f1= P1×fn1

　　

ft= P2×fn2 + P1×fn1 （1）

　　式中：

ft——发电机 2 定子绕组输出的电流频率，与电网频率相同；

　　

P2——发电机 2 的极对数；

　　

fn2——发电机 2 的转子机械旋转频率；

　　

P1——发电机 1 的极对数；

　　

fn1——发电机 1 的转子机械旋转频率。

　　只要设计和控制好

P1，fn1，P2，fn2 这 4 个参数，完全可以使发电机 2 输出的电流

频率保持为电网频率或其他所需频率，这

4 个参数主要由变速机机械变速和改变发电机

极对数来实现。因此，利用发电机

2“合频”特性，通过变速机机械变速和改变发电机极对

数，可实现风速变化时风力机在多级风轮转速下能输出恒定频率的电能，以提高风能的

利用率。

由式（

1）知，增加电机极对数，可降低机械旋转频率，相应降低转子及齿轮转速，改

善润滑条件，减少维护费用。［

4］小功率的发电机 1 的额定功率约为发电机 2 额定功率

的

1/4，其电机极对数一般可以变化。当风速较小时，变速机只带动发电机 1 工作，发电

机

2 脱开与变速机的连接停止工作，发电机 1 发出的电流经控制系统切换，直接输到电

网或其他电路，由此提高了发电机发电效率，延长了大功率发电机

2 的寿命；当风速较

大（风机输入功率较大）时，

2 台发电机经变速机带动都发电工作，且发电机 1 发出的

电流经控制系统输入到发电机

2 的转子绕组电路进行“合频”，结合变速机机械变速、改

变电机极对数等方法，使风力发电装置输出的电流频率仍保持电网频率。

　　控制系统主要起到电流切换、改变电机极对数、控制发电机

1 输向发电机 2 的电流频

率等参数、控制发电机

2 转子电路电阻值等作用。改变电阻值可控制电机的滑差率，使得

风速及风轮转速在小范围变化时发电机发出的电流频率仍保持恒定［

4］。

　　二

 四级变速风力发电实例

　　设工作风速为

5.5m/s（启动风速）到 16.5m/s（较大风速），在启动风速 5.5m/s 处

叶轮转速为

100rpm 时叶轮当量叶尖速比为 4，此时风能利用率为最大（按 0.3 计），要