风力发电机设计和制造是一项复杂的过程，涉及到多个关键参数的设定和优化。在这个课程设计中，我们关注的主要知识点包括风力发电机的总体参数设计、功率曲线的构建、风轮的几何尺寸、叶尖速比、叶片数的选择、功率控制方式以及制动系统的形式。
1. **总体参数设计**：
- 额定功率：3.5MW，这是风力发电机在正常运行条件下能够连续输出的最大功率。
- 设计寿命：20年，这是确保风力发电机在长期使用中保持可靠性的标准期限。
- 切入风速和切出风速：分别设定为3m/s和25m/s，以保护发电机在低风速下免受损害并在高风速时自动停机。
- 额定风速：12m/s，这是发电机达到最大功率的风速。
2. **风轮直径和扫掠面积**：
- 根据风力发电机的额定功率，通过风能利用系数（Cp）和空气密度等计算风轮直径，得出D=104m。
- 扫掠面积A等于πD²/4，此处A=84824平方米。
3. **功率曲线**：
- 描述了风力发电机的功率输出随风速变化的关系，通常符合马尔可夫过程的随机特性。
- 利用特定的风速步长，计算不同风速下的功率，通过Excel可以绘制出静态风功率曲线，如图1所示。
4. **风轮额定转速**：
- 叶尖速比一般在6至8之间，通过Cp-Cp曲线确定最优值，此处取7.5，然后计算风轮的额定转速。
5. **叶片数**：
- 通常选择3叶片设计，因为它能提供较好的平衡、效率、美学效果、较低噪声和简单的轮毂结构。
6. **功率控制方式和制动系统**：
- 采用主动变桨距控制，通过调整叶片角度来控制发电机功率。
- 制动系统包括气动刹车作为第一制动，高速轴机械刹车作为第二制动，用于紧急停机。
7. **风力机等级**：
- 根据IEC标准，选择了等级为IECIIIA的风力机，适应特定的湍流特性和风速条件。
通过这些参数的设定和优化，风力发电机能够在各种风况下高效、安全地工作。这个课程设计涵盖了风力发电技术的基础知识，为理解和设计风力发电系统提供了理论基础。
