最简单的风力发电机可由叶轮和发电机两部分构成，立在一定高度的塔干上，这是小型离网风机。最初的风力发电机发出的电能随风变化时有时无，电压和频率不稳定。为了解决这些问题，现代风机增加了齿轮箱、偏航系统、液压系统、刹车系统和控制系统等。

齿轮箱可以将很低的风轮转速(1500KW的风机通常为12-22 r/min)变为很高的发电机转速(发电机同步转速通常为1500r/min)。同时也使得发电机易于控制，实现稳定的频率和电压输出。偏航系统可以使风轮扫掠面积总是垂直于主风向。要知道，1500KW的风机机舱总重50多吨，叶轮30吨，使这样一个系统随时对准主风向也有相当的技术难度。

风机是有许多转动部件的，机舱在水平面旋转，随时偏航对准风向；风轮沿水平轴旋转，以便产生动力扭距。对变桨矩风机，组成风轮的叶片要围绕根部的中心轴旋转，以便适应不同的风况而变桨距。在停机时，叶片要顺桨，以便形成阻尼刹车。

早期采用液压系统用于调节叶片桨矩(同时作为阻尼、停机、刹车等状态下使用)，现在电变距系统逐步取代液压变距。

就1500KW风机而言，一般在4m/s左右的风速自动启动，在13m/s左右发出额定功率。然后，随着风速的增加，一直控制在额定功率附近发电，直到风速达到20m/s时自动停机。

现代风机的设计极限风速为60-70m/s（此处指极大风速），也就是说在这么大的风速下风机也不会立即破坏。理论上的12级飓风，其风速范围也仅为32.7-36.9m/s（一般是指的二分钟平均风速）。

风机的控制系统要根据风速、风向对系统加以控制，在稳定的电压和频率下运行，自动地并网和脱网;同时监视齿轮箱、发电机的运行温度，液压系统的油压，对出现的任何异常进行报警，必要时自动停机，属于无人值守独立发电系统单元。

风车是人们最早用以转换能量的装置之一，波斯人和中国人在数千年前即己懂得使用风车，直到12世纪时，欧洲才普遍利用风车研磨面粉和泵水。荷兰低地使用风车泵抽排水。美国则使用较小型的风车灌溉田地和驱动发电机发电。第一次世界大战之后，丹麦仿造飞机的螺旋桨制造了二叶、三叶高速风力发电机并网发电，虽然装机容量都在5KW 以下，但是开拓了将风能转换成电能的先河。 1920年代，人门开始研究利用风车作大规模发电。美国从1930年开始研制风力发电机，当时以杰卡斯风力发电机最为出名，而且被销售到其他一些国家。第二次世界大战后，法国、德国和丹麦等国家先后开始了容量100KW以上的风力发电装置的研制。

1973年发生了世界性的石油危机，石油的短缺以及用矿物燃料发电所带来的环境污染问题，使风力发电又重新受到了重视。美国、丹麦、荷兰、英国、德国、瑞典、加拿大等国家在风力发电的研究与应用方面投入了大量的人力与资金，制定了开发规划。经过10多年的发展，中、大型风力发电与自动控制技术逐渐成熟，在风能资源优越的地域，出现了成排有序的风力发电机群在运转，这就是所谓的“风电场”。在美国和西北欧等工业发达的国家和地区建设的风电场较多。

到2016年，从全球范围看，风机容量正在不断上涨，兆瓦级风机得到了很好的发展，如中国金风科技股份有限公司生产的1500KW和2000KW风机，而美国超导公司（AMSC）正在独立开发 10兆瓦级风机的核心部件和系统设计。

尽管风力发电机组的形式多种多样，但一般来说，可以按照风轮转轴与风向的位置不同分为 水平轴风力发电机组和垂直轴风力发电机组，也可以按照作用原理的不同分为升力型和阻力型。

水平轴风力发电机组是指风轮转轴与风向平行的风力发电机组。主要包括螺旋桨型、多翼型、荷兰型和风帆翼型等。对于水平轴风力发电机组来说，需要风轮始终保持面向风吹来的方向。有些水平轴风力发电机组的风轮在塔架的前面迎风旋转，称为上风向风力发电机组；而风轮在塔架后面的，则称为下风向风力发电机组。上风向风力发电机组可以通过迎风控制装置的调节，来使风轮时刻保持面向来风方向。而对于下风向风力发电机组来说，由于风轮旋转面会自动产生面向风向的作用力，所以多数情况下，当风向改变时，并不需要迎风控制装置，尤其是小型风力发电机组。

水平轴风力发电机组指的是风轮转轴与风向成直角（大多数与地面垂直）的风力发电机组，主要包括达里厄型、直线翼垂直轴型、萨渥纽斯型和涡轮型等。由于水平轴风力发电机组对于任何方向的来风都可以旋转，所以不需要迎风控制装置。

当分析物体受到风的作用力时，可以将该力分解成与风垂直和与风平行的两个分力，垂直方向成分的力称为升力，平行方向成分的力称为阻力。这其中，主要依靠升力的作用而转动的风力发电机组称为升力型，螺旋桨型、达里厄型和直线翼垂直轴型都属于这种类型。由于有升力的作用，风轮圆周速度可以达到风速的几倍至十倍，因此,多用于风力发电之用。

相反，主要依靠阻力来转动的风力发电机组称为阻力型，主要包括多翼型、萨渥纽斯型和涡轮型等。虽然该类风力发电机组不能产生比风速高许多的转速，但往往风轮转轴的输出扭矩很大，因此,常常被用来扬水、拉磨等动力风力发电机组使用。

风电机组的主要性能参数：功率系数、力矩系数、推力系数、叶尖速度比（尖速比）、实度比等，不同厂家生产的风电机组其主要性能参数都会不同。

（1） 功率系数

我们知道，质量为m，速度为V的物体的动能为 。而密度为 ，体积为SL（面积S*距离L）的空气在以速度V运动时所具有的动能，可以用下式表示：

（2.1）

当空气在t时间内通过距离L时，空气速度可写成V=L/t，那么，上式可表示为：

（2.2）

因此，单位时间内通过面积S的风的能量为：

（2.3）

如果将风力发电机组从风中可获得的单位时间内的能量称为功率P，那么风力发电机组的功率P与风的功率之比称为功率系数，用表示：

（2.4）

也就是说，功率系数是衡量在风所具有的能量中，风力发电机组到底能从中获取多少能量的性能评价指标。

（2）力矩系数

使风力发电机组旋转的转矩（旋转力），称为力矩Q（N•m）， 称为力矩系数：

（2.5）

式中，R（m）为风轮半径。力矩系数是衡量在由风所产生的旋转力中，风力发电机组到底能从中获得多少可以作为力矩来利用的性能评价指标。

（3）推力系数

风向后推风力发电机组的力称为推力T(N)， 称为推力系数：

（2.6）

推力系数是衡量在由风所产生的力中，有多少是作为将风力发电机组向后推的推力来作用的性能评价指标。

（4） 叶尖速度比（尖速比）

叶片尖端的速度（圆周速度） （m/s）与风速 V（m/s）的比 称为叶尖速度比，简称尖速比。

（2.7）

风力发电机组种类不同。螺旋桨型的升力型发电机组的尖速比一般在3～10之间，而对于阻力型风力发电机组而言，一般是。如果将本式用转数来表达：

（2.8）

从中可以看出，当风力发电机组具有相同尖速比时，小型风力发电机组（半径小）比大型风力发电机组（半径大）的转数要高。

（5） 实度比

风力发电机组叶片的投影面积所占风轮面积的比例称为实度比，如下式表示：

(水平轴风力发电机组) （2.9）

（垂直轴风力发电机组）（2.10）

式中，B为叶片个数；S(m²)为叶片对风投影面积；C(m)为叶片翼型弦长。一般来说，实度小的风力发电机组的尖速比高，而实度大的风力发电机组的尖速比低。这是因为当实度增大时，风轮对风通过的阻碍也会随之增大的缘故。

根据目前国内外风机市场的现状以及国内已建风电场的装机情况，现代主流风电机组按照单机容量的大小可以将风机划分为四个级别。

（1） 600KW级机组。单机容量为600KW或750KW，叶片长度在19m～23m，机舱重量在19t～23t，适合安装在地形复杂的风电场，国外这类机组已开始慢慢退出风机市场。国内生产这个级别风机的有新疆金风和浙江运达。

（2） 850KW级机组。单机容量在850KW～1000KW之间，叶片长度在25m左右，机舱重量在27t左右。这类机组技术成熟，并有良好的运行业绩，适合场地条件较差和运输困难的风电场，在市场上仍有一定的空间和潜力。以上级别的风电机组在国内风电前期安装数量较多。

（3） MW级机组。单机容量在1000KW～2000KW之间，叶片长度在32m～42m左右，机舱重量在40t～70t左右，主要代表机组有1200KW、1250 KW、1500KW和2000KW级风机。这类机组在技术上比较成熟，适合于交通运输方便、场地比较平坦的风电场，国外风机市场所占份额较大，近90%。

（4） 多MW级机组。这类风机的部件属超长、超重件，运输和吊装难度很大，目前在欧美等发达国家有一定数量的安装，主要安装在海上风电场。