二、機械能轉(zhuǎn)化為電能

機械能轉(zhuǎn)化為電能這一過程由發(fā)電機實現(xiàn)。風(fēng)力發(fā)電機利用電磁感應(yīng)原理將風(fēng)輪傳來的機械能轉(zhuǎn)換成電能。

發(fā)電機分為異步發(fā)電機和同步發(fā)電機兩種，風(fēng)力發(fā)電機組中的發(fā)電機一般采用異步發(fā)電機。異步發(fā)電機的轉(zhuǎn)速取決于電網(wǎng)的頻率，只能在同步轉(zhuǎn)速很小的范圍內(nèi)變化。

當(dāng)風(fēng)速增加時，齒輪箱高速輸出的軸轉(zhuǎn)速達(dá)到異步發(fā)電機同步轉(zhuǎn)速時，風(fēng)力發(fā)電機并入電網(wǎng)，向電網(wǎng)送電。風(fēng)速繼續(xù)增加，發(fā)電機轉(zhuǎn)速也略微升高，增加輸出功率。達(dá)到額定風(fēng)速后，由于風(fēng)輪的調(diào)節(jié)，穩(wěn)定在額定功率不再增大。反之，風(fēng)速減小，發(fā)電機轉(zhuǎn)速低于同步轉(zhuǎn)速時，則從電網(wǎng)吸收電能，處于電動機狀態(tài)，經(jīng)過適當(dāng)延時后脫開電網(wǎng)。

對于定槳距風(fēng)力發(fā)電機，一般還采用單繞組雙速異步發(fā)電機，如從4級1500r/min變?yōu)?級1000r/min。但是這種發(fā)電機仍然可以看做是基本上恒定轉(zhuǎn)速的，這一方案不僅解決了低功率時電機的效率問題，而且改善了低風(fēng)速時的葉尖速比，提高了風(fēng)能利用系數(shù)，并降低了運行時的噪聲。由于同樣考慮，一些變槳距風(fēng)力發(fā)電機也使用雙速發(fā)電機。

普通異步發(fā)電機結(jié)構(gòu)簡單，可以直接并入電網(wǎng)，無需同步調(diào)節(jié)裝置，但風(fēng)輪轉(zhuǎn)速固定后效率較低，而且在交變的風(fēng)速作用下，要承受較大的載荷。為了克服這些不足之處，相繼開發(fā)了高滑差異步發(fā)電機和變轉(zhuǎn)速雙饋異步發(fā)電機。

同步發(fā)電機的并網(wǎng)一般有兩種方式：一種是準(zhǔn)同期直接并網(wǎng)，這種方法在大型風(fēng)力發(fā)電機中極少使用；另一種是交-直-交并網(wǎng)。

近幾年來，由于大功率電子元器件的快速發(fā)展，變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機得到了迅速的發(fā)展，同步發(fā)電機在風(fēng)力發(fā)電機中得到了廣泛的應(yīng)用。

為了減少齒輪箱的傳動損失和發(fā)生故障的概率，有的風(fēng)力發(fā)電機采用風(fēng)輪直接驅(qū)動同步多級發(fā)電機，又稱無齒輪箱風(fēng)力發(fā)電機，其發(fā)電機轉(zhuǎn)速與風(fēng)輪相同而隨著風(fēng)速變化，風(fēng)輪可以轉(zhuǎn)換更多的風(fēng)能，所承受的載荷穩(wěn)定，減輕了部件的重量。缺點是發(fā)電機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造工藝要求高，且需要交流裝置才能與電網(wǎng)頻率同步，經(jīng)過轉(zhuǎn)換又損失了能量。

習(xí)　　題

1.根據(jù)貝茨理論，風(fēng)輪的風(fēng)能利用系數(shù)理論上的最大值為　　　　　　　。

2.風(fēng)能利用系數(shù)的定義是什么？

3.什么是葉尖速比？