风机的风轮将风的动能转化为自身的机械能，再驱动发电机旋转，从而将机械能转化为电能：
质量为 ，速度为 的气流的动能为：
那么单位时间内流过风轮的气体的动能为：
将其定义为风功率：
但风轮并不能将全部的风功率转化为机械能，将风轮的机械功率占风功率的比例定义为风能利用系数 。于是风机的输入功率为：
其中，风能利用系数 是关于叶尖速比 和浆距角 的函数——
：风轮叶尖速度与风速的比值；
：叶片的俯仰角，可用于控制受力的大小；
表达式如下：
给出一种典型风机的系数 并作出不同浆距角下，风能利用系数与叶尖速比之间的关系：
可以看出，增大浆距角能够降低风能利用系数，因此在风速超过额定风速时，可以通过增大浆距角降低风轮转速，保护风机；而在风速低于额定风速时，通常运行在浆距角为零的状态，以保证风能利用系数更大。在浆距角固定的条件下，风能利用系数 随着叶尖速比 变化，也就是风轮的转速不同，它能吸收的风功率也不同，且存在一个 使得 最大，将其称为最佳叶尖速比，即风速和浆距角确定的条件下，存在一个最佳转速使得风机发电功率最大，实现了最大风能捕获。在上图中可以看出，当浆距角 为零时，叶尖速比 能够保证最大风能捕获，而风机的转速能够通过变流器控制，相关内容将在后续文章中介绍。
根据前述 和 的表达式，在不同的风速条件下，作出风机转速与输入功率之间的关系：
其中，粉红色虚线标出了最佳叶尖速比 条件下，风机在不同风速中所能捕获的最大风能。由式（1）和式（2）可以看出，固定浆距角，当保证最佳叶尖速比时，风能利用系数最大并且为定值，此时风机输入的最大功率与风速的三次方成正比。设额定风速 ，当风速超过额定风速时，增大浆距角降低风能利用系数，使风机工作在额定功率下；在风速超限时，停机保护。
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