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第三讲 风机与风机接入
风机原理
阻力定律和升力定律
想要把风力的动能转化成电能，首先要先把动能转化成机械能，然后再将机械能转化成电能。第一步转化，是通过风电机叶片来实现的。
从动能到机械能的转化，有两个定律量损失，从而影响在理想条件下推导出来的贝茨定律。涡流效应的能量损失跟风机的叶尖速比有关系。速度比越低，能量损失越多；现代风电机的速度比很高，从而带来的能量损失也很小。
风机的叶尖速比
叶尖速比是用来表述风电机特性的一个十分重要的参数。它等于叶片顶端的速度（圆周速度）除以风接触叶片之前很远距离上的速度；叶片越长，或者叶片转速越快，同风速下的叶尖速比就越大。
根据叶尖速比的不同，我们可以把风电机分成两类：慢速比风电机和快速比风电机
慢速比
。所有以阻力原理作用的风电机的叶尖速比都小于1，属于慢速比风电机。
以浮力原理作用的风电机，，也被称为慢速比风电机。Westernmills和某些风力泵的叶尖速比大概是1，而Bock风车以及荷兰风车的叶尖速比大概是2。
快速比
快速比风电机是指按照浮力原理作用的风电机，。几乎所有的现代风电机（叶片数一到三）都属于此类。
叶尖速比对风电机的建造结构和形状有很大的影响
风机的转化效率系数
快速比风机由于产生的涡流损失要比慢速比风机低很多，所以其作用系数要明显比慢速比的风机高。，
偏航系统
为了更有效的利用风能，所有水平轴风机都必须能够根据风向来进行调整。风向和主轴之间的夹角越大，损失的风能就越大。
在风速较大的情况下，这种损失可以被用来调解风机的功率。但这种办法一般只应用在小型风机上。
风向标/ 风玫瑰
偏航系统最早出现在18世纪中期，它的应用在很大程度上减轻了磨坊工人的工作。在此之前，工人必须根据风向手动调整磨坊的风车。通过安装风向标或者风玫瑰，风车可以借助风力自动调整。风车与风向标（风玫瑰）之间通过传动装置连接，传动系数最大可以达到4000。一些旧式的小型风力发电机组中依然使用风向标进行偏航。
被动系统
还有一种方法可以使风电机根据风向自行调整，就是所谓的被动系统：对于背风型风机来说，叶轮可以在风的作用下自动偏航；对于迎风型风机来说，通过作用在风信旗上的力使风机自动偏航。
这种被动系统只能应用在非常小的机型上（叶轮直径不超过15米/ 额定功率不超过30千瓦）。
偏航马达
所有现代风机都安装主动偏航系统，通过偏航马达来调整叶轮的方向。偏航通过液压马达或电动马达来实现，而风向则使用传感器来测量。
风机最多可以配备8个变速马达，马达的启动时机、运行时间、旋转方向通过侧风传感器和相应软件来控制。
如果机舱不被固定住，在风向或风速不稳定时，它可能会因为作用在偏航齿轮的力而前后晃动，从而大大降低使用寿命，所以要在塔筒上安装制动装置，只有在进行偏航时才解开刹车。
绕缆和解缆
风机有时候会出现朝同一方向旋转几圈的情况。为了使风机内部的电缆和控制信号缆线不会过分扭曲，。风机的控制系统会监视机舱的位置，在必要情况下，主动控制机舱反转（解缆）。这种情况多数出现在弱风或者无风的时候，人们经常会看到风电机像旋转木马一样转来转去。
丹麦设计
所谓的“丹麦设计”是由Johannes Juul于50年代在丹麦研发的。第一台使用此设计的风机于1956/1957年安装在丹麦南部海岸的Gedser地区，额定功率为200千瓦。这台风机在当时是一个技术革命并且是世界上最大的风机。
叶轮转速恒定，并通过齿轮箱推动异步发电机转动。气流中断（失速控制）技术可以保证限制功率。因为直接并网的异步发电机转速恒定，所以只有在特定风速下，叶轮的效率才最高。
给风机配两个发电机，或使用可以切换电极的发电机，能够提高发电量。在低风速时（4至7米/秒），小发电机工作；风速大于7米/秒时则切换到大发电机工作，一直持续到切出风速（大约25米/秒）。，大发电机停止工作，小发电机重新开始工作。
直接并入电网是丹麦设计的第二个特点。电网的频率是固定的（在欧洲为50赫兹），发电机转速也相应的恒定。叶轮通过齿轮箱和发电机连接，所以其转速也是恒定的，这就决定了这种结构不能够根据风力的特点来工作。
每种风速都有相对应的最佳叶轮转速。因为有两个发电机，所以在这种设计只能为两种风速提供最高的产量。
丹麦风机结构简单结实，在80年代和90年代