大多數風力發電機都是恒速，轉子葉片末端的速度是64m/s，軸心處的速度為零。距軸四分之壹葉片長度處的轉速為16米/秒，圖中黃色帶比紅色帶更偏向風力渦輪機的後部。這是顯而易見的，因為葉片尖端的旋轉速度是風速的八倍，風速沖擊風力發動機的前部。
為什麽轉子葉片是螺旋形的？
大型風力渦輪機的轉子葉片通常是螺旋形的。看轉子葉片，向葉片根部移動，直到到達轉子中心，妳會發現風是從壹個非常陡的角度進入的(比地面上通常的風向陡得多)。如果葉片從特別陡峭的角度受到撞擊，轉子葉片將停止運轉。因此，轉子葉片需要設計成螺旋形，以保證葉片後面的葉片邊緣在地面上沿著風向被推開。
風力發動機結構
機艙:機艙是風機的關鍵設備，包括齒輪箱和發電機。維護人員可以通過風力發電機塔架進入機艙。機艙的左端是風機的轉子，也就是轉子葉片和軸。
轉子葉片:捕捉風並將其傳輸到轉子軸。在現代600千瓦風力渦輪機中，每個轉子葉片的測量長度約為20米，其設計非常像飛機的機翼。
軸:轉子的軸附在風力發電機的低速軸上。
低速軸:風力發電機的低速軸連接轉子軸心和齒輪箱。在現代600千瓦的風力渦輪機中，轉子速度相當慢，大約每分鐘19到30轉。豎井中有壹個用於液壓系統的導管，以啟動氣動制動器的操作。
齒輪箱:齒輪箱的左側是低速軸，可以將高速軸的轉速提高到低速軸的50倍。
高速軸及其機械制動:高速軸以1500轉/分的轉速運轉，驅動發電機。它配有壹個緊急機械制動器，當氣動制動器失效或風力發動機修理時使用。
發電機:通常稱為感應電動機或異步發電機。在現代風力渦輪機上，最大功率輸出通常是500到1500 kW。
偏航裝置:借助電機旋轉機艙，使轉子迎風。偏航裝置由電子控制器操作，可以通過風向標感知風向。該圖示出了風力渦輪機的偏航。通常，當風改變方向時，風力發動機每次只會偏轉幾度。
電子控制器:包括壹臺持續監控風力渦輪機狀態並控制偏航裝置的計算機。為了防止任何故障(即齒輪箱或發電機過熱)，控制器可以自動停止風力發動機的旋轉，並通過電話調制解調器呼叫風力發動機操作員。
液壓系統:用於復位風電機的氣動剎車。
冷卻元件:包括用於冷卻發電機的風扇。此外，它還包括壹個油冷卻元件，用於冷卻齒輪箱中的油。壹些風力渦輪機有水冷發電機。
塔架:風力渦輪機塔架承載發動機室和轉子。通常高塔是有優勢的，因為離地面越高，風速越大。現代600 kW風力發電機的塔架高度為40至60米。它可以是管狀塔或格子塔。管狀塔對維護人員來說更安全，因為他們可以通過內部梯子到達塔頂。格子塔的好處是更便宜。
風速計和風向標:用於測量風速和風向。
風力發電機
風力發電機將機械能轉化為電能。風力發電機上的發電機和妳平時在電網上看到的發電設備有點不壹樣。原因是發電機需要在機械能波動的情況下運行。
輸出電壓
大型風力發電機組(100-150 kW)通常產生690伏的三相交流電。然後電流經過風機旁邊(或者塔內)的變壓器，電壓提升到1萬到3萬伏，具體看當地電網的標準。
大型廠商可以提供50 Hz的風力發電機組(世界上大多數電網都使用)或者60 Hz的風力發電機組(美國電網使用)。
冷卻系統
發電機運轉時需要冷卻。在大多數風力渦輪機中，發電機放置在管道中，大型風扇用於空氣冷卻。壹些制造商使用水冷卻。水冷式發電機體積更小，電效率更高，但這種方法需要在機艙中安裝散熱器，以消除液冷系統產生的熱量。
啟動和停止發電機
如果妳通過扳動壹個普通開關來連接或斷開大型風力渦輪發電機與電網的連接，妳很可能會損壞發電機、齒輪箱和相鄰的電網。
發電機電網設計
風力渦輪機可以使用同步或異步發電機，並直接或間接將發電機連接到電網。直接並網是指發電機直接連接到交流電網。間接並網是指風力發電機組的電流通過壹系列電力設備，並進行調整以與電網相匹配。使用異步發電機，這個調整過程是自動完成的。
轉子葉片
轉子葉片輪廓(橫截面)
風力渦輪機的轉子葉片看起來像飛機的機翼。事實上，轉子葉片設計師通常將葉片最遠部分的橫截面設計為類似於正統飛機的機翼。然而，葉片內端的厚輪廓通常是專門為風力渦輪機設計的。為轉子葉片選擇輪廓涉及許多權衡，例如可靠的操作和延遲特性。鏟刀的輪廓設計使鏟刀即使在表面有灰塵時也能正常工作。
轉子葉片材料
大多數大型風力渦輪機的轉子葉片由玻璃纖維增強塑料(GRP)制成。使用碳纖維或芳綸作為增強材料是另壹種選擇，但這種葉片對於大型風力發電機來說並不經濟。木材、環氧木材或環氧木纖維復合材料尚未出現在轉子葉片市場上，盡管它們已經在該領域得到發展。鋼和鋁合金存在重量和金屬疲勞等問題，目前只在小型風機上使用。
風力渦輪機齒輪箱
為什麽要用變速箱？
風力發電機轉子旋轉產生的能量通過主軸、齒輪箱、高速軸傳遞給發電機。
為什麽要用變速箱？為什麽不能直接通過主軸驅動發電機？
如果我們使用普通發電機，使用兩個、四個或六個電極直接連接到50 Hz交流三相網絡，我們將不得不使用轉速為1000至3000 rpm的風力發動機。對於轉子直徑為43米的風力渦輪機來說，這意味著轉子末端的速度是音速的兩倍以上。另壹種可能性是制造壹個有許多電極的交流發電機。但是如果妳想將發電機直接連接到電網，妳需要使用壹個有200個電極的發電機，以獲得每分鐘30轉的速度。另壹個問題是發電機轉子的質量需要與轉矩成比例。因此，直驅發電機會很重。
更低的扭矩，更高的速度
使用齒輪箱，您可以將風力渦輪機轉子上的較低速度和較高扭矩轉換為發電機上使用的較高速度和較低扭矩。風力渦輪機的齒輪箱通常在轉子和發電機速度之間具有單壹傳動比。對於600千瓦或750千瓦的機器，傳動比約為1比50。
下圖為風力發電機組的1.5 MW齒輪箱。這個變速箱有點不尋常，因為法蘭安裝在兩個高速的發電機上。安裝在發電機下方右側的橙色配件是由液壓驅動的緊急盤式制動器。在背景中，您可以看到1.5MW風力渦輪機的機艙的下半部分。
風力渦輪機偏航裝置
風力發電機的偏航裝置用於將風力發電機的轉子旋轉到迎風方向。
偏航誤差
當轉子不垂直於風向時，風力發電機存在偏航誤差。偏航誤差意味著風中只有壹小部分能量可以在轉子區域流動。如果僅發生這種情況，偏航控制將是控制風力渦輪機轉子的功率輸入的極好方式。然而，轉子靠近風源的部分比其他部分受到更大的力。壹方面，這意味著轉子傾向於自動逆風偏轉，逆風和順風渦輪機都是這種情況。另壹方面，這意味著每次轉子轉動時，葉片都會沿著受力方向來回彎曲。具有偏航誤差的風力渦輪機將比那些偏航垂直於風向的風力渦輪機承受更多的疲勞載荷。
偏航機構
幾乎所有水平軸風力渦輪機都將被迫偏航。也就是說，具有馬達和齒輪箱的機構用於保持風力馬達逆風偏轉。這張圖是750 kW風力發電機的偏航機構。我們可以看到偏航軸承周圍的外部邊緣，以及內部偏航電機和偏航制動器的車輪。幾乎所有逆風設備的制造商都喜歡在不必要的時候停止偏航機構。偏航機構由電子控制器激勵。
電纜扭曲計數器
電纜用於將電流從風力渦輪機輸送到塔的底部。然而，當風力渦輪機向壹個方向偏轉太長時間時，電纜會變得越來越扭曲。因此，風力渦輪機配備有電纜扭轉計數器，以提醒操作者應該解開電纜。類似於所有風力渦輪機的安全機制，該系統是冗余的。風力發動機還將配備壹個拉線開關，當電纜扭曲過度時，該開關將被激活。
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