二、機械能轉化為電能

機械能轉化為電能這一過程由發電機實現。風力發電機利用電磁感應原理將風輪傳來的機械能轉換成電能。

發電機分為異步發電機和同步發電機兩種，風力發電機組中的發電機一般采用異步發電機。異步發電機的轉速取決于電網的頻率，只能在同步轉速很小的范圍內變化。

當風速增加時，齒輪箱高速輸出的軸轉速達到異步發電機同步轉速時，風力發電機并入電網，向電網送電。風速繼續增加，發電機轉速也略微升高，增加輸出功率。達到額定風速后，由于風輪的調節，穩定在額定功率不再增大。反之，風速減小，發電機轉速低于同步轉速時，則從電網吸收電能，處于電動機狀態，經過適當延時后脫開電網。

對于定槳距風力發電機，一般還采用單繞組雙速異步發電機，如從4級1500r/min變為6級1000r/min。但是這種發電機仍然可以看做是基本上恒定轉速的，這一方案不僅解決了低功率時電機的效率問題，而且改善了低風速時的葉尖速比，提高了風能利用系數，并降低了運行時的噪聲。由于同樣考慮，一些變槳距風力發電機也使用雙速發電機。

普通異步發電機結構簡單，可以直接并入電網，無需同步調節裝置，但風輪轉速固定后效率較低，而且在交變的風速作用下，要承受較大的載荷。為了克服這些不足之處，相繼開發了高滑差異步發電機和變轉速雙饋異步發電機。

同步發電機的并網一般有兩種方式：一種是準同期直接并網，這種方法在大型風力發電機中極少使用；另一種是交-直-交并網。

近幾年來，由于大功率電子元器件的快速發展，變速恒頻風力發電機得到了迅速的發展，同步發電機在風力發電機中得到了廣泛的應用。

為了減少齒輪箱的傳動損失和發生故障的概率，有的風力發電機采用風輪直接驅動同步多級發電機，又稱無齒輪箱風力發電機，其發電機轉速與風輪相同而隨著風速變化，風輪可以轉換更多的風能，所承受的載荷穩定，減輕了部件的重量。缺點是發電機結構復雜，制造工藝要求高，且需要交流裝置才能與電網頻率同步，經過轉換又損失了能量。

習　　題

1.根據貝茨理論，風輪的風能利用系數理論上的最大值為　　　　　　　。

2.風能利用系數的定義是什么？

3.什么是葉尖速比？