二、机械能转化为电能

机械能转化为电能这一过程由发电机实现。风力发电机利用电磁感应原理将风轮传来的机械能转换成电能。

发电机分为异步发电机和同步发电机两种，风力发电机组中的发电机一般采用异步发电机。异步发电机的转速取决于电网的频率，只能在同步转速很小的范围内变化。

当风速增加时，齿轮箱高速输出的轴转速达到异步发电机同步转速时，风力发电机并入电网，向电网送电。风速继续增加，发电机转速也略微升高，增加输出功率。达到额定风速后，由于风轮的调节，稳定在额定功率不再增大。反之，风速减小，发电机转速低于同步转速时，则从电网吸收电能，处于电动机状态，经过适当延时后脱开电网。

对于定桨距风力发电机，一般还采用单绕组双速异步发电机，如从4级1500r/min变为6级1000r/min。但是这种发电机仍然可以看做是基本上恒定转速的，这一方案不仅解决了低功率时电机的效率问题，而且改善了低风速时的叶尖速比，提高了风能利用系数，并降低了运行时的噪声。由于同样考虑，一些变桨距风力发电机也使用双速发电机。

普通异步发电机结构简单，可以直接并入电网，无需同步调节装置，但风轮转速固定后效率较低，而且在交变的风速作用下，要承受较大的载荷。为了克服这些不足之处，相继开发了高滑差异步发电机和变转速双馈异步发电机。

同步发电机的并网一般有两种方式：一种是准同期直接并网，这种方法在大型风力发电机中极少使用；另一种是交-直-交并网。

近几年来，由于大功率电子元器件的快速发展，变速恒频风力发电机得到了迅速的发展，同步发电机在风力发电机中得到了广泛的应用。

为了减少齿轮箱的传动损失和发生故障的概率，有的风力发电机采用风轮直接驱动同步多级发电机，又称无齿轮箱风力发电机，其发电机转速与风轮相同而随着风速变化，风轮可以转换更多的风能，所承受的载荷稳定，减轻了部件的重量。缺点是发电机结构复杂，制造工艺要求高，且需要交流装置才能与电网频率同步，经过转换又损失了能量。

习　　题

1.根据贝茨理论，风轮的风能利用系数理论上的最大值为　　　　　　　。

2.风能利用系数的定义是什么？

3.什么是叶尖速比？