风力发电机运行速度问题

1、设风速为V;

2、设风力发电机风叶有效线速度为ωr，ω为风机角速度，r为风叶有效半径;

3、风叶受到风的推力F;

4、则风叶吸收的风能功率为P=Fωr;

5、风叶受到风的推力F是风机风叶有效线速度为ωr的函数：

1)当风叶有效线速度为ωr=0，风叶受到风的推力F最大;

2)当风叶有效线速度与风速为V相等同步，即ωr=V，风叶受到风的推力F最小为零;

3)风叶受到风的推力F，是风叶线速度与风速V的相对速度(V-ωr)的函数：

A、设F∝V-ωr;

B、设F=1/2×ρS(V-ωr)^2;

6、风叶吸收的风能功率为P=Fωr，风的推力F一定，ωr越大，风能吸收功率P越大;

7、所以风叶吸收的风能功率P=Fωr，随着ωr增大，F下降，风叶吸收风能的功率P≤(F+ωr)/2;

8、所以风叶吸收风能的功率P最大值Pm时的线速度ωr：

A、F=ωr，V-ωr=ωr，ωr=V/2;

B、F=ωr，1/2×ρS(V-ωr)^2=ωr，ωr=(V+1/ρS) - √V/2ρs+(1/2ρs)^2;

9、也就是说，风力发电时，风叶有效线速度是风速V的1/2，或者风叶线速度是(V+1/ρS) - √V/2ρs+(1/2ρs)^2

10、上述结论是个理论数值范围。

我想说明几个问题：

1、风力发电机的风叶上线速度大于风速的部分，不吸收风能;

2、如果风力速度小，风力发电机的转速要调低，风力速度大，风力发电机的转速要调高，它们之间应该有一个确定的关系，在同样的风速下，通过调节发电机的运行转速，可以获得最大风能功率;

3、风力发电机，要求其转速跟随风力速度能实现最佳调速，而且输出得电压、频率却要恒定;

4、作为发电机的同步机，缺点是速度恒定;

5、作为发电的异步电机，转速可以再一定范围内变化，但是速度变化有限;

6、用绕线式异步发电机，转速调节范围可以增大很多;

7、在风速变化强烈的环境下，依靠发电机自身的速度调节范围有限，必须通过传动比调速;

8、风力发电机，可以增大极数，降低发电机的转速;

9、发电机的转速调节是一个方面，枫叶的设计更是个有技术有理论的问题;

10、在风叶上，不同转动半径的部位线速度不同，有一个最佳吸收风能的部位半径，风速不同最佳部位半径不同，所以风能的利用率不仅是电机转速的跟随调速问题，也与风叶的设计有很大关系;