将风能转换为机械能的动力装置。传统的风力机称为风车，其发明和应用有悠久的历史。早在1800年前的中国汉代就用以提水灌溉农田，6世纪中期波斯、阿富汗也有用风车抽水、磨面，19世纪中期荷兰使用的风车达到9000台。在传统风车的基础上，经过改进设计，产生了各种型号的低速、高速现代风力机。

风力机通常分为水平轴和垂直轴两大类。水平轴类型有传统风车、低速风力机（图1）和高速风力机（图2）三种。传统风车笨重、效率低，已不采用。垂直轴风力机的类型有风杯式（用于风速表）拉仿特（Lafond）风轮、S形风轮、屏障式风力机、平板翼片风轮、旋转翼片风力机和达里厄风力机（亦称Φ型）等。其他类型还有手动或滚带式风力机和摆动式风力机。使用最多的是水平轴低速风力机和高速风力机。达里厄垂直轴风力机结构简单，成本低，但起动困难，现为各国所重视，正在研究开发中。

图1 低速风力机

图2 高速风力机

风力机是利用风的动能而工作的。一定速度的风在通过一定的风轮截面时，风轮后的风速降低，但不可能降为零；若为零，表示风已无法通过风轮。根据理论推导，在稳定的风速下，风轮后的风速是来风的1/3时，风轮吸取风能可产生最大功率为：

风力机

式中 P_max为风轮可产生的最大功率（瓦）；ρ为空气密度（千克/米³）；A为风轮截面积（米²）；v为风速（米/秒）；C_p为功率系数，最大值C_p（max）＝0.593，实际风力机的功率系数都低于此值。

风轮是吸收风能后旋转产生功的部件。它是由一定数量和一定长度的风翼组成的。风轮旋转是由于气流通过翼面时，翼上部的风速比下部快，因而上部压力低于下部压力，产生了力F（图3）。F可分解为垂直于气流的分力F_e和平行于气流的分力F_d。F_e为升力，使风翼旋转运动。F_d为阻力。因此，风翼的断面形状和迎角i（翼弦与风向的夹角）对风轮的运动有很大影响。

图3 翼面

每台风力机在风能作用下，风翼旋转便产生功率（P）和扭矩（Q）。功率、扭矩和风翼转速（Ω）的关系示为风力机的动力特性。对于各个不同的稳定风速，经试验绘制成特定风机的动力特性曲线，如图4和图5所示。

图4 不同风速时，风力机的功率特性曲线

由图可知：①最大功率随风速增加而增加，如图5上的虚线3所示。②最大扭矩随风速增加而增加，如图6上的虚线2所示。③同一风速下风机最大扭矩时的风翼转速将低于最大功率时风翼的转速，如图5上风速为v₄时的3点和2点。2点为最大扭矩的点，即此曲线上所得最大斜率的点。功率、扭矩和转速之间将有如下的关系：

风力机

图5 不同风速时，风力机的扭矩特性曲线

不同风力机的动力特性曲线必将随着风速（v）、风轮半径（R），甚至空气密度（ρ）的不同而变化。为了解不同尺寸的风轮在不同风速下的变化特性。人们将功率、扭矩和速度都化为下列无量网表达式：

风力机

式中 A是风翼的掠过面积，A＝πR²。

λ是确定各类风力机的一个重要参数。计算出不同风力机在不同风速下的λ值和功率系数C_P值和扭矩系数C_Q值，便可绘制成C_P-λ关系的特性曲线，和C_Q-λ的关系的特性曲线。图6是一台低速风力机（设计λ_d＝1）和一台高速风力机（设计λ_d＝8）C_P和C_Q随λ的变化的特性曲线。图上清楚表明，它们最大功率系数相差不大，但无论起动扭矩，还是最大扭矩都有明显差别。

在实践中，根据翼尖速比，风力机可采用的翼片数目如下：

附表

低速风力机的风翼一般为12～24片，直径为5～8米。适用于平均风速为4～5米/秒的地区。适合与活塞水泵、磨面机等需起动力矩大的机具匹配。低速风力机翼片多，笨重，要安装更大直径的风翼是相当困难的。

图6 C_P-λ与C_Q-λ曲线

高速风力机仅有2～4个风翼，在同样直径和风速下比低速风力机的转速高得多，因此在输出相同功率时，风轮要轻得多；它能承受较大离心力；在风轮静止时所受轴向推力小；其成本和重量均比低速风力机小。但起动力矩小，无特殊装置时，至少要有5米/秒的风速才能转动。多适用于发电机，离心水泵等机具。

一台水平轴型风力机由风翼、调向装置、调速装置、变速器和固定机架组成，垂直型风力机可简化或不用调向装置。

风翼是受力运动的部件，低速风力机大都采用薄金属片制成略凹的翼型，这些翼片固定在环形支架上构成一个动轮；高速风力机则都采用流线型翼片，用铝合金、玻璃纤维和不锈钢等材料制成。它们可直接固定在机轴的轮圈上。

调向装置是当风向改变时，能自动调节风轮方向的装置。这类装置有尾舵、侧风轮、伺服电机系统等。尾舵主要用于风轮直径不超过6米的低速风力机。侧风轮则是将一个小风轮安装在机舱的侧面，其转轴与风轮主轴垂直，通过蜗轮蜗杆机构使机舱因风向改变而旋转。与尾舵相比，其优点是转动平稳柔和。伺服电机系统是调向伺服电机由风向标和风轮驱动的测速电机控制，可在风轮转速改变时，测速电机的电压也随之改变，然后驱动伺服电机旋转使风轮恢复到迎风方向。

调速装置是为保持风轮转速恒定的装置。这类装置的结构有多种多样。一类是固定叶片的调速器，如采用绞接尾舵和空气制动器等。另一类为可变桨距调速器，如利用飞球等配重和弹簧改变翼片的桨距调整风轮转速。

变速器是改变风轮轴转速的装置。一般都采用速比不等的齿轮组完成。

机架是支持风轮和其他装置的部件。较大型的风力机，其机架下大上小，称为塔架。由于机架还承受风轮旋转时产生的不同频率的振动，因此对机架要求具有较高的刚性，以免发生共振。小型风力机的机架较为简单，常以钢管和钢索稳固在地基上。