風(fēng)是不穩(wěn)定的，不但會(huì)影響發(fā)電機(jī)的輸出，在強(qiáng)風(fēng)時(shí)還會(huì)燒毀發(fā)電機(jī)，甚至摧毀風(fēng)力機(jī)。所以風(fēng)力機(jī)要有應(yīng)付風(fēng)速大幅度變化的能力，還要有對(duì)付強(qiáng)風(fēng)速（超過切出風(fēng)速）的安全防范措施。

在風(fēng)力增強(qiáng)時(shí)使風(fēng)輪偏轉(zhuǎn)為側(cè)面向風(fēng)是一些小型風(fēng)力機(jī)采用的抗強(qiáng)風(fēng)方式，圖1是一種向上仰頭的小型風(fēng)力機(jī)，發(fā)電機(jī)（含風(fēng)輪）通過風(fēng)輪上仰構(gòu)件連接尾舵，上仰構(gòu)件通過一個(gè)水平橫軸安裝在偏轉(zhuǎn)平臺(tái)上。其特點(diǎn)是尾舵桿向上翹起，在尾端有尾舵， 尾舵與地面垂直或略向前傾。

在正常工作風(fēng)力時(shí)尾舵僅起偏航（對(duì)風(fēng)）作用，發(fā)電機(jī)在尾舵作用下通過偏航平臺(tái)下面的軸承繞塔桿轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)，風(fēng)輪以正常轉(zhuǎn)速運(yùn)行。

當(dāng)風(fēng)力超過額定風(fēng)速時(shí)，尾舵在大風(fēng)作用下，繞風(fēng)輪的上仰橫軸向下方偏轉(zhuǎn)，帶動(dòng)風(fēng)輪向上偏轉(zhuǎn)（仰頭），風(fēng)輪有效受風(fēng)面積減小，限制了風(fēng)輪轉(zhuǎn)速上升，見圖2。當(dāng)風(fēng)減小時(shí)，風(fēng)輪向水平方向偏轉(zhuǎn)，風(fēng)輪有效受風(fēng)面積增大，轉(zhuǎn)速不會(huì)明顯下降。這樣，在風(fēng)力超過額定風(fēng)速但不超過切出風(fēng)速時(shí)，通過仰頭調(diào)節(jié)風(fēng)輪受風(fēng)面積，使風(fēng)速變化對(duì)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速影響較小，可保持風(fēng)輪轉(zhuǎn)速在較小范圍內(nèi)變化，見圖2。

當(dāng)超過切出風(fēng)速時(shí)，尾舵被壓向最下方，此時(shí)風(fēng)輪面接近水平，受風(fēng)面積接近零，風(fēng)輪停止旋轉(zhuǎn)，進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，見圖3。

偏轉(zhuǎn)風(fēng)輪的還有其他方式：尾舵直接固定在偏航平臺(tái)上，只起對(duì)風(fēng)作用，發(fā)電機(jī)（含風(fēng)輪）的上仰橫軸在發(fā)電機(jī)下方，安裝在偏航平臺(tái)上，依靠彈簧的力量使發(fā)電機(jī)軸在水平狀態(tài)，這也是正常風(fēng)速時(shí)的狀態(tài)。大風(fēng)時(shí)風(fēng)輪在推力增大到一定程度，克服彈簧力量，風(fēng)輪面向后傾斜，有效受風(fēng)面積減小，限制了風(fēng)輪轉(zhuǎn)速上升；風(fēng)減小后，風(fēng)輪在彈簧作用下返回水平位置。工作過程與靠尾舵仰頭的風(fēng)力機(jī)相似。

也可把發(fā)電機(jī)的偏轉(zhuǎn)軸設(shè)在側(cè)面，同上面結(jié)構(gòu)類似，在彈簧作用下發(fā)電機(jī)軸與尾舵桿平行，尾舵桿固定在偏航平臺(tái)上，保持在對(duì)風(fēng)狀態(tài)，此時(shí)風(fēng)輪面向來風(fēng)，處于正常工作狀態(tài)。大風(fēng)時(shí)風(fēng)輪在推力增大到一定程度，克服彈簧力量，風(fēng)輪面向側(cè)面傾斜，有效受風(fēng)面積減小，限制了風(fēng)輪轉(zhuǎn)速上升；風(fēng)減小后，風(fēng)輪在彈簧作用下返回正常位置。

這種靠風(fēng)輪偏轉(zhuǎn)來改變有效受風(fēng)面積進(jìn)行調(diào)速的方式簡單可行，在小型與微型風(fēng)力發(fā)電機(jī)中得到應(yīng)用。

其實(shí)風(fēng)力機(jī)葉片本身也有一定的調(diào)速能力，在風(fēng)速增大，葉片進(jìn)入失速狀態(tài)也可限制轉(zhuǎn)速上升，許多小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作在定槳變速模式。

葉片固定在輪轂上，正常運(yùn)行時(shí)風(fēng)小轉(zhuǎn)速低、風(fēng)大轉(zhuǎn)速高，當(dāng)風(fēng)速增大轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速時(shí)，則通過失速來扼制轉(zhuǎn)速的飆升、保護(hù)發(fā)電機(jī)，稱這種運(yùn)行方式為定槳變速加失速模式，這種模式在中型風(fēng)力機(jī)也有應(yīng)用。下面來分析一下這種失速控制轉(zhuǎn)速模式的基本原理。

圖4是一幅翼型的升力系數(shù)與阻力系數(shù)隨攻角的變化曲線圖，在曲線中可看出，翼型在攻角α大于11度時(shí)開始失速，升力驟然下降，阻力大幅上升，開始失速的攻角α的值稱為失速角。

圖5是一臺(tái)風(fēng)力機(jī)槳葉的截面（翼型）受力分析圖，該翼型弦線與風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面的固定夾角β稱為槳距角，對(duì)于固定漿葉槳距角是不變的。相對(duì)翼型的風(fēng)速是外來風(fēng)速v與翼型線速度u合成的相對(duì)風(fēng)速w，相對(duì)風(fēng)速w與翼型弦線間的夾角α是翼型的攻角。

圖5左圖是翼型運(yùn)行在允許的風(fēng)速之內(nèi)（額定風(fēng)速）時(shí)狀態(tài)，翼型的攻角α應(yīng)小于失速角（11度）。翼型升力Fl與阻力Fd的合力為F1，F(xiàn)1在風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面上的投影F就是推動(dòng)翼型運(yùn)動(dòng)的力。風(fēng)速v低時(shí)攻角小，則F小就轉(zhuǎn)速低；風(fēng)速v高時(shí)攻角大，則F大就轉(zhuǎn)速高。

當(dāng)風(fēng)速超過額定風(fēng)速大幅度上升時(shí)，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速由于負(fù)荷不可能大幅度上升時(shí)，翼型因攻角α大于11度后進(jìn)入失速狀態(tài)，圖2右圖就表示了這一狀態(tài)。盡管風(fēng)速v加大許多，但升力Fl卻下降了、阻力Fd大大增加了，結(jié)果是F反而減小了，從而抑制了轉(zhuǎn)速的上升。

失速是翼型運(yùn)行在非正常狀態(tài)，是不穩(wěn)定的狀態(tài)；而且失速角也不是一成不變的，它受到空氣濕度、溫度等變化的影響，例如空氣濕度增大或槳葉上附有灰塵時(shí)失速角就會(huì)減小、升力系數(shù)就會(huì)下降；再說翼型失速后再返回失速前的攻角時(shí)并不是沿原曲線返回，所以失速是不可能穩(wěn)定的控制轉(zhuǎn)速，失速控制的范圍也是有限的。為了在低風(fēng)時(shí)起動(dòng)風(fēng)力機(jī)，葉片要有一定的攻角，這會(huì)減小風(fēng)輪運(yùn)行葉尖速比范圍，影響風(fēng)力機(jī)效率的發(fā)揮。

采用定槳失速方式可在一定范圍內(nèi)防止風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的急速上升，但并不具有抗強(qiáng)風(fēng)能力。要抗強(qiáng)風(fēng)要求葉片必須有足夠的強(qiáng)度、風(fēng)輪有良好的剎車性能，在強(qiáng)風(fēng)來臨時(shí)把風(fēng)輪側(cè)面向風(fēng)、剎車，才能有效減小強(qiáng)風(fēng)帶來的損失。

但這種模式運(yùn)行的風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低是其優(yōu)點(diǎn)。

變槳距調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速是當(dāng)前大中型風(fēng)力機(jī)廣泛使用的調(diào)速技術(shù)，可使風(fēng)力機(jī)在風(fēng)速超過額定風(fēng)速時(shí)，風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在額定轉(zhuǎn)速。圖6就是變槳距翼型受力分析圖，圖6左圖是翼型在額定風(fēng)速時(shí)運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速時(shí)的狀態(tài)，與圖6左圖所示狀態(tài)一樣，此時(shí)有最大的推力F。圖6右圖是翼型運(yùn)行在高風(fēng)速時(shí)的情況，如果翼型角度不變就會(huì)進(jìn)入嚴(yán)重的失速狀態(tài)，但此時(shí)翼型的槳距角β增加了Δβ，使攻角α維持在不失速狀態(tài)，調(diào)節(jié)合適的Δβ可使推力F與失速前一樣。這就是通過變槳距角來調(diào)節(jié)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的方式。

有變槳距調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速功能的風(fēng)力機(jī)在低于額定風(fēng)速時(shí)，工作在定槳變速狀態(tài)（需要時(shí)也可工作在變槳變速狀態(tài))；在風(fēng)速超過額定風(fēng)速就要工作在變槳定速狀態(tài)。顯然，只有在額定風(fēng)速或超出額定風(fēng)速時(shí)才可能實(shí)現(xiàn)風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定。

大中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)多是直接并網(wǎng)的工作狀態(tài)，要保證發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速要與電網(wǎng)頻率同步，實(shí)際上靠變槳來實(shí)現(xiàn)風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速非常穩(wěn)定是困難的，除非在風(fēng)速穩(wěn)定（風(fēng)速變化緩慢）的地區(qū)。

現(xiàn)在流行的是變速變槳模式，所謂變速就是指發(fā)電機(jī)在較低的風(fēng)速較以低的轉(zhuǎn)速時(shí)開始發(fā)電，轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速增加，一直到額定風(fēng)速，此時(shí)雖未進(jìn)入失速狀態(tài)但仍可選擇合適的槳距角使發(fā)電機(jī)輸出最大功率；當(dāng)風(fēng)速超過額定風(fēng)速時(shí)則通過增大槳距角以保持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在額定轉(zhuǎn)速附近，使輸出功率穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。此時(shí)可通過雙饋發(fā)電機(jī)使輸出頻率與電壓與電網(wǎng)頻率與電壓相同；或通過逆變器使輸出頻率與電壓與電網(wǎng)頻率與電壓相同，達(dá)到所謂變速恒頻運(yùn)行模式。所以說變速變槳模式使風(fēng)力機(jī)從低風(fēng)到較高的風(fēng)力下均可發(fā)電，大大提高了風(fēng)力發(fā)電的效率。

完整的變槳距調(diào)節(jié)系統(tǒng)在遇到強(qiáng)風(fēng)時(shí)可把槳葉調(diào)為順風(fēng)狀態(tài)，即葉片的主要段弦線與風(fēng)輪軸線平行，稱為全順槳狀態(tài)，此時(shí)葉片迎風(fēng)面積最小，風(fēng)輪受風(fēng)力作用大大減小，而且葉片的阻力可使風(fēng)輪迅速停轉(zhuǎn)（空氣動(dòng)力學(xué)剎車），有效地保護(hù)風(fēng)力機(jī)安全。