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风力发电技术常识4 Z) N# E8 H% }8 M# C# L' b
1 _' s7 R* c) c0 u5 v' z1 T转子空气动力学
5 [1 b+ G# u. Q# D为了解风在风电机的转子叶片上的移动方式，我们将红色带子绑缚在模型风电机的转子叶片末端。黄色带子距离轴的长度是叶片长度的四分之一。我们任由带子在空气中自由浮动。本页的两个图片，其中一个是风电机的侧视图，另一个使风电机的正视图。
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大部分风电机具有恒定转速，转子叶片末的转速为64米/秒，在轴心部分转速为零。距轴心四分之一叶片长度处的转速为16米/秒。图中的黄色带子比红色带子，被吹得更加指向风电机的背部。这是显而易见的，因为叶片末端的转速是撞击风电机前部的风速的八倍。
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为什么转子叶片呈螺旋状？
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X6 O* ?* H1 [% J P$ q大型风电机的转子叶片通常呈螺旋状。从转子叶片看过去，并向叶片的根部移动，直至到转子中心，你会发现风从很陡的角度进入（比地面的通常风向陡得多）。如果叶片从特别陡的角度受到撞击，转子叶片将停止运转。因此，转子叶片需要被设计成螺旋状，以保证叶片后面的刀口，沿地面上的风向被推离。0 h+ E7 ?/ K' K( k b
' ^; N2 O, U, C, b. ~6 y6 p风电机结构& O T9 H2 A: a- ^9 Y; T
机舱：机舱包容着风电机的关键设备，包括齿轮箱、发电机。维护人员可以通过风电机塔进入机舱。机舱左端是风电机转子，即转子叶片及轴。
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转子叶片：捉获风，并将风力传送到转子轴心。现代600千瓦风电机上，每个转子叶片的测量长度大约为20米，而且被设计得很象飞机的机翼。
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轴心：转子轴心附着在风电机的低速轴上。, x* w# I# l k
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低速轴：风电机的低速轴将转子轴心与齿轮箱连接在一起。在现代600千瓦风电机上，转子转速相当慢，大约为19至30转每分钟。轴中有用于液压系统的导管，来激发空气动力闸的运行。
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9 g) h% m( h+ X& z# ^齿轮箱：齿轮箱左边是低速轴，它可以将高速轴的转速提高至低速轴的50倍。8 ?4 S* }: v3 k8 x
$ R' K' c) Y" D$ [7 C高速轴及其机械闸：高速轴以1500转每分钟运转，并驱动发电机。它装备有紧急机械闸，用于空气动力闸失效时，或风电机被维修时。
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发电机：通常被称为感应电机或异步发电机。在现代风电机上，最大电力输出通常为500至1500千瓦。0 U) c3 f' S9 e5 |# U' ]
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偏航装置：借助电动机转动机舱，以使转子正对着风。偏航装置由电子控制器操作，电子控制器可以通过风向标来感觉风向。图中显示了风电机偏航。通常，在风改变其方向时，风电机一次只会偏转几度。9 G1 p% }5 M, a. h7 N
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电子控制器：包含一台不断监控风电机状态的计算机，并控制偏航装置。为防止任何故障（即齿轮箱或发电机的过热），该控制器可以自动停止风电机的转动，并通过电话调制解调器来呼叫风电机操作员。
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9 P: h3 u5 X* w ^$ J/ c液压系统：用于重置风电机的空气动力闸。
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冷却元件：包含一个风扇，用于冷却发电机。此外，它包含一个油冷却元件，用于冷却齿轮箱内的油。一些风电机具有水冷发电机。
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7 U p2 h% X6 F3 w3 m/ G9 O! ?" d塔：风电机塔载有机舱及转子。通常高的塔具有优势，因为离地面越高，风速越大。现代600千瓦风汽轮机的塔高为40至60米。它可以为管状的塔，也可以是格子状的塔。管状的塔对于维修人员更为安全，因为他们可以通过内部的梯子到达塔顶。格状的塔的优点在于它比较便宜。
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: ]& x. |6 u) ]. ^: ^% m风速计及风向标：用于测量风速及风向。: X s( V& b7 m9 |" Z' N
风电机发电机
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风电机发电机将机械能转化为电能。风电机上的发电机与你通常看到的，电网上的发电设备相比，有点不同。原因是，发电机需要在波动的机械能条件下运转。4 o3 _7 r8 I' l3 {+ d! A9 k9 `- T
2 O1 H! S/ Q* B5 V, q2 o# p输出电压
3 W4 T1 W0 m( q ?" a. o大型风电机（100-150千瓦）通常产生690伏特的三相交流电。然后电流通过风电机旁的变压器（或在塔内），电压被提高至一万至三万伏，这取决于当地电网的标准。& V2 P c0 G# z2 K1 p7 V. s6 i
大型制造商可以提供50赫兹风电机类型（用于世界大部分的电网），或60赫兹类型（用于美国电网）。$ ~& m. j, t# z) [5 g8 ?. N
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冷却系统8 I5 }, X' w/ S) V
发电机在运转时需要冷却。在大部分风电机上，发电机被放置在管内，并使用大型风扇来空冷；一部分制造商采用水冷。水冷发电机更加小巧，而且电效高，但这种方式需要在机舱内设置散热器，来消除液体冷却系统产生的热量。
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6 Q3 e2 N8 e7 e8 w( P* c/ Q O启动及停止发电机) l) u* a- h% V9 L2 z
如果你通过弹开一个普通开关，将大型风电机发电机与电网连接或解开，你很可能会损毁发电机、齿轮箱及邻近电网。; C: J3 @; W J) _( O B9 e, W6 \% d, r
4 X$ w( n) T8 @, X/ P( j) ^/ q发电机电网的设计8 h8 X1 a, u4 d( Y5 c, @, I2 A$ D
风电机可以使用同步或异步发电机，并直接或非直接地将发电机连接在电网上。直接电网连接指的是将发电机直接连接在交流电网上。非直接电网连接指的是，风电机的电流通过一系列电力设备，经调节与电网匹配。采用异步发电机，这个调节过程自动完成。* F4 i; g/ G8 V5 M# O* H6 v
转子叶片8 d' F" b3 [) L4 T0 h* R
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发表于 2007-2-5 15:13:06
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