不同类型的风力机及其工作原理

风力机的种类和式样很多，难以一一叙述，这里对风力机进行简单分类。

（1）按容量划分。现有风力机的容量，从百瓦级到兆瓦级不等。按照容量大小可以分为大、中、小型风力机。小型风力机容量小于60kW，中型风力机容量为70～600kW，大型风力机容量为600～1000kW和巨型风力机容量大于1000kW。单机容量越大，桨叶越长。目前2MW风力机叶片的直径已经达到72m，6MW叶片已经做到70m左右，且将来随着机组容量的增加会更长。

表4-1给出了风力机不同机组对应的风轮旋转直径的大小。

表4-1　风力机额定容量与风轮旋转直径

（2）按风轮结构划分。风轮受风力作用而旋转，是将风能转变为机械能的风力机的主要部件之一。按照风轮结构及其在气流中的位置，风力机可分为两大类：水平轴风力机和垂直轴风力机。

（3）按功率调节方式划分。水平轴风力机按照功率调节方式又可划分为定桨距风力机、变桨距风力机和主动失速型风力机。

定桨距风力机叶片固定在轮毂上，桨距角不变，风力机的功率调节完全依靠叶片的失速性能。当风速超过额定风速时，利用叶片本身的空气动力学失速特性来减少旋转力矩，或通过偏航来维持输出功率相对稳定。

相对而言，变桨距风力机的叶片可以轴向旋转。当风速超过额定风速时，通过减小叶片翼型上合成气流方向与翼型弦线的夹角即攻角，来改变风轮获得的空气动力转矩，使功率输出保持稳定。同时，风力机在起动时通过改变桨距来获得足够的起动力矩。(www.xing528.com)

主动失速型风力机的工作原理相当于以上两种形式的组合。当风力机达到额定功率后，人为地通过变桨来相应地增加攻角，使叶片失速效应加深，从而限制风能的捕获。

（4）按传动形式划分。按照传动形式，水平轴风力机可分为高传动比齿轮箱型风力机、无齿轮箱（也叫直驱型风力机）和半直驱型风力机。

在高传动比齿轮箱型风力机中，齿轮箱将风轮产生的动力传递给发电机，并使其得到相应的转速。风轮的转速较低，通常达不到发电机发电的要求，必须通过齿轮箱齿轮的增速作用来实现，故齿轮箱也被称为增速箱。

直驱型风力机采用多级同步发电机，可以去掉风力发电系统常见的齿轮箱，让风轮直接带动发电机低速旋转。其优点是没有了齿轮箱所带来的噪声、故障率高和维护成本大等问题，提高了运行可靠性。

半直驱型风力机的工作原理是上述两种类型的综合。半直驱风力机采用了中传动减少了传统齿轮箱的传动比，同时也相应减少了多极同步发电机的极数，从而减少了发电机的体积。

（5）按发电机转速变化划分。按照发电机的转速变化可以分为恒速型、多态定速型和变速型。

恒速型风力机组是指发电机的转速恒定不变，不随风速的变化而变化，始终在一个恒定不变的转速下运行，即所谓的恒速恒频运行方式。

多态定速，表示在发电机组中包含着两台或多台发电机，根据风速的变化，可以有不同大小和数量的发电机投入运行。

变速型风力发电机组中的发电机工作转速随风速时刻变化而变化，与定速型风力机组运行方式相对应。目前，主流的大型风力发电机组基本都采用变速恒频运行方式。