风力发电机的分类及各自特点总结
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风力发电机的分类及各自特点总结
风力发电机组的分类及各自特点风力发电机组主要由两大部分组成：
风力机部分——它将风能转换为机械能；
发电机部分——它将机械能转换为电能。
根据风机这两大部分采用的不同结构类型、以及它们分别采用的技术方案的不同特征，再加上它们的不同组合，风力发电机组可以有多种多样的分类。
(1)如依风机旋转主轴的方向（即主轴与地面相对位置）分类，可分为：
“水平轴式风机”——转动轴与地面平行，叶轮需随风向变化而调整位置；
“垂直轴式风机”——转动轴与地面垂直，设计较简单，叶轮不必随风向改变而调整方向。
(2)按照桨叶受力方式可分成“升力型风机”或“阻力型风机”。
(3)按照桨叶数量分类可分为“单叶片”“双叶片”“三叶片”和“多叶片”型风机；叶片的数目由很多因素决定，其中包括空气动力效率、复杂度、成本、噪音、美学要求等等。
大型风力发电机可由1、2或者3片叶片构成。
叶片较少的风力发电机通常需要更高的转速以提取风中的能量，因此噪音比较大。而如果叶片太多，它们之间会相互作用而降低系统效率。目前3叶片风电机是主流。从美学角度上看，3叶片的风电机看上去较为平衡和美观。
(4)按照风机接受风的方向分类，则有“上风向型”——叶轮正面迎着风向（即在塔架的前面迎风旋转）和“下风向型”——叶轮背顺着风向，两种类型。
上风向风机一般需要有某种调向装置来保持叶轮迎风。
而下风向风机则能够自动对准风向,从而免除了调向装置。但对于下风向风机,由于一部分空气通过塔架后再吹向叶轮,这样,塔架就干扰了流过叶片的气流而形成所谓塔影效应,使性能有所降低。
(5)按照功率传递的机械连接方式的不同，可分为“有齿轮箱型风机”和无齿轮箱的“直驱型风机”。
有齿轮箱型风机的桨叶通过齿轮箱及其高速轴及万能弹性联轴节将转矩传递到发电机的传动轴,联轴节具有很好的吸收阻尼和震动的特性，可吸收适量的径向、轴向和一定角度的偏移，并且联轴器可阻止机械装置的过载。
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而直驱型风机则另辟蹊径，配合采用了多项先进技术，桨叶的转矩可以不通过齿轮箱增速而直接传递到发电机的传动轴，使风机发出的电能同样能并网输出。这样的设计简化了装置的结构，减少了故障几率，优点很多，现多用于大型机组上。
(6)根据按桨叶接受风能的功率调节方式可分为：
“定桨距（失速型）机组”——桨叶与轮毂的连接是固定的。当风速变化时，桨叶的迎风角度不能随之变化。由于定桨距（失速型）机组结构简单、性能可靠，在20年来的风能开发利用中一直占据主导地位。
“变桨距机组”——叶片可以绕叶片中心轴旋转，使叶片攻角可在一定范围内（一般0－90度）调节变化，其性能比定桨距型提高许多，但结构也趋于复杂，现多用于大型机组上。
(7)按照叶轮转速是否恒定可分为：
“恒速风力发电机组”——设计简单可靠，造价低，维护量少，直接并网；缺点是：气动效率低，结构载荷高，给电网造成电网波动，从电网吸收无功功率。
“变速风力发电机组”——气动效率高，机械应力小，功率波动小，成本效率高，支撑结构轻。缺点是：功率对电压降敏感，电气设备的价格较高，维护量大。现常用于大容量的主力机型。
(8)根据风力发电机组的发电机类型分类，可分为两大类：
“异步发电机型”“同步发电机型”
只要选用适当的变流装置，它们都可以用于变速运行风机。
异步发电机按其转子结构不同又可分为：
(a)笼型异步发电机——转子为笼型。由于结构简单可靠、廉价、易于接入电网，而在小、中型机组中得到大量的使用；
(b)绕线式双馈异步发电机——转子为线绕型。定子与电网直接连接输送电能，同时绕线式转子也经过变频器控制向电网输送有功或无功功率。
扩展阅读：风力发电机的分类总结
一、首先，风力发电机分类有许多种。
国内外风力机的结构形式繁多，从不同的角度有多种分类方法：
①(按风轮轴与地面的相对位置，分为水平轴式风力机和垂直轴（立轴）式风力机。
②按叶片工作原理，分为升力型风力机和阻力型风力机。
③按风力机的用途分类，有风力发电机、风力提水机、风力铡草机、风力脱谷机等。
④按风轮叶片的叶尖线速度与吹来的风速之比的大小来分，有高速风力机（比值大于3）和低速风力机（比值小于3）；也有把该比值2～5者称为中速风力机。
⑤按风机容量大小分类：国际上通常将风力机组分为小型（100KW以下）、中型（100～1000KW）和大型（1000KW以上）3种；
我国则分成微型（1KW以下）、小型（1～10KW）、中型（10～100KW）和大型（100KW以上）4种；也有的将1000KW以上的风机称为巨型风力机。
⑥按风轮的叶片数量，分单叶片、双叶片、三叶片、四叶片及多叶片式风力机。
二、又因为叶片工作原理不同，水平轴和垂直轴风力发电机又可细分为：升力型水平轴风力发电机，阻力型水平轴风力发电机；升力型垂直轴风力发电机，阻力型垂直轴风力发电机。
以下就是各种风力发电机的种类和特征概述：
1、风力机的种类及特征：垂直轴风力机
(1)桨叶式风力机桨叶式风力机是一种阻力型风力机，因它的叶片形状而得名。这种风力机的关键集中在如何减少逆风方向叶片的阻力，对此有许多设计方案。使用遮风板的，也有改变迎风角的，不过桨叶式风力机的效率很低，除了在日本局部地区曾经使用过外，实际上几乎没有制造和使用的实例。一般来说，这种风力机归类为垂直轴型，但是也有把它设计成水平轴的。
(2)萨布纽斯式风力机萨布纽斯式风力机是20年代发明的垂直轴风力机，它以发明者萨布纽斯的名字命名(我国有时称它为S型风力机)。这种风力机通常由两枚半圆筒形的叶片所构成，也有用三一四枚的。这种风力机往往上下重叠多层。效率最大不超过10％，能产生很大的扭矩。在发展中国家有人用它来提水、发电等。是一种传统的阻力型风力发电机。
(3)达里厄型风力机达里厄风力机是一种新开发的垂直轴式风力机，以法国发明者达里厄的名字命名，下图为普通的Φ形达里厄风力机和特殊的Δ形达里厄风力机。其叶片多为23枚。该风力机回转时与风向无关，是升力型的。它装置简单，成本也比较便宜，但起动性能差，因此也有人把这种风力机和一部萨布纽斯风力机组合在一起使用。
(4)旋转涡轮式风力机垂直轴升力型旋转涡轮式风力机，这种风力杉L垂直安装34枚对称翼形的叶片。它有使叶片自动保持最佳攻角的机构。因此结构复杂价格也较高，但它能改变桨距、起动性能好、能保持一定的转速，效率极高。这种风机也有把同样的叶片固定安装的形式。
(5)弗来纳式风力机在气流中回转的圆筒或球，可以使该物体的周围的压力发生变化而产生升力。这种现象叫马格努斯效应，利用这个效应的发电装置叫弗来纳式风力发电装置。在大的圆形轨道上移动的小车上装上回转的圆筒，由风力驱动小车，用装在小车轴上的发电机发电。这种装置，是1931年由美国的J马达拉斯发明的，并实际制造了重15吨、高27米的巨大模型进行了实验。这个实验的详细情况不清，但时间很短便中止了。现在弗来纳式风力机装置又受到重视，美国的笛顿大学在重新进行开发和试验。
(6)费特肖奈达式风力机这种风力机是由德国费特公司的工程师肖奈达发明的，费特肖奈达螺旋桨垂直地安装在船底下部作为船的推进器。推进器圆周的叶片，在刁；同的位置上能够改变方向，因随着叶片的角度和回转速度不同，其升力的大小和方向也不同，所以可以不用舵。把这种费特，肖奈达叶片上下相对可制成风力机(如下图)，其工作原理和旋转涡轮式风力机相类似。
2、风力机的种类及特征:水平轴风力机
（1）螺旋桨式风力机
作为风力发电使用最多的是螺旋桨式风力机.常见的是双叶片和三叶片风力机,但也有一片或四片以上的风力机.这种风力机的翼形与飞机翼形相类似,为了提高起动性能,尽量减少空气动力损失,多采用叶根强度高、叶尖强度低带有螺旋角的结构.螺旋桨式风力机,至少也要达到额定风速,才能输出额定功率,为了使风向正对风轮卧回转平面,需要进行方向控制.
（2）荷兰式风力机
欧洲(特别是荷兰和比利时)使用的荷兰式风力机.现有900台左右,一部分作为游览用在运行,大型的有直径超过20米的机组.
（3）多翼式风力机
多翼式风力机在美国的中、西部的牧场大部分用来提水.19世纪来有数百万台.多翼式风力机装有20枚左右的叶片,是典型的低转速大扭矩风力机,目前不仅在美国使用,在墨西哥、澳大利亚、阿根廷、南美等地也有相当的数量在使用,也是多翼式的风力机,它是美国风力涡轮公司最近研究的自行车车轮式风力机,48枚中空的叶片做放射状配置,性能比过去的多翼式风力机大有提高.用来发电的发电机用皮带或齿圈传动.
（4）帆翼式风力机
布制帆翼式风力机在地中海沿岸及岛屿有很长的历史,大型的有直径10米、20枚叶片的,但大多数为直径4米、68枚叶片.绝大部分用来提水,一小部分用来磨面.下图是美国普林斯顿大学研究的新风力机叶片.这种叶片看起来象是木质的整体,但实际上前缘用金属管,后缘使用的是纲索,叶片的主体部分用帆布制成.因此,它的重量很轻,性能与刚体螺旋桨没有什么两样,而且通过加在叶尖上的配重也可以控制桨距进行调速.
（5）涡轮式风力机
轮式风力发电机和燃气涡轮、蒸汽涡轮一样由静叶片(定子)和动叶片(转子)构成,这种风力机尤其适用于强风地区.下图是日本大学粟野教授研制并在南极使用的涡轮式风力发电装置,它可耐南极40-50米/秒的大风雪,制造得极其坚固并采用轴流涡轮方式以取得高效率.
（6）多风轮式风力机
这是美国的W.毕罗尼玛斯提出的一种设想,他把许多风轮安装在一个塔架上,整个机组在海上漂浮,使用由许多风轮组成的发电设备.这种设备,因为设置在海上,所以把发出的电力用于电解海水,贮存氢气和氧气.不过这种风力机目前还处于设想阶段.
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