為什麽轉子（zǐ）葉片呈螺旋狀（zhuàng）？
大型風電機的轉子葉片通常呈螺旋狀。從轉子（zǐ）葉片看過去，並向葉片的（de）根部移動，直（zhí）至到轉子中（zhōng）心，你會發現（xiàn）風從很陡的角度（dù）進入（比地麵的通（tōng）常（cháng）風（fēng）向陡得多）。如果葉片從特別陡的角度受到撞擊，轉子葉片將停止運轉。因此，轉子（zǐ）葉（yè）片需（xū）要（yào）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離。
轉子空氣（qì）動力學
為了解風在風電機的轉子葉（yè）片上的移動方式，我們將紅（hóng）色帶子綁（bǎng）縛在模型風電機（jī）的轉子葉片末端。黃色帶子距離軸（zhóu）的長度是葉（yè）片長度的四分之一。我們任由帶子在空氣中自由浮動。本頁（yè）的兩個圖片，其中一個是風電機的側視圖（tú），另一個使風電（diàn）機的正視圖。
大部分風電（diàn）機具有恒（héng）定轉速，轉子葉片末的轉速為64米/秒，在軸心部分轉（zhuǎn）速為（wéi）零。距軸心四（sì）分之一葉片長（zhǎng）度處的轉速為（wéi）16米/秒（miǎo）。圖（tú）中的黃色帶子比紅色帶子，被吹得更（gèng）加指向風電機的背部（bù）。這是顯而易見的（de），因為（wéi）葉片末端的轉（zhuǎn）速是（shì）撞擊風電機前部的風速的八倍。
風電（diàn）機結構
機艙：機艙包容著風電機的關鍵設備，包括（kuò）齒輪箱（xiāng）、發電機。維護人（rén）員可（kě）以通過風電機塔進入機艙。機艙左端是風電機轉子，即轉子葉（yè）片及軸。
轉子葉片：捉獲風，並（bìng）將風力傳送到轉子軸心。現代600千瓦風電機上，每個轉子葉片的測量長度大約為20米，而且被設計得很象飛機的機翼。
軸（zhóu）心（xīn）：轉（zhuǎn）子軸心附著在風電機的低速軸上。
低速軸：風（fēng）電機的低速軸將轉子軸心與齒輪箱連接在（zài）一起。在現代600千（qiān）瓦風電機（jī）上（shàng），轉子轉速相當慢，大約為19至30轉每分鍾。軸（zhóu）中有用於液壓係統的導管，來激發空氣（qì）動力閘的運行。
齒輪箱：齒輪箱左邊是低速軸，它可（kě）以將高速軸的（de）轉速提高至低速軸的50倍。
高速軸及其機械閘：高速軸以1500轉每分鍾運轉，並驅動（dòng）發電機。它（tā）裝備有緊急機械閘，用於空（kōng）氣動力閘失效時，或風電（diàn）機被維修時。
發電機：通常被稱為感應電機（jī）或異步（bù）發電機。在現代風電機上，最大電力輸出通常為500至1500千（qiān）瓦。
偏航裝置：借助電動機轉動機艙，以使轉子正對著風。偏（piān）航裝置由電子（zǐ）控製器操作（zuò），電子控製器可以通過風向標來感（gǎn）覺風向。圖中顯示了風（fēng）電（diàn）機偏航。通常（cháng），在風（fēng）改變其（qí）方向時，風電機一次隻會偏（piān）轉幾度。
電子控（kòng）製器：包含一台不斷監控風電機狀態的（de）計算機，並控製偏航裝置（zhì）。為（wéi）防（fáng）止任何故障（即齒輪箱或發電機的過熱），該控製器可以自動停止風電機的轉（zhuǎn）動（dòng），並通過電話調製解調器來呼叫風電機操作員。
液壓係統：用於（yú）重置風電機的空氣動力閘。
冷卻元件：包含一個風扇，用於冷卻發電機。此外，它包含一個油（yóu）冷卻元件（jiàn），用於（yú）冷卻（què）齒輪箱內的油。一些風電（diàn）機具有水（shuǐ）冷發電機。
塔（tǎ）：風電機塔載有機艙及轉子。通常高的塔具有優勢，因為離地麵（miàn）越高，風速越大。現代600千瓦風汽輪機的塔高為40至60米。它可以為管狀的塔，也可以是格子狀的塔。管狀的塔對（duì）於維修人員更為安全（quán），因為他們可以通過內部的梯子到達塔頂（dǐng）。格狀的塔（tǎ）的優點在於它比較便宜。
風速計及風向標（biāo）：用於測量風速及風（fēng）向（xiàng）。
風電機發電機
風電機發電（diàn）機將機械能轉（zhuǎn）化為電能。風電機（jī）上的發電機與你通常（cháng）看到的，電網（wǎng）上的發（fā）電設備相比，有（yǒu）點不同。原因是（shì），發電機需要在波動的機械能條件下運轉（zhuǎn）。
輸出電壓
大型風（fēng）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的變壓器（或（huò）在塔內），電壓被提高至一萬至三萬（wàn）伏，這取決於當地電網的標準。
大型製造商可以提供50赫茲風電機類型（用於世界大部分的電（diàn）網），或60赫茲類型（xíng）（用於美國電網）。
冷卻（què）係統
發電機在運轉時需要（yào）冷卻（què）。在大部分風電機上，發電（diàn）機被放置在管內，並使用（yòng）大型風扇來空冷（lěng）；一部分製造商采用水（shuǐ）冷。水冷發電機更加小巧，而且電效高，但這種方式需要（yào）在機艙內設置散（sàn）熱器，來消除液體冷卻係（xì）統產生（shēng）的（de）熱量。
啟動及停止（zhǐ）發電機
如果你通過彈開一個普（pǔ）通（tōng）開關，將大型風電機發電機（jī）與電網連接或解開（kāi），你很可能會損毀發電機、齒輪箱及鄰近電網。
發電機電網（wǎng）的設計
風電機可以使用同步（bù）或異步發（fā）電機（jī），並直接（jiē）或非直接地（dì）將發（fā）電機連接在電網上。直接電網連接指的是將發電機直接連接在交流電網上（shàng）。非直（zhí）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（wǎng）匹（pǐ）配。采用異步發電機，這個調節過程自動（dòng）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（shàng），轉子葉片設計師通常將葉片最遠端的部分（fèn）的橫切麵（miàn）設計得類似於正統飛機（jī）的機翼。但是（shì）葉片內端的厚輪廓，通常是專門為風電機設計的。為轉子葉片選擇輪（lún）廓涉及很多折衷的方（fāng）麵，諸如可靠的運轉與延時特性。葉片的輪廓設（shè）計，即使在表（biǎo）麵有汙垢時，葉片也（yě）可以運轉良（liáng）好。
轉子葉片的材質
大型風電機上的大（dà）部分轉子葉片用（yòng）玻璃纖維強化塑料（GRP）製造。采用碳纖維或芳族聚酰胺作為強化材料是另外（wài）一種選擇，但這種葉片對大型風電機（jī）是不經濟的。木（mù）材、環氧木材、或環氧木纖維合成物目前還沒有在轉子葉片市場出現（xiàn），盡管目前在這一領域已經有了發展。鋼及鋁合（hé）金分別存在重量及（jí）金屬疲勞等問題，他（tā）們目前隻用在小型風電機上。
風電機齒輪箱
為什麽要使用（yòng）齒輪箱？
風電機轉子旋轉產生的能（néng）量，通過主軸、齒輪箱（xiāng）及高速軸傳送到發電機。
為什麽要使用齒輪箱？為什麽（me）我們不能通過（guò）主軸直（zhí）接驅動（dòng）發電機？
如果我們使用普通發電機，並使用兩個、四個（gè）或六（liù）個電極直接連接在50赫茲交流三相電網上，我們將不得（dé）不使用轉速為1000至3000轉每分鍾的風（fēng）電機。對於43米轉子直徑的風電機，這意味著轉子末端的速（sù）度（dù）比聲速的兩倍（bèi）還要高。另外一（yī）種可能性是建造一個帶（dài）許多電極的交流發電機（jī）。但（dàn）如果你要將發電（diàn）機直接連在電網上，你需要使用200個電極的發電機（jī），來獲得30轉每分鍾的轉速。另外（wài）一個問題是，發電機轉子的質量需要（yào）與轉矩大小成比例。因此直接驅動的發電機會非常（cháng）重。
更低的轉矩，更（gèng）高的速（sù）度
使用齒輪（lún）箱，你可以將風電（diàn）機轉子上的（de）較低轉速、較高轉矩（jǔ），轉（zhuǎn）換（huàn）為用於發電機上（shàng）的較高轉速、較低轉矩。風電機上的齒輪箱，通常在轉子及發電（diàn）機（jī）轉速之間具（jù）有單（dān）一的齒輪比。對於600千瓦或750千瓦機器，齒輪比大約為1比50。
下圖顯示了用於風電機的（de）1.5兆瓦的（de）齒輪箱。這個齒輪箱有些不同尋常（cháng），因為（wéi）在高速點的兩個發電機上安裝有法（fǎ）蘭。右側安裝在發電機下的橙黃色（sè）配件，是液壓驅動的緊急（jí）盤狀刹車（chē）。在背景處你可（kě）以看到用於1.5MW風電機的機艙的（de）下半部分。
風電機偏航裝（zhuāng）置
風電機偏航裝（zhuāng）置用於將風電機轉子轉動到迎風的方向。
偏航誤（wù）差
當（dāng）轉子不垂直於風向時，風電（diàn）機存在偏航（háng）誤差。偏航誤差意味著，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（zhè）種（zhǒng）情況，偏航控製將（jiāng）是控製（zhì）向風（fēng）電機轉子電力輸入的極佳方式（shì）。但是，轉子靠近風源（yuán）的部分受到的（de）力比其它部分要大。一方麵，這意味著轉子傾向於自動對著風偏轉，逆風或（huò）順風的汽輪機都存（cún）在這種情況。另一方麵，這意（yì）味著葉片在轉子每一次（cì）轉（zhuǎn）動時，都（dōu）會沿著受力方向前後彎（wān）曲（qǔ）。存在偏（piān）航誤差的（de）風電機，與沿垂直於風（fēng）向偏（piān）航的風（fēng）電機相比，將承受更大的疲勞負載。
偏航機（jī）構
幾（jǐ）乎所有水平軸的風電機（jī）都會強迫偏航（háng）。即，使用一個帶有（yǒu）電動機及齒輪（lún）箱的（de）機構來（lái）保持風電機對著風偏轉。本圖顯示（shì）的是750千瓦風電機上的偏航機構。我們可以看到環繞（rào）外沿的偏航軸承，及內部偏（piān）航馬達及偏航閘的輪子。幾乎所有逆風設備的製（zhì）造商（shāng）都喜（xǐ）歡（huān）在不需要的情況下，停止（zhǐ）偏航機（jī）構。偏（piān）航（háng）機構由（yóu）電子控製器來（lái）激發。
電纜扭曲計數器（qì）
電纜用來將電流從風電機（jī）運載到（dào）塔下。但是當風電機偶然沿一個方向偏轉太長時間時，電纜將越來越扭曲。因此（cǐ）風電機配備（bèi）有電纜扭（niǔ）曲（qǔ）計數器，用於提醒操作員（yuán）應該將電纜（lǎn）解開了。類似於所有風電機上的安全機構，係統具有冗餘。風電機還會配備有拉動開關，在電纜（lǎn）扭（niǔ）曲太厲害時被（bèi）激發。
來源：電力圈
