4.1垂直轴风力发电机分类及原理解析
垂直轴发电机原理
垂直轴发电机原理
垂直轴发电机是一种将风能转化为电能的装置，其原理是利用风的动力来旋转发电机转子，从而产生电能。
相较于传统的水平轴风力发电机，垂直轴发电机具有许多独特的优势，如更少的维护需求、更高的效率和更好的稳定性。
首先，让我们深入了解垂直轴发电机的原理。
当风吹向垂直轴发电机的叶片时，风力将叶片推转，使得转子旋转。
这种旋转运动进一步驱动发电机中的磁场和线圈，从而产生电流。
与水平轴发电机不同，垂直轴发电机无需调整角度以捕捉最佳风能，因为它们在任何风向条件下都能够工作。
垂直轴发电机的独特之处在于其高效性和稳定性。
由于垂直轴发电机在风向变化时能够快速响应，因此它们能够更好地捕获风能，从而提高发电效率。
此外，垂直轴发电机具有自我保护机制，可以在风速过高时自动停机，以避免过度磨损和潜在的机械故障。
垂直轴发电机的应用场景广泛。
由于其高效性和稳定性，它们在风能丰富的地区如山区和海岛等地被广泛应用。
此外，垂直轴发电机还具有体积小、结构紧凑的优点，因此它们适用于各种规模的项目，从家庭供电到大型风电场都可以应用垂直轴发电机。
总的来说，垂直轴发电机是一种高效、稳定且可靠的发电方式，能够有效地将风能转化为电能。
随着技术的不断发展和完善，相信垂直轴发电机在未来会发挥越来越重要的作用，为人类提供更清洁、可持续的能源解决方案。
垂直轴风力发电机
垂直轴风力发电机垂直轴风力发电机是一种利用风能产生电能的装置。
相比于传统的水平轴风力发电机，它在结构上有所不同，能够应对风速变化较大的情况。
本文将从垂直轴风力发电机的原理、特点及应用领域等方面进行探讨。
垂直轴风力发电机利用风能产生动力，并将其转化为电能。
它的主要组成部分包括风轮、轴承、发电机和塔架。
当风吹过风轮时，风轮受到风力的作用而旋转，通过传动装置将其转动的动力传递给发电机。
发电机将机械能转化为电能，并通过输电线路将其传输出去。
垂直轴风力发电机具有一些独特的特点。
首先，它的风轮安装在垂直的轴线上，可以接收来自任何方向的风。
这使得垂直轴风力发电机在面对风向变化较大的地区时具有一定的优势。
其次，垂直轴风力发电机的结构相对简单，不需要跟踪风向，维护成本较低。
此外，垂直轴风力发电机的噪音和振动较低，对环境的影响较小。
垂直轴风力发电机的应用领域非常广泛。
首先，它可以被用于城市居民区、工业区和农村地区等各种地方。
由于垂直轴风力发电机的噪音和振动较低，可以减少对居民生活的干扰。
其次，垂直轴风力发电机可以用于海上风电场的建设。
相比于水平轴风力发电机，垂直轴风力发电机在海上的稳定性更强，能够应对较大的海浪和风力。
此外，垂直轴风力发电机还可以用于偏远地区的电力供应，解决电力短缺问题。
尽管垂直轴风力发电机在特定的应用场景中表现出色，但它也存在一些挑战需要克服。
首先，相比于水平轴风力发电机，垂直轴风力发电机的效率较低。
由于受到来自各个方向的风力，风能的利用效率相对较低。
其次，垂直轴风力发电机的装置相对较大，需要占用较大的空间。
这限制了它在城市区域的应用，需要更多的土地资源。
为了克服这些挑战，研究者们正在不断改进垂直轴风力发电机的技术。
他们致力于提高垂直轴风力发电机的风能利用效率，减小其装置的体积。
一些创新的设计和材料正在被应用于垂直轴风力发电机中，以提高其性能和可靠性。
总结起来，垂直轴风力发电机作为一种利用风能产生电能的装置，在特定的应用场景中具有一定的优势。
垂直轴风力发电机
垂直轴风力发电机1. 简介垂直轴风力发电机是一种利用风能转化为电能的装置。
相比于传统的水平轴风力发电机，垂直轴风力发电机具有更高的稳定性和适应性，因此在一些特定的环境中更为适用。
本文将介绍垂直轴风力发电机的工作原理、结构特点以及其在可再生能源领域的应用。
2. 工作原理垂直轴风力发电机的工作原理基于风能与叶片之间的相互作用。
当风经过发电机的叶片时，叶片会受到风力的作用而转动。
叶片的转动通过轴传递给发电机，发电机则将机械能转化为电能。
垂直轴风力发电机与水平轴风力发电机不同的是，其叶片布置在一个垂直的轴上。
相比于水平轴风力发电机，垂直轴风力发电机具有以下几个优势： - 不受风向限制：垂直轴风力发电机可以利用从任意方向吹来的风，而不需要朝向风向。
- 高稳定性：由于叶片布置在垂直轴上，垂直轴风力发电机在转动时不受风力方向的影响，稳定性更高。
- 适应性强：垂直轴风力发电机对风速和风向的变化能力更强，适应性更好。
3. 结构特点垂直轴风力发电机的结构特点如下：3.1 叶片设计垂直轴风力发电机的叶片由多个独立的薄片组成，这样可以提高风力的吸收效率。
叶片通常呈弯曲形状，以增加风力对叶片的作用面积。
同时，叶片的材料选择也非常重要，常见的材料包括纤维复合材料、铝合金等。
3.2 主轴和轴承系统主轴是垂直轴风力发电机的关键组成部分，承载着转动的叶片和发电机部件。
主轴一般采用高强度的金属材料，以确保结构的强度和稳定性。
轴承系统负责支撑和减少主轴的摩擦，常见的轴承类型包括滚动轴承和滑动轴承。
3.3 发电机部件垂直轴风力发电机的发电机部件主要由发电机和控制系统组成。
发电机将转动的机械能转化为电能，通常采用的是三相异步发电机。
控制系统负责监测和调节发电机运行状态，包括风速、电压等参数的监测和调节。
4. 应用领域垂直轴风力发电机在可再生能源领域有广泛的应用，以下是几个常见的应用领域：4.1 农村和偏远地区垂直轴风力发电机适应性强，可以利用不稳定的风力资源。
垂直风力机原理
垂直风力机原理
垂直轴风力发电机的工作原理是利用风能来使风轮旋转，从而带动发电机转动，最终将风能转化为电能。
当风吹过风轮时，风能的作用力使风轮旋转，旋转的动力通过传动系统传递到发电机中，从而带动发电机转动。
发电机将机械能转化为电能，通过电缆输送到电网中，为人们提供清洁、可再生的电力能源。
垂直轴风力发电机主要由倾斜轴、碟片叶片、偏心轴机构、齿轮传动、直流交流发电机组成。
风筒，倾斜轴，是发电机的主要组件，用于将风送入发电机腔内，它的位置偏转起重要作用，是决定发电机的转动情况的重要因素。
碟片叶片由多个平行面构成，设置在倾斜轴的两端，它负责吸收风力，使风能转为机械能。
偏心轴用于连接碟片叶片和齿轮，它实现风力传动到传动机构，从而不断推动齿轮转动，转动减速器，最后提供驱动力给直流两相异步式发电机，实现电能的输出。
垂直轴风力发电机有多种类型，其中利用平板和杯子做成的风轮属于纯阻力装置；S型风车具有部分升力，但主要还是阻力装置。
这些装置有较大的启动力矩，但尖速比低，在风轮尺寸、重量和成本一定的情况下，提供的功率输出低。
以上内容仅供参考，可以阅读垂直轴风力发电机的构造和原理以获取更多专业信息。
风力发电机分类及特点分析
齿轮箱
DFIG
电网
转子侧 变换器
网侧 变换器
双馈式变速恒频风力发电系统结构框图
电气工程与自动化学院
第三章 风力发电
3）运动部件少，由磨损等引起的 故障率很低，可靠性高。
4）采用全功率逆变器联网，并网、 解列方便。
5）采用全功率逆变器输出功率完 全可控，如果是永磁发电机则 可独立于电网运行。
缺点是： 由于直驱型风力发电机组 没有齿轮箱，低速风轮直接 与发电机相连接，各种有害 冲击载荷也全部由发电机系 统承受，对发电机要求很高。 同时，为了提高发电效率， 发电机的极数非常大，通常 在100极左右，发电机的结构 变得非常复杂，体积庞大， 需要进行整机吊装维护。
风力发电机分类及特点
李少龙
第三章 风力发电
课件
2020/3/3
了解风力发电机的分类 双馈式和直驱式风力发电机介绍
电气工程与自动化学院
第三章
课件
按照风轮形式分类
风力发电
2020/3/3
（1）垂直轴风力发电机组
垂直轴风轮按形成转矩的机理分为阻力型和升力型。 阻力型的气动力效率远小于升力型，故当今大型并网型垂 直轴风力机的风轮全部为升力型。
直驱式风力发电系统大多都使用永磁同步发电机发电，无需励磁 控制，电机运行速度范围宽、电机功率密度高、体积小。随着永磁 材料价格的持续下降、永磁材料性能的提高以及新的永磁材料的出 现，在大、中、小功率、高可靠性、宽变速范围的发电系统中应用 的越来越广泛。
垂直轴风力机
垂直轴风力发电机垂直轴风力发电机在风向改变的时候无需对风，在这点上相对于水平轴风力发电机是一大优势，它不仅使结构设计简化，而且也减少了风轮对风时的陀螺力。
垂直轴风力发电机的分类尽管风力发电机多种多样，但归纳起来可分为两类：①水平轴风力发电机，风轮的旋转轴与风向平行；②垂直轴风力发电机，风轮的旋转轴垂直于地面或者气流方向。
利用阻力旋转的垂直轴风力发电机有几种类型，其中有利用平板和被子做成的风轮，这是一种纯阻力装置；S型风车，具有部分升力，但主要还是阻力装置。
这些装置有较大的启动力矩，但尖速比低，在风轮尺寸、重量和成本一定的情况下，提供的功率输出低。
达里厄式风轮是法国G.J.M达里厄于19世纪30年代发明的。
在20世纪70年代，加拿大国家科学研究院对此进行了大量的研究，现在是水平轴风力发电机的主要竞争者。
达里厄式风轮是一种升力装置，弯曲叶片的剖面是翼型，它的启动力矩低，但尖速比可以很高，对于给定的风轮重量和成本，有较高的功率输出。
现在有多种达里厄式风力发电机，如Φ型，Δ型，Y型和H型等。
这些风轮可以设计成单叶片，双叶片，三叶片或者多叶片。
其他形式的垂直轴风力发电机有马格努斯效应风轮，他由自旋的圆柱体组成，当它在气流中工作时，产生的移动力是由于马格努斯效应引起的，其大小与风速成正比。
有的垂直轴风轮使用管道或者漩涡发生器塔，通过套管或者扩压器使水平气流变成垂直气流，以增加速度，偶写还利用太阳能或者燃烧某种燃料，是水平气流变成垂直方向的气流。
垂直轴风力发电机发展垂直轴风力发电机——使风电建筑一体化成为可能风力发电和太阳能发电一样，最初是为了解决应急电源和边远地区供电而开发出来的产品，因而在最初发展并不是很快。
到了上个世纪二、三十年代，全球经济危机带来的能源紧张，让世界各国的专家想到了以风力发电作为补充能源的可行性。
第二次世界大战后，各国纷纷进行研究，由于当时的技术水平较差，启动风速要求较高，发电噪音也很大，所以只能将风力发电机放在人迹罕至的地方或风力较大的地方。
垂直轴风力发电机
萨渥纽斯型
总结词
萨渥纽斯型垂直轴风力发电机是一种高效的风力发电机，其 设计独特，能够捕获更多的风能，适合在高风速环境下运行 。
详细描述
萨渥纽斯型垂直轴风力发电机采用类似于空气动力学翼型的 结构，能够有效地将风能转化为机械能。这种类型的发电机 通常适用于风速较高的地区，因为它能够以更高的转速产生 更多的电力。
水平轴风力发电机
设计相对复杂，需要较高的塔架支撑 ，但发电效率较高。
性能与效率比较
垂直轴风力发电机
在低风速下具有较高的发电效率，适 用于风力资源较为分散的地区。
水平轴风力发电机
在高风速下发电效率更高，适用于风 力资源丰富的地区。
THANKS
谢谢您的观看
总结词
霍尔茨曼型垂直轴风力发电机是一种具有独特设计风格的风力发电机，其外观美观，适合作为景观装 置使用。
详细描述
霍尔茨曼型垂直轴风力发电机采用类似于艺术装置的结构设计，外观美观，能够与周围环境相融合。 这种类型的发电机通常适用于城市、公园等需要景观装置的场所，不仅能够提供电力，还能够美化环 境。
03
许多国家和地区出台政策 支持可再生能源的发展， 为垂直轴风力发化
未来垂直轴风力发电机将更加智 能化和自动化，提高发电效率和
可靠性。
海上风电
随着海上风电技术的成熟，垂直轴 风力发电机在海上风电领域的应用 将逐渐增多。
融合多种能源
垂直轴风力发电机将与其他可再生 能源技术相结合，形成多能互补的 能源系统，提高能源利用效率和稳 定性。
02
发电机产生的电能通过电缆传输 到电网或直接供给用户使用。
历史与发展
起源
垂直轴风力发电机的研究始于20 世纪初，但直到近年来才得到广
垂直轴风力发电机基础清单
垂直轴风力发电机基础清单垂直轴风力发电机基础清单作为一种新兴的可再生能源，风力发电越来越受到全球范围内的关注和重视。
与传统的水平轴风力发电机相比，垂直轴风力发电机因其独特的结构和工作原理而备受瞩目。
本文将深入探讨垂直轴风力发电机，并提供一份基础清单，旨在帮助读者全面了解、理解和应用这一创新技术。
一、垂直轴风力发电机的基本概念1.1 垂直轴风力发电机是什么？垂直轴风力发电机（Vertical Axis Wind Turbine，简称VAWT）是一种通过风能转换为电能的装置。
与传统的水平轴风力发电机不同，VAWT的主要特点是其旋转轴线垂直于地面，而非平行于地面。
1.2 垂直轴风力发电机的工作原理VAWT利用风能驱动叶片旋转，通过转动的动力传递系统将机械能转化为电能。
其工作原理与水力发电机类似，但替代了水流，使用了风能作为输入。
二、垂直轴风力发电机的优势和应用领域2.1 垂直轴风力发电机的优势（1）适应性强：相比于水平轴风力发电机，VAWT在风向和风速的变化中表现更为稳定，适应性更强。
（2）低空中阻力小：VAWT的叶片在低空中布局，可以更好地利用近地风资源，减小了建筑物和地形对风能利用的干扰。
（3）直立式结构：垂直轴风力发电机具有直立式结构，便于安装、维护和检修。
2.2 垂直轴风力发电机的应用领域（1）城市环境：由于VAWT的适应性强和低空中阻力小的特点，它可以在城市环境中进行广泛应用，如楼宇、公共设施等。
（2）离网电力供应：VAWT可以作为离网电力供应的可行解决方案，将风能转化为电能，满足偏远地区的电力需求。
三、垂直轴风力发电机基础清单在进行垂直轴风力发电机项目时，以下基础清单是必不可少的：3.1 地勘和环境评估：在选择竖轴风力发电机安装位置前，必须进行地质勘察和环境评估，以确保地质条件和环境环境适合风力发电设备的安装。
3.2 设备选择和采购：根据项目需求和场地条件，选择合适的垂直轴风力发电机设备，并与供应商协商采购事宜。
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风力发电原理 主编及制作：刘赟
第四章
垂直轴风力发电机组
屏障平板式风力机对风的利用效率不高，在叶尖速比为0.2至0.6时出力最 大。由于结构简单，增速箱与发电机可安装在地面，方便安装维护，适合在小 型风电应用。
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第四章
垂直轴风力发电机组
平板摆转式风力机
如图是平板摆转式风力机的叶片，在叶片一边有轴，把6个叶片装在风轮 支架上，叶片可绕叶片轴旋转，在风轮支架上有挡杆限止叶片的转动角度。风 轮支架中心是风轮轴。
第四章
垂直轴风力发电机组
平板摆转式风 力机在较低风速时 也能旋转，能较好 的利用风的阻力， 在阻力型风力机中 效率算高的，在叶 尖速比λ值为0.2至 0.6时出力最大， 增速箱与发电机可 安装在地面，方便 安装维护。机械磨 损与噪声是平板摆 转式风力机的缺点 ，但随着材料与结 构的改进，可在中 小型风力机中得到 应用。
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第四章
垂直轴风力发电机组
以半球为例，当风吹到半球凹面一侧，c值为1.33，当风
吹到半球凸面一侧时，c值为0.34。对于柱面，当风吹向凹
面和凸面时，系数c分别为2.3和1.2。由于组成风轮的叶片 不对称性和空气阻力的差异，风对风轮的作用就形成了绕 转轴的驱动力偶，整个风轮随即转动。
某风力机的性能曲线
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如果在轴的一侧装上挡风的屏障，在挡风屏障一侧的风将绕屏障外面通过，不 对叶片产生推力；而另一侧接受风的推力，叶片转子就会旋转。
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第四章
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屏障平板式风力机
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垂直轴风力发电机组
屏障平板式风力机
当风向变化时，为了保证屏障总在转子逆风一面，屏障必须是可绕轴旋转 的。在屏障后侧装上尾舵。安有尾舵的屏障可保证在任何风向下叶片转子都朝 一个方向旋转。
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第四章
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风杯式风力机
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第四章
垂直轴风力发电机组
利用叶片在顺风和逆风时受风面形状不同而产生不 同的阻力系数，来驱动风轮旋转的风力机。
1 T1 SVC 2
逆风阻力：其中ρ——空气密度 S——风轮迎风面积 V——来流风速 C——空气动力系数
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风杯式风力机
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S型的Savonius风力机 S型风力机是阻力型风力机中的经典型式，当风吹向 叶轮时，由于叶片迎风面形状不同，有F1> F2，产生力矩M， 驱动风轮做逆时针方向旋转(俯视情况下)。
S 型 风 力 机 外 形
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第四章
垂直轴风力发电机组
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第四章
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阻力型风力机的风能利用系数 较低，故很少用于发电。转速决定 了输出功率的大小，风轮只有在最 佳转速下才能获得最佳风力机输出 功率，如图所示，给出了某阻力型 风轮的功率输出与叶尖速比的关系 曲线。图中可以看出，叶尖速比为 0.4时，输出功率最大；叶尖速比 0.3~0.4为高效运行区域。
第四章
垂直轴风力发电机组
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第四章
一、分类
垂直轴风力发电机组
§4.1垂直轴风力机的类型
阻力型
按照空气动力学 工作原理分为
升力型 1、阻力型垂直轴风力机 阻力型风力机是由于风力机的叶片在迎风方向形状 不对称，引起空气阻力不同，从而产生一个绕中心轴的 力矩，使风轮转动。杯式风速计是最简单的阻力型垂直 轴风力机。
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垂直轴风力发电机组
当风吹向风叶转子时，在上侧的叶片顺风摆动，对风不产生阻力；在下侧 的叶片在风力作用下，转向挡杆限定的位置，并继续受到风力的作用，于是风 轮就旋转起来。
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屏障平板式风力机
如图是屏障平板式风力机的叶片转子（风轮），在转轴上分布着六个平 板叶片，风轮转轴与地面垂直。当风吹向风叶转子时，转子并不会旋转，因 为风在转子两侧的阻力相同
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屏障平板式风力机