o o o
0 45 9 0 θ =
（資料來源：本研究整理）
圖4-3 發電機摩擦扭矩測試訊號及頻譜圖
（資料來源：本研究整理）
空載測試：
在無電子負載下對風力發電機進行測試，單純是為了解此發電機在各轉速下 輸出之電壓以及風力機在各風速下穩定之轉速的特性，各風速下當風力機穩定轉 速所能提供永磁發電機的電壓，即空載之下風力機的轉速及空載電壓的特性表 現，空載時各風速下風力機穩定轉速提供風能利用係數曲線測試一項重要的資 訊，透過此轉速特性可以預測固定風速下所需調整負載的大小，再透過評估再經 由轉速的資料可以系統性的繪製出詳細之風力機性能圖。
本測試之實驗模型為DS-200 風力發電機，結果如圖 4-4 及圖 4-5，其為風速 5~13m/s 下風力機穩定轉速和發電機提供之電壓特性，從圖 4-4 可得知風力機轉速 與風速為線性關係，由於在穩定狀態下，則風力機產生之扭矩與摩擦扭矩必相同。
圖4-4 各風速下風力機之轉速
（資料來源：本研究整理）
基本上，三相電壓是與轉速成正比的，則電壓的輸出也必須為線性關係，如 圖4-5，此外三相電壓的頻率與轉速是由極對數所決定，可表示如下：
60
f
=N p
⋅其中
N
為轉速，f
為三相電壓之頻率， p 為級對數，三相電壓的頻率越高轉 換成直流電的效率越高。圖4-5 各風速下發電機所輸出之電壓值
（資料來源：本研究整理）
負載測試：
本測試應用高功率電子負載儀模擬各種負載，使發電機開始輸出電流，觀察 發電機輸出功率、風力機轉速與風速的關係，同時對風力發電機組之額定功率、
額定轉速、額定風速及功率係數之特性進行檢測。如同先前對同步發電機的介紹，
永磁式同步發電機之電樞繞組位於靜子與三相電網連接，永磁場則為於轉子上，
的功率輸出，而功率的跳動則參考Sheinman 及 Rosen(1994,1996)將其平均。
圖4-6 DS-200 型風力發電機的功率曲線
（資料來源：本研究整理）
圖4-7 功率係數隨風速之變化
（資料來源：本研究整理）
原則上發電機輸出的功率隨著風速的增加為三次方上升，可表示成：
1 3
, 2 ,
p total s p total wind
P
=C ρ
∞ ∞V A
=C
⋅E
其中
E
wind代表風能(wind energy)， P 代表發電機輸出功率，Cp total, 代表總效率 為永磁發電機效率和風力機轉換成機械能之積，即, , ,
p total p wind turbine p generator
C =C ⋅C
現將輸出之功率與風能做線性回歸，可得圖4-8，根據 Betz 的風力機轉換效率 極限為0.593( )，圖中虛線便代表機械功率最大限制，此時可清 楚顯示出此風力機的效率高低，線性回歸結果為
, 0.593
p wind turbine
C ≤
8 wind 5
P = 0.20 ⋅E - 12.90 (W) 0.208 為曲線斜率即總風力發電機效率(Cp total, )，-12.905 為誤差增益值。
圖4-8 風能與輸出功率關係圖
如先前所述，風力機性能最典型的表示方法便是以功率係數(Power
圖4-9 各風速之最大風能利用係數與尖端速度比
（資料來源：本研究整理）
為提供未來與自然風場試驗的比較，則必須應用性能係數(Performance Coefficient,Kp)及進程比(Advance Ratio, J )來呈現風力發電機的特性，表示如下：
J V
性能係數與功率係數的關係如下：
3 p p
K C
= λ
當輸出接近額定功率時，功率係數已經約等於0.2，於是可簡化為：
3
0.2
K
p≈
λ
由於超過額定功率時，尖端速度比會隨著風速增加，所以性能係數則隨之減 少。
圖4-10 各風速最大性能係數與進呈比
（資料來源：本研究整理）
至於超過額定功率尖端速度比增加的原因，可由轉速的測試結果來解釋，圖
2
inertia)， 為葉片轉子給予轉軸的扭矩(accelerating torque)， 為發電機給予轉軸 的反應扭矩(reaction torque)，不難看出此常微分方程式為風力機提供之加速扭矩與 發電機產生的反抗減速扭矩的的平衡方程式。假設在穩態下忽略摩擦導致的功率
圖4-11 各風速最高輸出功率點之穩定轉速
（資料來源：本研究整理）
圖4-12 至圖 4-15 為 Darrieus 型風力發電機於啟動風速至額定風速範圍內負載 98.68 Ω 至 2.2 Ω 之電阻，測試所得到之完整功率係數及性能係數曲線。
圖4-12 定風速變負載之功率係數測試資料
（資料來源：本研究整理）
圖4-13 定風速變負載之性能係數測試資料
（資料來源：本研究整理）
圖4-14 定負載變風速之功率係的測試資料
（資料來源：本研究整理）
圖4-15 定負載變風速之性能係數測試資料
（資料來源：本研究整理）
因Darrieus 型風力發電機，向心力隨著葉片旋轉角度而變化，會造成不同合 力，導致振動，除了葉片外，風力發電機塔柱也會產生自激之振動，這些振動對 風力發電機之壽命及耐久度都會造成決定性的影響，為了解其特性擷取自風力發 電機於固定風速負載下，塔柱上兩個自由度(流向、橫向)的振動加速度訊號，並針 對流向訊號做基本的訊號分析，兩個加速規將分別用蜜蠟黏在塔柱後方及側方，
再用膠帶黏上以固定，並將訊號線拉出連上轉換器，將訊號放大十倍，並同步觀 測示波器之訊號跳動情勢，等待風力發電機穩定後負載至最高功率輸出，隨及量 測其振動情形，基本上震動的頻率略低於風力機轉動頻率。
圖4-16 加速規裝設情形
（資料來源：本研究整理）
外國之大型風力發電機的噪音標準主要由IEC 61400-11 標準所規範，但目前 國內尚無有效之標準，為了解測試風洞設備對噪音測試的可行性，對各風速下之 背景噪音及風力機空轉下之噪音進行比較，測試點為風力機後方一公尺處。
圖4-17 噪音特性
（資料來源：本研究整理）