為什（shí）麽轉子葉片呈螺旋狀？
大型風電機的轉子葉片通常呈螺旋狀。從轉子葉片看過去，並向葉片的根部移動（dòng），直（zhí）至到轉子中（zhōng）心，你會發現風從很陡的角度進入（比地麵的通（tōng）常風向陡得多）。如果葉片從（cóng）特別陡的角度受到撞（zhuàng）擊，轉子葉片將停止運轉。因（yīn）此，轉子葉片需要被設計成螺旋狀，以保證葉片後麵的刀口，沿地麵上的風向被推（tuī）離。
轉子空氣動（dòng）力學
為了解風在風電機的轉子葉片上的移動方式，我們將紅色帶子綁縛在模型風電機（jī）的轉子葉片末（mò）端。黃色帶（dài）子距離軸的長度（dù）是葉片長度的四分之一。我們任（rèn）由帶子在空氣中自由浮動。本頁的兩個（gè）圖（tú）片（piàn），其中一個是風（fēng）電（diàn）機的側視圖，另一個使風電機的正視圖（tú）。
大部分風電機具有恒定（dìng）轉速，轉子葉片末的轉速為64米/秒，在軸心部分（fèn）轉速為零。距（jù）軸心四分（fèn）之一葉片長度處（chù）的轉速為16米/秒。圖中的黃色帶子比（bǐ）紅色帶子，被吹得更加指（zhǐ）向風電機（jī）的背部。這是顯而易見的，因為葉片末端的（de）轉速（sù）是（shì）撞擊風電機前部（bù）的風速的八倍。
風電機結構
機艙：機艙包容著風電機的（de）關鍵設備，包括齒輪箱（xiāng）、發電機。維（wéi）護人員可以通過風電機（jī）塔進入機艙。機艙左端（duān）是風電機轉子，即轉子葉片（piàn）及軸。
轉子（zǐ）葉（yè）片：捉獲風，並將風力傳送（sòng）到轉子軸心（xīn）。現代（dài）600千瓦風電（diàn）機（jī）上，每個（gè）轉子（zǐ）葉（yè）片的測量（liàng）長（zhǎng）度大約為20米，而且被設計得很象飛機的機翼。
軸心：轉子軸心附著在風（fēng）電（diàn）機的低（dī）速軸（zhóu）上。
低速軸：風（fēng）電機的低速軸將轉子軸心與齒輪箱連接在一起。在現代600千瓦風電（diàn）機上，轉子轉速（sù）相當慢，大約為19至30轉每（měi）分鍾。軸中有用於液壓係統的導管，來激發空氣動力閘的運行。
齒輪箱：齒輪箱左邊是（shì）低速軸，它可以將高速軸（zhóu）的轉速提高至低速軸的50倍。
高速軸及其機械閘：高速（sù）軸（zhóu）以1500轉每分鍾運轉，並驅動發電機。它（tā）裝備有緊急機械（xiè）閘，用於空氣動力閘失效時，或（huò）風電機被維（wéi）修（xiū）時。
發電機：通常被稱為感應電機或異步發電機。在現代風電機上，最大電力輸出通常為500至1500千瓦。
偏航裝（zhuāng）置：借助電動（dòng）機轉動機艙，以（yǐ）使轉子正對著風。偏航裝置由電子控製器操作，電子控製器可以通過風（fēng）向標來（lái）感覺風（fēng）向。圖中（zhōng）顯（xiǎn）示了風電機偏航。通（tōng）常，在風改變（biàn）其方（fāng）向時，風電機一次隻會偏轉幾（jǐ）度。
電子控製器：包含一台不斷監控風電機狀態的計（jì）算（suàn）機，並控製偏航裝置（zhì）。為防止任何故障（即齒輪（lún）箱或發電機的過熱），該（gāi）控製器可以自（zì）動停止（zhǐ）風電機的轉動，並通過電話調製解（jiě）調器來呼叫（jiào）風電機操作員。
液壓係統：用於重置風電機的空氣動力閘。
冷卻元件（jiàn）：包含一（yī）個風扇，用於冷卻發電機。此外，它包（bāo）含一個油冷卻元件，用於冷卻齒輪箱（xiāng）內的油。一些風電機具有（yǒu）水冷發電機。
塔：風電機塔載（zǎi）有機艙及轉子。通常高的塔具有優勢，因為離地麵越高，風速越大。現代（dài）600千瓦風汽輪機的（de）塔高為40至60米。它可以為管狀的（de）塔，也可以是格（gé）子狀的塔。管狀的塔對於維修人員更為安全，因為他們可以通過內部的梯子到達塔頂。格狀的塔的（de）優點在於它比較便宜。
風速計及風向標：用於測量風速及風向。
風電（diàn）機發電機
風電機發電機將機械能轉化為電能。風電機上的發電機與你通常看（kàn）到的，電網上的發電設備相（xiàng）比，有點不同。原因是，發電機需要在波動的機械能條件下運轉。
輸出電壓
大型風電機（100-150千瓦）通常產生690伏特的三相交流電。然後電流通過風電機旁（páng）的變壓器（或在塔內），電壓被提高至（zhì）一萬至三萬伏，這取決於當地電網的標準。
大型製（zhì）造商可以提供50赫茲風電機類型（用於世界大（dà）部分（fèn）的電網），或60赫茲類型（用於美國電網（wǎng））。
冷卻係統
發電機在（zài）運轉時需要（yào）冷卻（què）。在大（dà）部分風電機上（shàng），發（fā）電機被放置（zhì）在管內，並使用（yòng）大型風扇（shàn）來空冷；一部分製造商采用水冷。水冷發電機更加小巧，而且電（diàn）效高，但這（zhè）種方式需要在機艙內（nèi）設置散熱器，來消除液體冷卻係統產生的熱量。
啟動（dòng）及停止發電機
如（rú）果你通過彈（dàn）開一個普通開關，將大型風電機發電機與電網連接或解開，你很可能會損毀發電機、齒輪箱及鄰（lín）近電網。
發電機電網的設計
風（fēng）電機可以使用同步或異步發電機，並直接（jiē）或非直（zhí）接地將發電機連接在電網上（shàng）。直接電網連接指（zhǐ）的是將發電機直接連接在交流電網上。非直接電網連接指的是，風電機的電流通過一係列電力設備，經調節與電網匹配。采用異（yì）步發電機，這個調（diào）節過（guò）程（chéng）自動完成。
轉子葉片
轉子葉（yè）片輪廓（橫切麵）
風電機轉子葉片看起來像航行器的機翼。實際上，轉子（zǐ）葉片設計師通常將葉片最遠端的部分的橫切麵設計得類似（sì）於正統飛機的機翼。但是葉片內端的厚輪廓，通常是專門為風（fēng）電（diàn）機設計的。為轉（zhuǎn）子葉（yè）片選擇輪廓涉及很（hěn）多折衷的方麵（miàn），諸如可靠的（de）運轉與延（yán）時特性。葉片的輪廓設計，即使在表麵（miàn）有汙垢（gòu）時，葉片也可以運（yùn）轉良好。
轉子葉片（piàn）的材質
大型風電機上的大部分轉子葉片用玻璃纖維強化塑料（liào）（GRP）製造。采用碳纖（xiān）維或芳族聚酰胺作為強化材料是另外一種選擇，但這種葉片對大型風電機是（shì）不經濟的。木材、環氧木材（cái）、或環氧木（mù）纖維合成物目前還沒有在轉子葉（yè）片市場出現，盡管目前在（zài）這一領域已經有了發展。鋼（gāng）及鋁合金分別存（cún）在（zài）重量及金（jīn）屬疲勞等問題，他們目前隻用在小型風電（diàn）機上。
風電機齒輪箱
為什麽（me）要使用齒輪箱？
風電機轉子旋轉產生的能量，通過主軸、齒輪箱及高速（sù）軸（zhóu）傳送到發電機。
為什麽要使用齒輪箱？為什麽我們不能通過主軸直接驅動發電（diàn）機？
如果我們使用普通發電（diàn）機，並使用兩個、四個或六個電極直接連接在50赫茲交流三（sān）相電網上，我們將不得不使用（yòng）轉速為1000至3000轉每（měi）分鍾的風電機。對於43米轉（zhuǎn）子直（zhí）徑的風電機，這意味著轉（zhuǎn）子末端的速度比聲速的（de）兩（liǎng）倍還要高。另外一（yī）種可能性是建造一個（gè）帶許多電極的交流發電機（jī）。但如果（guǒ）你要將發電機（jī）直接連在電網上（shàng），你需（xū）要使用200個電極的發電機，來獲得30轉每分（fèn）鍾（zhōng）的轉（zhuǎn）速。另外一個問題是，發電（diàn）機轉子的質量需要與轉矩大小成比例（lì）。因此直接驅動（dòng）的發電（diàn）機會非常重（chóng）。
更低的轉（zhuǎn）矩，更高的速度
使用齒輪箱，你可（kě）以將風電機轉子上的較低轉速、較高轉矩，轉換為用於發電（diàn）機上的較高轉速（sù）、較低轉矩。風電機上的齒輪箱，通常在轉子及發電機轉（zhuǎn）速之間具有單一的齒輪比。對於600千瓦或750千瓦機器（qì），齒輪比大約為1比50。
下圖（tú）顯示了用於風電（diàn）機的1.5兆瓦的齒輪箱。這個齒輪箱有些不（bú）同（tóng）尋常，因為在高速點的兩個發電機（jī）上安裝有法蘭。右側安裝在發電機下的橙黃色配件，是液壓驅動的緊急盤狀（zhuàng）刹車。在背景處你可以看到用於1.5MW風電機的機艙（cāng）的下半部（bù）分。
風電機偏（piān）航裝置（zhì）
風電機偏航裝置用（yòng）於將風電機轉子轉動到（dào）迎風（fēng）的方向。
偏（piān）航（háng）誤差
當轉子（zǐ）不垂直於風向時，風電（diàn）機存（cún）在偏航（háng）誤（wù）差。偏航誤差（chà）意味著，風中的能量隻有很少一部分可以在轉子區域流動。如果隻發生這種情況，偏航控製將是控（kòng）製（zhì）向風電機（jī）轉子電（diàn）力（lì）輸入的極佳（jiā）方式。但是，轉子靠近風源的部（bù）分受到的力比其它（tā）部分要大。一方麵，這意（yì）味（wèi）著轉子傾向（xiàng）於自動對著風偏轉，逆風或順風的汽輪機都（dōu）存在這種情況。另（lìng）一方麵，這意味著（zhe）葉片在轉子每一次轉動時（shí），都（dōu）會沿著（zhe）受力方向前後彎曲。存在偏航（háng）誤差（chà）的風電機，與沿垂（chuí）直於風向偏（piān）航的風（fēng）電機相比，將承（chéng）受更大的疲勞負載。
偏航機構
幾乎所有水平軸的風電機都會強迫（pò）偏航。即，使用一個帶有電動機及齒輪箱的機（jī）構來保持風電機對著（zhe）風偏轉。本圖顯（xiǎn）示的是750千瓦風電機上的偏航（háng）機構。我們（men）可以看到環繞外沿的偏航軸承，及內部偏航馬達及偏（piān）航閘的輪子。幾乎所有逆風設備的製造商都喜歡（huān）在不需要的情況下，停止偏航機構。偏航機構由電子控製器來激發。
電纜扭曲計數器
電纜用來將（jiāng）電流（liú）從（cóng）風電（diàn）機運載到塔下。但是當風電機（jī）偶然沿一個方向偏轉太長時間時，電纜將越來越扭曲。因此風電機配備有電纜扭（niǔ）曲計數器，用於提醒操作員（yuán）應該將電纜解（jiě）開了。類似於所有風電機上的安全機（jī）構，係統具有冗餘。風電機還會配備有（yǒu）拉動開關，在電纜扭曲太厲害時被（bèi）激發。
來源：電力圈
