直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)

1、1.2MW1.2MW直接驅(qū)動(dòng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組直接驅(qū)動(dòng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組1.2MW1.2MW直接驅(qū)動(dòng)型直接驅(qū)動(dòng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)力發(fā)電機(jī)組直接驅(qū)動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基本結(jié)構(gòu)直接驅(qū)動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基本結(jié)構(gòu) 永磁同步發(fā)電機(jī)永磁同步發(fā)電機(jī)型式：型式：9696極永磁同步發(fā)電機(jī)極永磁同步發(fā)電機(jī)定子：三相繞組定子：三相繞組轉(zhuǎn)子：永磁，位于繞組外圈轉(zhuǎn)子：永磁，位于繞組外圈額定功率：額定功率：1200KW1200KW額定電壓：額定電壓：700V700V轉(zhuǎn)速范圍：轉(zhuǎn)速范圍：111120rpm20rpm絕緣等級(jí)：絕緣等級(jí)：F F防護(hù)等級(jí)：防護(hù)等級(jí)：IP54IP54發(fā)電機(jī)外徑：發(fā)電機(jī)外徑：4500mm 4500mm 定子長度：定子長

2、度：740-800mm740-800mm繞組：采用繞組：采用RofilRofil線線浸漆方式：普通浸漆浸漆方式：普通浸漆 驅(qū)動(dòng)裝置：驅(qū)動(dòng)裝置：采用三個(gè)相互獨(dú)立的變采用三個(gè)相互獨(dú)立的變頻調(diào)速電機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。頻調(diào)速電機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。 后備儲(chǔ)能單元：后備儲(chǔ)能單元：采用大容量電容，采用大容量電容，免維護(hù)，可靠性高。免維護(hù)，可靠性高。 傳動(dòng)方式：傳動(dòng)方式：同步齒型帶，免維護(hù)，同步齒型帶，免維護(hù)， 成本低。成本低。變距系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案變距系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案主要零部件主要零部件機(jī)艙底座機(jī)艙底座主要零部件主要零部件輪轂輪轂主要零部件主要零部件永磁電機(jī)效率對(duì)比1.2MW1.2MW永磁直接驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)功率曲線永磁直接驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)功率曲線

3、發(fā)發(fā) 電電 量量 對(duì)對(duì) 比比MWMW永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)特點(diǎn)永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)特點(diǎn) 采用永磁體勵(lì)磁采用永磁體勵(lì)磁 多極、低速、大容量多極、低速、大容量 外轉(zhuǎn)子內(nèi)定子結(jié)構(gòu)外轉(zhuǎn)子內(nèi)定子結(jié)構(gòu) 與傳統(tǒng)的電勵(lì)磁電機(jī)相比，永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠；與傳統(tǒng)的電勵(lì)磁電機(jī)相比，永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠；體積小、重量輕；損耗少、效率高；提高了功率質(zhì)量比；體積小、重量輕；損耗少、效率高；提高了功率質(zhì)量比；電機(jī)形狀和尺寸可以靈活選擇等優(yōu)點(diǎn)電機(jī)形狀和尺寸可以靈活選擇等優(yōu)點(diǎn) 無需直流電無需直流電 無需無功勵(lì)磁電流源無需無功勵(lì)磁電流源 無需集電環(huán)、電刷裝置無需集電環(huán)、電刷裝置 外轉(zhuǎn)子內(nèi)定子結(jié)構(gòu)外轉(zhuǎn)子內(nèi)定子結(jié)構(gòu) 金風(fēng)金風(fēng)62/12

4、00風(fēng)力發(fā)電機(jī)是外轉(zhuǎn)子型，轉(zhuǎn)子位于定子風(fēng)力發(fā)電機(jī)是外轉(zhuǎn)子型，轉(zhuǎn)子位于定子的外部。由于采用這種永磁體外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，與同類電勵(lì)磁的外部。由于采用這種永磁體外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，與同類電勵(lì)磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)相比，金風(fēng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)相比，金風(fēng)62/1200風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電機(jī)的尺風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電機(jī)的尺寸和外徑相對(duì)較小。下圖顯示了兩種結(jié)構(gòu)的對(duì)比。圖中兩寸和外徑相對(duì)較小。下圖顯示了兩種結(jié)構(gòu)的對(duì)比。圖中兩種結(jié)構(gòu)的氣隙直徑是相同的，因此功率輸出也是相同的。種結(jié)構(gòu)的氣隙直徑是相同的，因此功率輸出也是相同的。 金風(fēng)金風(fēng)62/1200風(fēng)力機(jī)外轉(zhuǎn)子直徑僅僅比氣隙直徑大了風(fēng)力機(jī)外轉(zhuǎn)子直徑僅僅比氣隙直徑大了幾厘米，而一般的電機(jī)結(jié)構(gòu)高出氣隙直徑很

5、多。電機(jī)直徑幾厘米，而一般的電機(jī)結(jié)構(gòu)高出氣隙直徑很多。電機(jī)直徑小帶來的好處就是重量輕，易于運(yùn)輸。小帶來的好處就是重量輕，易于運(yùn)輸。直接驅(qū)動(dòng)永磁發(fā)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)永磁發(fā)電機(jī)磁鋼磁鋼外轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)外轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī),利于磁鋼散熱利于磁鋼散熱 自然自然空氣冷卻空氣冷卻,大的外表面，大的外表面，利于散熱利于散熱不必使用強(qiáng)迫風(fēng)冷不必使用強(qiáng)迫風(fēng)冷鐵心鐵心繞組繞組風(fēng)風(fēng)定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子抗環(huán)境侵蝕和腐蝕保護(hù)抗環(huán)境侵蝕和腐蝕保護(hù)無需勵(lì)磁能量無需勵(lì)磁能量高效高效長壽命的低速發(fā)電機(jī)長壽命的低速發(fā)電機(jī) 冷卻風(fēng)道冷卻風(fēng)道徑向永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)軸向永磁電機(jī)結(jié)構(gòu) 直接驅(qū)動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組直接驅(qū)動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 結(jié)構(gòu)形式及工作原理結(jié)構(gòu)形式及工作原理

6、定子支架定子支架零零 部部 件件軸軸加工完的定子支架加工完的定子支架多極永磁發(fā)電機(jī)發(fā)電系統(tǒng)多極永磁發(fā)電機(jī)發(fā)電系統(tǒng)變速恒頻閉環(huán)控制模型變速恒頻閉環(huán)控制模型 風(fēng) 機(jī)風(fēng)轉(zhuǎn)速 傳感器發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速測量轉(zhuǎn)速發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩需求控制器需求轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速槳距執(zhí)行機(jī)構(gòu)葉片槳距槳距需求 變流系統(tǒng)原理框圖變流系統(tǒng)原理框圖 =M永磁發(fā)電機(jī)三相整流升降壓逆變?yōu)V波器電網(wǎng)變壓器ABCDEF1234567變流器 多極永磁發(fā)電機(jī)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示。風(fēng)力多極永磁發(fā)電機(jī)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示。風(fēng)力機(jī)與發(fā)電機(jī)直接相連機(jī)與發(fā)電機(jī)直接相連,風(fēng)力機(jī)采用變槳距功率控制方式實(shí)風(fēng)力機(jī)采用變槳距功率控制方式實(shí)現(xiàn)最有效運(yùn)行。現(xiàn)最有效運(yùn)行。 永磁發(fā)電機(jī)

7、的定子與普通交流電機(jī)相同永磁發(fā)電機(jī)的定子與普通交流電機(jī)相同,轉(zhuǎn)子為永磁轉(zhuǎn)子為永磁式結(jié)構(gòu)式結(jié)構(gòu),無需勵(lì)磁繞組無需勵(lì)磁繞組,因此不存在勵(lì)磁繞組損耗因此不存在勵(lì)磁繞組損耗,提高了效提高了效率。轉(zhuǎn)子上沒有滑環(huán)率。轉(zhuǎn)子上沒有滑環(huán),運(yùn)行更安全可靠。但是它的不足之運(yùn)行更安全可靠。但是它的不足之處是處是,它因使用磁性材料如釹鐵硼和釤鈷等而成本很高它因使用磁性材料如釹鐵硼和釤鈷等而成本很高,而而且電機(jī)的電壓調(diào)節(jié)性能差。且電機(jī)的電壓調(diào)節(jié)性能差。 此外此外,這種系統(tǒng)的變速恒頻控制也在定子電路實(shí)現(xiàn)這種系統(tǒng)的變速恒頻控制也在定子電路實(shí)現(xiàn),電電力電子變換器的容量要求與發(fā)電機(jī)額定容量相同力電子變換器的容量要求與發(fā)電機(jī)額定容

8、量相同,增加了增加了系統(tǒng)損耗。系統(tǒng)損耗。類類 型：三葉片、上風(fēng)向、變速變槳功率調(diào)節(jié)、永磁直接驅(qū)動(dòng)。型：三葉片、上風(fēng)向、變速變槳功率調(diào)節(jié)、永磁直接驅(qū)動(dòng)。額定功率：額定功率： 1200kW1200kW葉輪直徑：葉輪直徑： 62m62m傳動(dòng)類型：傳動(dòng)類型： 直接驅(qū)動(dòng)直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)類型：發(fā)電機(jī)類型： 永磁同步發(fā)電機(jī)永磁同步發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)： 計(jì)算機(jī)控制，遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)控制，遠(yuǎn)程監(jiān)控偏航系統(tǒng)：偏航系統(tǒng)： 主動(dòng)對(duì)風(fēng)主動(dòng)對(duì)風(fēng)切入風(fēng)速：切入風(fēng)速： 3-4m/s3-4m/s額定風(fēng)速：額定風(fēng)速： 12m/s12m/s切出風(fēng)速：切出風(fēng)速： 25m/s25m/s安全風(fēng)速：安全風(fēng)速： 70m/s70m/s（3

9、3秒平均值）秒平均值）最大風(fēng)能利用系數(shù)：最大風(fēng)能利用系數(shù)： Cpmax0.44Cpmax0.44噪聲：噪聲：LWA100dB(A)(LWA100dB(A)(距地面距地面1010米，米，8m/s8m/s風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)狀況下風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)狀況下) )年均可利用率：年均可利用率： 95%95%設(shè)計(jì)使用壽命：設(shè)計(jì)使用壽命： 2020年年 1.2MW1.2MW直接驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)直接驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)u結(jié)構(gòu)簡單緊湊，可靠性高；結(jié)構(gòu)簡單緊湊，可靠性高；u機(jī)械傳動(dòng)損耗減少；機(jī)械傳動(dòng)損耗減少；u電機(jī)效率高，運(yùn)行范圍寬；電機(jī)效率高，運(yùn)行范圍寬；u無需勵(lì)磁，無碳刷滑環(huán)，維護(hù)量少；無需勵(lì)磁，無碳刷滑環(huán)，維護(hù)量少；u對(duì)惡劣

10、環(huán)境的適應(yīng)性很強(qiáng)；對(duì)惡劣環(huán)境的適應(yīng)性很強(qiáng)；u發(fā)電品質(zhì)高，無需進(jìn)行無功補(bǔ)償；發(fā)電品質(zhì)高，無需進(jìn)行無功補(bǔ)償；直接永磁技術(shù)的優(yōu)勢直接永磁技術(shù)的優(yōu)勢 永磁發(fā)電機(jī)與勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的最大區(qū)別在于它的勵(lì)磁磁永磁發(fā)電機(jī)與勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的最大區(qū)別在于它的勵(lì)磁磁場是由永磁體產(chǎn)生的。場是由永磁體產(chǎn)生的。 永磁體在電機(jī)中既是永磁體在電機(jī)中既是磁源磁源，又是，又是磁路的組成部分磁路的組成部分。永。永磁體的磁性能不僅與生產(chǎn)廠的制造工藝有關(guān)，還與永磁體磁體的磁性能不僅與生產(chǎn)廠的制造工藝有關(guān)，還與永磁體的形狀和尺寸、充磁機(jī)的容量和充磁方法有關(guān)，的形狀和尺寸、充磁機(jī)的容量和充磁方法有關(guān)，具體性能具體性能數(shù)據(jù)的離散性很大數(shù)據(jù)的離散性很大

11、。 而且永磁體在電機(jī)中所能提供的磁通量和磁動(dòng)勢還隨而且永磁體在電機(jī)中所能提供的磁通量和磁動(dòng)勢還隨磁路其余部分的材料性能、尺寸和電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)而磁路其余部分的材料性能、尺寸和電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)而變化變化。 此外，永磁發(fā)電機(jī)的磁路結(jié)構(gòu)多種多樣，漏磁路十分此外，永磁發(fā)電機(jī)的磁路結(jié)構(gòu)多種多樣，漏磁路十分復(fù)雜，而且漏磁通占的比例較大，鐵磁材料部分又比較容復(fù)雜，而且漏磁通占的比例較大，鐵磁材料部分又比較容易飽和，磁導(dǎo)是非線性的。這些都增加了永磁發(fā)電機(jī)電磁易飽和，磁導(dǎo)是非線性的。這些都增加了永磁發(fā)電機(jī)電磁計(jì)算的復(fù)雜性，使計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確度低于電勵(lì)磁發(fā)電機(jī)。計(jì)算的復(fù)雜性，使計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確度低于電勵(lì)磁發(fā)電機(jī)。 因此，必須

12、建立新的設(shè)計(jì)概念，重新分析和改進(jìn)磁因此，必須建立新的設(shè)計(jì)概念，重新分析和改進(jìn)磁路結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)；必須應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，研究新的分路結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)；必須應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，研究新的分析計(jì)算方法，以提高設(shè)計(jì)計(jì)算的準(zhǔn)確度；必須研究采用先析計(jì)算方法，以提高設(shè)計(jì)計(jì)算的準(zhǔn)確度；必須研究采用先進(jìn)的測試方法和制造工藝。進(jìn)的測試方法和制造工藝。 永磁材料的技術(shù)性能與退磁曲線的形狀永磁材料的技術(shù)性能與退磁曲線的形狀, 對(duì)電機(jī)的性對(duì)電機(jī)的性能、外形尺寸、運(yùn)行可靠性等有很大的影響能、外形尺寸、運(yùn)行可靠性等有很大的影響,是設(shè)計(jì)與制是設(shè)計(jì)與制造永磁電機(jī)時(shí)需要考慮的十分重要的參數(shù)。對(duì)于不同的情造永磁電機(jī)時(shí)需要考慮的十分重要的

13、參數(shù)。對(duì)于不同的情況況, 不同的場合不同的場合, 應(yīng)采用不同的結(jié)構(gòu)形式和永磁材料。圖應(yīng)采用不同的結(jié)構(gòu)形式和永磁材料。圖 給出這幾種永磁材料的退磁曲線給出這幾種永磁材料的退磁曲線(還受溫度影響）。還受溫度影響）。 永磁發(fā)電機(jī)制成后不需外界能量即可維持其磁場，但也永磁發(fā)電機(jī)制成后不需外界能量即可維持其磁場，但也造成從外部調(diào)節(jié)、控制其磁場極為困難。這些使永磁發(fā)電機(jī)造成從外部調(diào)節(jié)、控制其磁場極為困難。這些使永磁發(fā)電機(jī)的應(yīng)用范圍受到了限制。的應(yīng)用范圍受到了限制。 但是，隨著但是，隨著MOSFET、IGBTT等電力電子器件的控制等電力電子器件的控制技術(shù)的迅猛發(fā)展，永磁發(fā)電機(jī)在應(yīng)用中無需磁場控制而只進(jìn)技術(shù)的

14、迅猛發(fā)展，永磁發(fā)電機(jī)在應(yīng)用中無需磁場控制而只進(jìn)行電機(jī)輸出控制。設(shè)計(jì)時(shí)需要釹鐵硼材料，電力電子器件和行電機(jī)輸出控制。設(shè)計(jì)時(shí)需要釹鐵硼材料，電力電子器件和微機(jī)控制三項(xiàng)新技術(shù)結(jié)合起來，使永磁發(fā)電機(jī)在嶄新的工況微機(jī)控制三項(xiàng)新技術(shù)結(jié)合起來，使永磁發(fā)電機(jī)在嶄新的工況下運(yùn)行。下運(yùn)行。 控制問題控制問題不可逆退磁問題不可逆退磁問題 如果設(shè)計(jì)和使用不當(dāng)，永磁發(fā)電機(jī)在如果設(shè)計(jì)和使用不當(dāng)，永磁發(fā)電機(jī)在溫度過高溫度過高（釹鐵（釹鐵硼永磁）或過低（鐵氧體永磁）時(shí)，在沖擊電流產(chǎn)生的硼永磁）或過低（鐵氧體永磁）時(shí)，在沖擊電流產(chǎn)生的電電樞反應(yīng)作用樞反應(yīng)作用下，或在下，或在劇烈的機(jī)械振動(dòng)劇烈的機(jī)械振動(dòng)時(shí)有可能產(chǎn)生不可逆時(shí)有可能

15、產(chǎn)生不可逆退磁，或叫失磁，使電機(jī)性能降低，甚至無法使用。因而，退磁，或叫失磁，使電機(jī)性能降低，甚至無法使用。因而，既要研究開發(fā)適合于電機(jī)制造廠使用的檢查永磁材料熱穩(wěn)既要研究開發(fā)適合于電機(jī)制造廠使用的檢查永磁材料熱穩(wěn)定性的方法和裝置，又要分析各種不同結(jié)構(gòu)形式的抗去磁定性的方法和裝置，又要分析各種不同結(jié)構(gòu)形式的抗去磁能力，以便在設(shè)計(jì)和制造時(shí)采用相應(yīng)措施保證永磁式發(fā)電能力，以便在設(shè)計(jì)和制造時(shí)采用相應(yīng)措施保證永磁式發(fā)電機(jī)不會(huì)失磁。機(jī)不會(huì)失磁。 成本問題成本問題 由于稀土永磁材料目前的價(jià)格還比較貴，稀土永磁由于稀土永磁材料目前的價(jià)格還比較貴，稀土永磁發(fā)電機(jī)的成本一般比電勵(lì)磁式發(fā)電機(jī)高，但這個(gè)成會(huì)在發(fā)電機(jī)

16、的成本一般比電勵(lì)磁式發(fā)電機(jī)高，但這個(gè)成會(huì)在電機(jī)高性能和運(yùn)行中得到較好的補(bǔ)償。在今后的設(shè)計(jì)中電機(jī)高性能和運(yùn)行中得到較好的補(bǔ)償。在今后的設(shè)計(jì)中會(huì)根據(jù)具體使用的場合和要求，進(jìn)行性能、價(jià)格的比較，會(huì)根據(jù)具體使用的場合和要求，進(jìn)行性能、價(jià)格的比較，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新和設(shè)計(jì)的優(yōu)化，以降低制造成本。并進(jìn)行結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新和設(shè)計(jì)的優(yōu)化，以降低制造成本。 無可否認(rèn)，現(xiàn)正在開發(fā)的產(chǎn)品成本價(jià)格比目前通用無可否認(rèn)，現(xiàn)正在開發(fā)的產(chǎn)品成本價(jià)格比目前通用的發(fā)電機(jī)略高，但是我們相信，隨著產(chǎn)品更進(jìn)一步的完的發(fā)電機(jī)略高，但是我們相信，隨著產(chǎn)品更進(jìn)一步的完美，成本問題會(huì)得到很好的解決。美國美，成本問題會(huì)得到很好的解決。美國DELPHI（德

17、爾（德爾福）公司的技術(shù)部負(fù)責(zé)人認(rèn)為：福）公司的技術(shù)部負(fù)責(zé)人認(rèn)為：“顧客注重的是每公斤顧客注重的是每公斤瓦特上的成本。瓦特上的成本。”他的這一說法充分說明了交流永磁發(fā)他的這一說法充分說明了交流永磁發(fā)電機(jī)的市場前景不會(huì)被成本問題困擾。電機(jī)的市場前景不會(huì)被成本問題困擾。低速永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)特點(diǎn)低速永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)特點(diǎn)定子定子: 永磁發(fā)電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)與一般電機(jī)類似永磁發(fā)電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)與一般電機(jī)類似,但因?yàn)樵擃惏l(fā)電但因?yàn)樵擃惏l(fā)電機(jī)的電負(fù)荷較大機(jī)的電負(fù)荷較大,使得發(fā)電機(jī)的銅耗較大使得發(fā)電機(jī)的銅耗較大,因此應(yīng)在保證齒、軛因此應(yīng)在保證齒、軛磁通密度及機(jī)械強(qiáng)度的前提下磁通密度及機(jī)械強(qiáng)度的前提下,盡量加大槽面

18、積盡量加大槽面積,增加繞組線徑增加繞組線徑,減小銅耗減小銅耗,提高效率。提高效率。 定子繞組的分布影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)的起動(dòng)阻力矩的大小。定子繞組的分布影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)的起動(dòng)阻力矩的大小。起動(dòng)阻力矩是永磁式風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)中的一個(gè)至關(guān)重要的起動(dòng)阻力矩是永磁式風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)中的一個(gè)至關(guān)重要的參數(shù)。參數(shù)。 起動(dòng)阻力矩小起動(dòng)阻力矩小,發(fā)電機(jī)在低速風(fēng)時(shí)便能發(fā)電發(fā)電機(jī)在低速風(fēng)時(shí)便能發(fā)電,風(fēng)能利用風(fēng)能利用程度高程度高;反之反之,風(fēng)能利用程度低。風(fēng)能利用程度低。 起動(dòng)阻力矩是由于永磁電機(jī)中齒槽效應(yīng)的影響起動(dòng)阻力矩是由于永磁電機(jī)中齒槽效應(yīng)的影響,使得使得發(fā)電機(jī)在起動(dòng)時(shí)引起的磁阻力矩。發(fā)電機(jī)在起動(dòng)時(shí)引起的磁阻力矩。 從電

19、機(jī)理論上講從電機(jī)理論上講,降低齒槽效應(yīng)所引起的阻力矩的方降低齒槽效應(yīng)所引起的阻力矩的方法法,主要是采用定子斜槽、轉(zhuǎn)子斜極以及定子分?jǐn)?shù)槽繞組。主要是采用定子斜槽、轉(zhuǎn)子斜極以及定子分?jǐn)?shù)槽繞組。根據(jù)文獻(xiàn)及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)根據(jù)文獻(xiàn)及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),采用分?jǐn)?shù)槽繞組是降低阻轉(zhuǎn)矩最有采用分?jǐn)?shù)槽繞組是降低阻轉(zhuǎn)矩最有效的辦法。（公司采用斜極）效的辦法。（公司采用斜極）轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu),按工作主磁場方向的按工作主磁場方向的不同不同,主要分為切向式和徑向式兩種結(jié)構(gòu)主要分為切向式和徑向式兩種結(jié)構(gòu):如圖如圖 所示。所示。切向式切向式徑向式徑向式 徑向式結(jié)構(gòu)的永磁體直接粘在轉(zhuǎn)子磁軛上徑向式

20、結(jié)構(gòu)的永磁體直接粘在轉(zhuǎn)子磁軛上,一對(duì)極的一對(duì)極的兩塊永磁體串聯(lián)兩塊永磁體串聯(lián),永磁體僅有一個(gè)截面提供每極磁通永磁體僅有一個(gè)截面提供每極磁通,所以所以氣隙磁密較小氣隙磁密較小,發(fā)電機(jī)的體積稍大。永磁體粘結(jié)在轉(zhuǎn)子表發(fā)電機(jī)的體積稍大。永磁體粘結(jié)在轉(zhuǎn)子表面受到轉(zhuǎn)子周向長度的限制面受到轉(zhuǎn)子周向長度的限制,這在多極電機(jī)中格外明顯。這在多極電機(jī)中格外明顯。 倘若增大轉(zhuǎn)子外徑倘若增大轉(zhuǎn)子外徑, 勢必加大發(fā)電機(jī)的體積。勢必加大發(fā)電機(jī)的體積。 切向式結(jié)構(gòu)是把永磁體鑲嵌在轉(zhuǎn)子鐵心中間固定在隔切向式結(jié)構(gòu)是把永磁體鑲嵌在轉(zhuǎn)子鐵心中間固定在隔磁套上磁套上,隔磁套由非磁性材料制成隔磁套由非磁性材料制成(如銅、不銹鋼、工程材

21、如銅、不銹鋼、工程材料等料等) ,用來隔斷永磁體與轉(zhuǎn)子的漏磁通路用來隔斷永磁體與轉(zhuǎn)子的漏磁通路,減少漏磁。從圖減少漏磁。從圖 可以看出可以看出,該結(jié)構(gòu)使永磁體起并聯(lián)作用該結(jié)構(gòu)使永磁體起并聯(lián)作用,即永磁體有兩個(gè)截即永磁體有兩個(gè)截面對(duì)氣隙提供每極磁通面對(duì)氣隙提供每極磁通,使發(fā)電機(jī)的氣隙磁密較高使發(fā)電機(jī)的氣隙磁密較高,在多極在多極情況下效果更好情況下效果更好,而且該結(jié)構(gòu)對(duì)永磁體寬度的限制不是很而且該結(jié)構(gòu)對(duì)永磁體寬度的限制不是很大大,極數(shù)較多時(shí)極數(shù)較多時(shí),可擺放足夠多的永磁體。所設(shè)計(jì)的發(fā)電機(jī)可擺放足夠多的永磁體。所設(shè)計(jì)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速較低轉(zhuǎn)速較低,需較多的極數(shù)以減少體積和滿足頻率要求需較多的極數(shù)以減少體積

22、和滿足頻率要求,所以所以選用切向式結(jié)構(gòu)。（目前公司徑向）選用切向式結(jié)構(gòu)。（目前公司徑向）極對(duì)數(shù)選擇極對(duì)數(shù)選擇 在永磁電機(jī)中在永磁電機(jī)中,根據(jù)永磁體的體積的計(jì)算公式根據(jù)永磁體的體積的計(jì)算公式可以看出可以看出,增大頻率可以減少需要的永磁體體積增大頻率可以減少需要的永磁體體積,又從又從f = pn/60 知道知道,在轉(zhuǎn)速在轉(zhuǎn)速n 一定時(shí)一定時(shí),頻率頻率f 和極對(duì)數(shù)和極對(duì)數(shù)p 成正比。因成正比。因此此,在設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)時(shí)應(yīng)盡量增加在設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)時(shí)應(yīng)盡量增加p ,同時(shí)同時(shí),根據(jù)技術(shù)條件要求根據(jù)技術(shù)條件要求,風(fēng)力發(fā)電機(jī)的頻率應(yīng)不低于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的頻率應(yīng)不低于20Hz ,這也要求低速風(fēng)力發(fā)電這也要求低速風(fēng)力發(fā)電機(jī)具

23、有較多的極數(shù)機(jī)具有較多的極數(shù),但是但是,極數(shù)過多也會(huì)受電機(jī)尺寸及加工極數(shù)過多也會(huì)受電機(jī)尺寸及加工工藝的限制工藝的限制,尤其是切向式結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子。尤其是切向式結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子。 然而然而,國內(nèi)外許多專家認(rèn)為國內(nèi)外許多專家認(rèn)為,永磁發(fā)電機(jī)型風(fēng)力發(fā)電系永磁發(fā)電機(jī)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是未來風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的主要發(fā)展方向統(tǒng)是未來風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的主要發(fā)展方向,對(duì)大型直驅(qū)式設(shè)對(duì)大型直驅(qū)式設(shè)計(jì)來說尤其是這樣。從理論上講計(jì)來說尤其是這樣。從理論上講,系統(tǒng)的電能輸出是按它系統(tǒng)的電能輸出是按它獲得的空氣體積的三次方增加的獲得的空氣體積的三次方增加的,也就是說也就是說,隨著風(fēng)力發(fā)電隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量不斷增大機(jī)組單機(jī)容量不斷增大,系

24、統(tǒng)各結(jié)構(gòu)部件的重量也會(huì)成比系統(tǒng)各結(jié)構(gòu)部件的重量也會(huì)成比例地增加例地增加,因此發(fā)展結(jié)構(gòu)簡單的永磁發(fā)電機(jī)具有一定的優(yōu)因此發(fā)展結(jié)構(gòu)簡單的永磁發(fā)電機(jī)具有一定的優(yōu)勢。勢。 特別是隨著永磁材料技術(shù)、現(xiàn)代電力電子技術(shù)、控制特別是隨著永磁材料技術(shù)、現(xiàn)代電力電子技術(shù)、控制技術(shù)等的發(fā)展技術(shù)等的發(fā)展,永磁發(fā)電機(jī)型直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的市場永磁發(fā)電機(jī)型直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的市場前景逐漸顯現(xiàn)。前景逐漸顯現(xiàn)。高壓永磁發(fā)電機(jī)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)高壓永磁發(fā)電機(jī)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) ABB公司于公司于1998年研制出一種新型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)年研制出一種新型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)(Powerformer)。該系統(tǒng)采用高壓永磁發(fā)電機(jī)。該系統(tǒng)采用高壓永磁發(fā)電機(jī)(

25、Windformer)直接與風(fēng)力機(jī)相連直接與風(fēng)力機(jī)相連,變槳距控制變槳距控制,采用高壓直采用高壓直流流(HVDC)輸電的連接方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)并網(wǎng)輸電的連接方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)并網(wǎng),輸出功率可以達(dá)輸出功率可以達(dá)到到3MW,輸出電壓不低于輸出電壓不低于20kV。這種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。這種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖所示。如圖所示。 發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子用新型永磁材料釹鐵硼和釤鈷制成發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子用新型永磁材料釹鐵硼和釤鈷制成,且且為多極為多極,結(jié)構(gòu)與上述多極永磁發(fā)電機(jī)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)相似。結(jié)構(gòu)與上述多極永磁發(fā)電機(jī)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)相似。 主要不同之處是主要不同之處是,該系統(tǒng)采用的高壓永磁發(fā)電機(jī)的定子該系統(tǒng)采用的高壓永磁發(fā)電機(jī)的定

26、子是用一種圓形交聯(lián)聚乙烯電纜是用一種圓形交聯(lián)聚乙烯電纜(XLPE)繞制的電纜電樞繞繞制的電纜電樞繞組組,電纜具有堅(jiān)固的固體絕緣電纜具有堅(jiān)固的固體絕緣,工作電場強(qiáng)度可高達(dá)工作電場強(qiáng)度可高達(dá)15kV/mm(有效值有效值)。 該系統(tǒng)中每臺(tái)電機(jī)發(fā)出高壓電該系統(tǒng)中每臺(tái)電機(jī)發(fā)出高壓電,輸出端可以經(jīng)過整流輸出端可以經(jīng)過整流裝置直接接到直流母線上裝置直接接到直流母線上,再經(jīng)過逆變器轉(zhuǎn)換為交流電輸再經(jīng)過逆變器轉(zhuǎn)換為交流電輸送到當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)送到當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng);若要輸送到遠(yuǎn)方電網(wǎng)若要輸送到遠(yuǎn)方電網(wǎng),則通過升壓變壓器接則通過升壓變壓器接入高壓輸電線路。入高壓輸電線路。 Powerformer的的優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：不需要齒輪箱不需要齒

27、輪箱,電機(jī)轉(zhuǎn)子上也沒有電機(jī)轉(zhuǎn)子上也沒有勵(lì)磁裝置和滑環(huán)勵(lì)磁裝置和滑環(huán),結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)簡單,減少了系統(tǒng)損耗減少了系統(tǒng)損耗,可靠性更高?？煽啃愿摺?另外另外,傳統(tǒng)的發(fā)電側(cè)輸出電壓一般維持在傳統(tǒng)的發(fā)電側(cè)輸出電壓一般維持在20kV以下以下,要要實(shí)現(xiàn)發(fā)電側(cè)與輸電網(wǎng)的順利對(duì)接實(shí)現(xiàn)發(fā)電側(cè)與輸電網(wǎng)的順利對(duì)接,需借助升壓變壓器。而需借助升壓變壓器。而Power former整合了發(fā)電機(jī)和升壓變壓器整合了發(fā)電機(jī)和升壓變壓器,使機(jī)組元件大使機(jī)組元件大大減少大減少,系統(tǒng)的有功損耗和無功損耗都大大降低。其發(fā)電系統(tǒng)的有功損耗和無功損耗都大大降低。其發(fā)電機(jī)側(cè)輸出的電壓在機(jī)側(cè)輸出的電壓在20kV以上以上,直接通過直接通過HVD

28、C輸電方式把輸電方式把電輸送到負(fù)荷端電輸送到負(fù)荷端,分散式的不可控整流提高了機(jī)組效率和分散式的不可控整流提高了機(jī)組效率和運(yùn)行可靠性。運(yùn)行可靠性。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：這種系統(tǒng)采用的高壓發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子需要大量永磁材這種系統(tǒng)采用的高壓發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子需要大量永磁材料料,且對(duì)材料性能的穩(wěn)定性要求較高且對(duì)材料性能的穩(wěn)定性要求較高,同時(shí)發(fā)電機(jī)對(duì)整個(gè)系同時(shí)發(fā)電機(jī)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的其他方面要求也較高統(tǒng)的其他方面要求也較高,這些都使機(jī)組成本增加。這些都使機(jī)組成本增加。 目前目前,Powerformer還屬于試驗(yàn)階段還屬于試驗(yàn)階段,整個(gè)系統(tǒng)長期運(yùn)整個(gè)系統(tǒng)長期運(yùn)行的性能如何還有待進(jìn)一步深入研究。行的性能如何還有待進(jìn)一步深入研究。橫向

29、磁通發(fā)電機(jī)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)橫向磁通發(fā)電機(jī)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) 目前大量使用的風(fēng)力機(jī)都是水平軸型目前大量使用的風(fēng)力機(jī)都是水平軸型,它把發(fā)電機(jī)裝它把發(fā)電機(jī)裝在塔架頂端的機(jī)艙內(nèi)在塔架頂端的機(jī)艙內(nèi),對(duì)發(fā)電機(jī)的體積和重量也有一定要對(duì)發(fā)電機(jī)的體積和重量也有一定要求。求。 傳統(tǒng)永磁電機(jī)雖然質(zhì)量相對(duì)輕些傳統(tǒng)永磁電機(jī)雖然質(zhì)量相對(duì)輕些,但存在定子齒槽在但存在定子齒槽在同一截面、幾何尺寸相互制約的缺陷。同一截面、幾何尺寸相互制約的缺陷。 另外另外,應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)要求具有較高的應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)要求具有較高的轉(zhuǎn)矩密度轉(zhuǎn)矩密度,因而近年來把橫向磁通發(fā)電機(jī)應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電因而近年來把橫向磁通發(fā)電機(jī)應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)開始引起人們關(guān)注。系統(tǒng)開始引起人們關(guān)注。 橫向磁通發(fā)電機(jī)的定子齒槽和電樞線圈在空間上互相橫向磁通發(fā)電機(jī)的定子齒槽和電樞線圈在空間上互相垂直垂直,磁路方向沿轉(zhuǎn)子軸向方向磁路方向沿轉(zhuǎn)子軸向方向,定子尺寸和線圈尺寸相互定子尺寸和線圈尺寸相互獨(dú)立獨(dú)立,它實(shí)現(xiàn)