小型风力发电机组风轮侧偏调速的原理新解

　　当外界风速由V1 提高为V2 时，风轮轴线将会逆时针偏转一个γ 角。此时，一方面因风轮扫掠面积F 在垂直于风向上减小为F·COSγ，其输出功率相应地下降为COSγ 倍，转速不会发生波动，所以风轮叶片半径R 处的切向相对气流速度仍为W1R，而合成气流速度变为W2，其入流角变为Φ2，由图可知，Φ2>Φ1，而桨角θ 不变，所以气流的攻角α2>α1，在α2>αn（临界攻角）后，翼型表面的层流受到干扰由序流变为纹流，形成小的涡流，致使气流阻力增大，升力下降，气动效率明显下降，这就是翼型的失速效应。此时，风轮效率导致其功率明显下降而起到调节作用。
　　由图可知：风轮侧偏的角度γ 越大，其扫风掠面积在风向上的投影越小，采集能量也就越小；另一方面，因γ 角的增大使气流入流角随之增大，所以攻角α 越发增大，风轮的失速效应越加明显，效率进一步下降。此时两种调节功能互相叠加，调节效果更加明显，从而使风轮转速限定在允许的范围内而不会发生“飞车”损坏。只要将有关的结构参数，如风轮轴线与回转轴的偏心距e，尾舵重力距Mg 以及尾舵销轴的倾斜角β 选择恰当，这种风轮侧偏式调整速方式还是相当可靠的。这也是过去几十年中被小风电机组广泛采用的主要原因。

　　但是，这种调速方式也有其不可避免地缺陷。即对叶片的激振效应。由图可知，在风轮侧偏运行工况下，由于风轮旋转平面与风向之间存在着侧偏角γ，使得风轮叶片在旋转一周的过程中，其上每个叶素承受的风速是变化的，从而使叶片受到的气动压力是瞬时变化的，这种瞬时变化着的气动载荷就是使叶征发生振动的激振源，它将使叶片产生变频振动。当某一频率与塔架系统或尾舵系统的固有自振频率相近时就产生系统
　　瞬时共振。这就是侧偏或调速。风力发电机在侧偏运行工况下，容易发生不同程度地振动（抖动）的原因，这也是侧偏调整速方式不可避免的缺陷。