气 密 度 随 气 压 和 温 度 而 变 .随 著 高 度 的 升 高 ,空 气 密 度 也 会 下 降 .
於 上 述 公 式 中 可 以 看 出 ,风 的 功 率 与 速 度 的 三 次 方 〔 立 方 〕 成 正 比 ,并 与 风 轮 扫 掠 面 积 成 正 比 .不 过 实 际 上 ,风 轮 只 能 提 取 风 的 能 量 中 的 一 部 分 ,而 非 全 部 .
2) 风 力 发 电 机 的 工 作 原 理
现 代 风 力 发 电 机 采 用 空 气 动 力 学 原 理 ,就 像 飞 机 的 机 翼 一 样 .风 并 非 " 推 " 动 风 轮 叶 片 ,而 是 吹 过 叶 片 形 成 叶 片 正 反 面 的 压 差 ,这 种 压 差 会 产 生 升 力 ,令 风 轮 旋 转 并 不 断 横 切 风 流 .
风 力 发 电 机 的 风 轮 并 不 能 提 取 风 的 所 有 功 率 .根 据 Betz 定 律 ,理 论 上 风 电 机 能 够 提 取 的 最 大 功 率 ,是 风 的 功 率 的 59.6% .大 多 数 风 电 机 只 能 提 取 风 的 功 率 的 40% 或 者 更 少 .
风 力 发 电 机 主 要 包 含 三 部 分 ∶ 风 轮 、 机 舱 和 塔 杆 .大 型 与 电 网 接 驳 的 风 力 发 电 机 的 最 常 见 的 结 构 ,是 横 轴 式 三 叶 片 风 轮 ,并 安 装 在 直 立 管 状 塔 杆 上 .
风 轮 叶 片 由 复 合 材 料 制 造 .不 像 小 型 风 力 发 电 机 ,大 型 风 电 机 的 风 轮 转 动 相 当 慢 .比 较 简 单 的 风 力 发 电 机 是 采 用 固 定 速 度 的 .通 常 采 用 两 个 不 同 的 速 度 - 在 弱 风 下 用 低 速 和 在 强 风 下 用 高 速 .这 些 定 速 风 电 机 的 感 应 式 异 步 发 电 机 能 够 直 接 发 产 生 电 网 频 率 的 交 流 电 .
比 较 新 型 的 设 计 一 般 是 可 变 速 的 （ 比 如 Vestas 公 司 的 V52-850 千 瓦 风 电 机 转 速 为 每 分 钟 14 转 到 每 分 钟 31.4 转 ） .利 用 可 变 速 操 作 ,风 轮 的 空 气 动 力 效 率 可 以 得 到 改 善 ,从 而 提 取 更 多 的 能 量 ,而 且 在 弱 风 情 况 下 噪 音 更 低 .因 此 ,变 速 的 风 电 机 设 计 比 起 定 速 风 电 机 ,越 来 越 受 欢 迎 .
机 舱 上 安 装 的 感 测 器 探 测 风 向 ,透 过 转 向 机 械 装 置 令 机 舱 和 风 轮 自 动 转 向 ,面 向 来 风 .
风 轮 的 旋 转 运 动 通 过 齿 轮 变 速 箱 传 送 到 机 舱 内 的 发 电 机 （ 如 果 没 有 齿 轮 变 速 箱 则 直 接 传 送 到 发 电 机 ） .在 风 电 工 业 中 ,配 有 变 速 箱 的 风 力 发 电 机 是 很 普 遍 的 .不 过 ,为 风 电 机 而 设 计 的 多 极 直 接 驱 动 式 发 电 机 ,也 有 显 著 的 发 展 .
设 於 塔 底 的 变 压 器 （ 或 者 有 些 设 於 机 舱 内 ） 可 提 升 发 电 机 的 电 压 到 配 电 网 电 压 （ 香 港 的 情 况 为 11 千 伏 ） .
所 有 风 力 发 电 机 的 功 率 输 出 是 随 著 风 力 而 变 的 .强 风 下 最 常 见 的 两 种 限 制 功 率 输 出 的 方 法 （ 从 而 限 制 风 轮 所 承 受 压 力 ） 是 失 速 调 节 和 斜 角 调 节 .使 用 失 速 调 节 的 风 电 机 ,超 过 额 定 风 速 的 强 风 会 导 致 通 过 业 片 的 气 流 产 生 扰 流 ,令 风 轮 失 速 .当 风 力 过 强 时 ,业 片 尾 部 制 动 装 置 会 动 作 ,令 风 轮 刹 车 .使 用 斜 角 调 节 的 风 电 机 ,每 片 叶 片 能 够 以 纵 向 为 轴 而 旋 转 ,叶 片 角 度 随 著 风 速 不 同 而 转 变 ,从 而 改 变 风 轮 的 空 气 动 力 性 能 .当 风 力 过 强 时 ,叶 片 转 动 至 迎 气 边 缘 面 向 来 风 ,从 而 令 风 轮 刹 车 .