家用风力发电机设计

导言：风力机通过叶轮捕获风能，将风能转换为作用在轮毂上的机械转矩。而这个机械转矩进而可以用作发电机的动力矩。因此，风力发电是切实可行的。本文将着重设计风力发电的家用普及。 一、风力发电机的原理

风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三公尺的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。

小型风力发电系统效率很高，但它不是只由一个发电机头组成的，而是一个有一定科技含量的小系统：风力发电机＋充电器＋数字逆变器。风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成。每一部分都很重要，各部分功能为：叶片用来接受风力并通过机头转为电能；尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能；转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能；机头的转子是永磁体，定子绕组切割磁力线产生电能。

风力发电机因风量不稳定，故其输出的是13～25V变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电

机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交流220V市电，才能保证稳定使用。小的风力发电机会比大的更合适。因为它更容易被小风量带动而发电，持续不断的小风，会比一时狂风更能供给较大的能量。当无风时人们还可以正常使用风力带来的电能，也就是说一台200W风力发电机也可以通过大电瓶与逆变器的配合使用，获得500W甚至1000W乃至更大的功率出。风机的控制系统要根据风速、风向对系统加以控制,在稳定的电压和频率下运行,自动地并网和脱网;同时*齿轮箱、发电机的运行温度,液压系统的油压,对出现的任何异常进行报警,必要时自动停机,属于无人值守独立发电系统单元.

二、主要部件

风力发电机主

要部件有叶片、传动轴、齿轮变速箱、发电机、尾翼和塔架。风力发电机由于风的不确定性（风速变化），主要难点是解决风速变化所引起的发电机转速变化带来的电的频率的变化。此种新型新型发电机则是通过叶轮将风能转变为机械能，通过主轴传动链,经过齿轮箱增速到异步发电机的转速后，,通过励磁变流器励磁而将发电机的定子电能并入电网.

如果超过发电机同步转速,转子也处于发电状态,通过变流器向电网馈电. 然后设计一个封闭的系统来使电的频率维持在一个稳定的数值上。 叶片

此种新型发电机的叶片采用曲线设计，叶片的型式仍是升力型，具有良好的气动性能，材料采用优质玻璃钢，具有起动早，抗大风能力强、效率高的特点，而且可以做成想要的颜色，满足不同客户的不同需求。叶片在风轮轮毂上的桨距是可以随时改变的，当风速变化时，利用气动压力或风轮旋转产生的离心力，使叶片改变角度，即桨距可变，以实现调速。它的设计图见插图如下：

尾翼

尾翼（或称尾舵）是调整风向用的，可使风机保持对准风向，同时也可用来停机，使风机偏离风向而停止旋转，特别是当风速过高时，尾翼可以起保护风机的作用。它的设计

图如下: 塔架

塔架或支撑杆是用以承载风力机的重要部件，它要承受风力机的静载和动载，应牢固不产生振动，才能保证整机的安全运行。他可以采用坚固的新型材料来制作并突出其美观和使用的特性。 发动机

发电机装在风轮下的底座中，维修方便。发电机装在垂直轴的底部，甚至可以在同一轴上叠层安装几个S轮，以提高效率，它由风力机驱动异步发电机和柴油机驱动同步发电机，在电路上并联后，共同向负荷供电。柴油机发电应根据风力的强弱及负荷的大小来调整自身的输出功率，发电量可大可小，但不能停机，否则无法提供异步发电机所需的无功功率具有离合器加蓄电池型的风/柴互补系统是在柴油机与同步发电机之间装一个电磁离合器，同时在网路上接有由电力电子器件组成的整流逆变装置及蓄电池组。当风力较强时，来自风力发电机的电能除供给负荷外，多余的电能经整流器可向蓄电池充电。当风力很强时，风力发电机可以充分发电，同时柴油机在离合器的作用下可与同步发电机断开，并停止运转，以节约燃油。这时同步发电机由蓄电池组经逆变器供电，并作为同步补偿机运转，以保证异步发电机所需的无功功率。此外，当负荷超过风力机和柴油机发电的能力

时，蓄电池组还能进行适当补充，主要是利用风大时发电所贮存的电能，这样节油效益明显。

传动轴

这款风轮机运行时几乎没有任何噪音或振动，还能在极低风速条件下发电。而且可在风力机的转轴上安装几个在转子。在风力机的转轴上装一搅拌转子，转子上有一些叶片，让转子不停地在液体（水或油）中搅拌，使液体的分子发生剧烈的碰撞，时间一长，慢慢就发热了，把这种热取出来也可利用。让风力机驱动一个转子，不停地在磁化线圈中转动，故意使它发热，但是外面又加一环形水套，不断把热带走，使线圈不会烧坏。当然，这样磁性线圈要消耗一点电，不过耗电量很小，可用蓄电池解决，蓄电池用风力发电充电（风轮带一小发电机即可）。由此可将发电机的热量有效地利用起来从而达到节约用电的目的，并能由于家庭多项生活。其设计图如下：

齿轮箱

齿轮箱可以将很低的风轮转速(1500千瓦的风机通常为12-22转/分)变为很高的发电机转速(发电机同步转速通常为1500转/分).同时也使得发电机易于控制,实现稳定的频率和电压输出.偏航系统可以使风轮扫掠面积总是垂直于主风向.风机是有许多转动部件的,机舱在水平面旋转,随时偏航对准风向，同时可以通过齿轮箱来控制风轮的转速及方向。风轮沿水平轴旋转,以便产生动力扭距.对变桨矩风机,组成风轮的叶片要围绕根部的中心轴旋转,以便适应不同的风况而变桨距.