Question

风力发电机中，为什么叶片越长，转速越慢？

Answer 1

叶片越长增加了本身的重量，领到功率有变化、
风 的 能 量 指 的 是 风 的 动 能 。 特 定 质 量 的 空 气 的 动 能 可 以 用 下 列 公 式 计 算 。
能 量 = 1/2 X 质 量 X ( 速 度 )^2
吹 过 特 定 面 积 的 风 的 的 功 率 可 以 用 下 列 公 式 计 算 。
功 率 = 1/2 X 空 气 密 度 X 面 积 X ( 速 度 )^3
其 中 ，
功 率 单 位 为 瓦 特 ；
空 气 密 度 单 位 为 千 克 / 立 方 米 ；
面 积 指 气 流 横 截 面 积 ， 单 位 为 平 方 米 ；
速 度 单 位 为 米 / 秒 。
在 海 平 面 高 度 和 摄 氏 15 度 的 条 件 下 ， 乾 空 气 密 度 为 1.225 千 克 / 立 方 米 。 空 气 密 度 随 气 压 和 温 度 而 变 。 随 著 高 度 的 升 高 ， 空 气 密 度 也 会 下 降 。
於 上 述 公 式 中 可 以 看 出 ， 风 的 功 率 与 速 度 的 三 次 方 〔 立 方 〕 成 正 比 ， 并 与 风 轮 扫 掠 面 积 成 正 比 。 不 过 实 际 上 ， 风 轮 只 能 提 取 风 的 能 量 中 的 一 部 分 ， 而 非 全 部 。
2) 风 力 发 电 机 的 工 作 原 理
现 代 风 力 发 电 机 采 用 空 气 动 力 学 原 理 ， 就 像 飞 机 的 机 翼 一 样 。 风 并 非 " 推 " 动 风 轮 叶 片 ， 而 是 吹 过 叶 片 形 成 叶 片 正 反 面 的 压 差 ， 这 种 压 差 会 产 生 升 力 ， 令 风 轮 旋 转 并 不 断 横 切 风 流 。
风 力 发 电 机 的 风 轮 并 不 能 提 取 风 的 所 有 功 率 。 根 据 Betz 定 律 ， 理 论 上 风 电 机 能 够 提 取 的 最 大 功 率 ， 是 风 的 功 率 的 59.6% 。 大 多 数 风 电 机 只 能 提 取 风 的 功 率 的 40% 或 者 更 少 。
风 力 发 电 机 主 要 包 含 三 部 分 ∶ 风 轮 、 机 舱 和 塔 杆 。 大 型 与 电 网 接 驳 的 风 力 发 电 机 的 最 常 见 的 结 构 ， 是 横 轴 式 三 叶 片 风 轮 ， 并 安 装 在 直 立 管 状 塔 杆 上 。
风 轮 叶 片 由 复 合 材 料 制 造 。 不 像 小 型 风 力 发 电 机 ， 大 型 风 电 机 的 风 轮 转 动 相 当 慢 。 比 较 简 单 的 风 力 发 电 机 是 采 用 固 定 速 度 的 。 通 常 采 用 两 个 不 同 的 速 度 - 在 弱 风 下 用 低 速 和 在 强 风 下 用 高 速 。 这 些 定 速 风 电 机 的 感 应 式 异 步 发 电 机 能 够 直 接 发 产 生 电 网 频 率 的 交 流 电 。
比 较 新 型 的 设 计 一 般 是 可 变 速 的 （ 比 如 Vestas 公 司 的 V52-850 千 瓦 风 电 机 转 速 为 每 分 钟 14 转 到 每 分 钟 31.4 转 ） 。 利 用 可 变 速 操 作 ， 风 轮 的 空 气 动 力 效 率 可 以 得 到 改 善 ， 从 而 提 取 更 多 的 能 量 ， 而 且 在 弱 风 情 况 下 噪 音 更 低 。 因 此 ， 变 速 的 风 电 机 设 计 比 起 定 速 风 电 机 ， 越 来 越 受 欢 迎 。
机 舱 上 安 装 的 感 测 器 探 测 风 向 ， 透 过 转 向 机 械 装 置 令 机 舱 和 风 轮 自 动 转 向 ， 面 向 来 风 。
风 轮 的 旋 转 运 动 通 过 齿 轮 变 速 箱 传 送 到 机 舱 内 的 发 电 机 （ 如 果 没 有 齿 轮 变 速 箱 则 直 接 传 送 到 发 电 机 ） 。 在 风 电 工 业 中 ， 配 有 变 速 箱 的 风 力 发 电 机 是 很 普 遍 的 。 不 过 ， 为 风 电 机 而 设 计 的 多 极 直 接 驱 动 式 发 电 机 ， 也 有 显 著 的 发 展 。
设 於 塔 底 的 变 压 器 （ 或 者 有 些 设 於 机 舱 内 ） 可 提 升 发 电 机 的 电 压 到 配 电 网 电 压 （ 香 港 的 情 况 为 11 千 伏 ） 。
所 有 风 力 发 电 机 的 功 率 输 出 是 随 著 风 力 而 变 的 。 强 风 下 最 常 见 的 两 种 限 制 功 率 输 出 的 方 法 （ 从 而 限 制 风 轮 所 承 受 压 力 ） 是 失 速 调 节 和 斜 角 调 节 。 使 用 失 速 调 节 的 风 电 机 ， 超 过 额 定 风 速 的 强 风 会 导 致 通 过 业 片 的 气 流 产 生 扰 流 ， 令 风 轮 失 速 。 当 风 力 过 强 时 ， 业 片 尾 部 制 动 装 置 会 动 作 ， 令 风 轮 刹 车 。 使 用 斜 角 调 节 的 风 电 机 ， 每 片 叶 片 能 够 以 纵 向 为 轴 而 旋 转 ， 叶 片 角 度 随 著 风 速 不 同 而 转 变 ， 从 而 改 变 风 轮 的 空 气 动 力 性 能 。 当 风 力 过 强 时 ， 叶 片 转 动 至 迎 气 边 缘 面 向 来 风 ， 从 而 令 风 轮 刹 车 。

Answer 2

我认为主要有以下几个方面原因：
1）为了使叶片能够充分吸收来自风的能量，保持一定叶尖速度与风速度之比在一定值附近，这样可以有效达到最佳效率
2）由于叶轮越长重量增大，如果转速过快惯性较大，如果紧急刹车对风机与塔架震动也很大。

当然我认为还是为了保持最佳叶尖与风速之比

Answer 3

接收的风能没有减少，由于惯性的作用，发电机的转速相对稳定

Answer 4

叶片越长,阻力越大,耗能越多