風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)理念

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)理念系統(tǒng)效率問題風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)輪轉(zhuǎn)子的風(fēng)能利用效率對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的系統(tǒng)效率起著決定性作用。由風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)效率公式n系=n轉(zhuǎn)-n控?n逆?n電?n蓄可知，系統(tǒng)效率除與風(fēng)輪轉(zhuǎn)子的氣動(dòng)效率有關(guān)外，還與發(fā)電機(jī)效率、控制器效率、逆變器效率、蓄電池的充電效益有關(guān)。要大幅度提高后者的效率值，不但技術(shù)難度大，而且經(jīng)濟(jì)上不可取。水平式風(fēng)力發(fā)電機(jī)最大風(fēng)能利用系數(shù)理論值為0.593。市場(chǎng)上現(xiàn)有的微小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)CP值為0.25?0.35，與最大值0.593還有很大差距，仍有很大的潛力可挖。利用最新的二維機(jī)翼在大功角時(shí)風(fēng)洞試驗(yàn)的研究成果，借鑒大、中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)現(xiàn)有技術(shù)成果。根據(jù)風(fēng)力機(jī)既具有外流機(jī)翼特性，又具有內(nèi)流葉輪的工作特點(diǎn)。采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)手段、設(shè)計(jì)方法和優(yōu)化技術(shù)以及采用新材料、新技術(shù)、新工藝等綜合手段來(lái)提高風(fēng)輪轉(zhuǎn)子風(fēng)能利用系數(shù)，使之達(dá)到中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的CP值為0.42的水平。從而降低單位每百瓦發(fā)電量的材料消耗量，同時(shí)減少了重量和體積，為新材料、新技術(shù)、新工藝的應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。安裝，維護(hù)問題一般使用離網(wǎng)型獨(dú)立運(yùn)行的微小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的用戶往往地處交通不便，無(wú)常規(guī)能源輸送的邊遠(yuǎn)地區(qū)、深山、草原牧區(qū)、邊防哨所、微波站以及沿海海島、航標(biāo)燈站等等。受材料采購(gòu)困難，配件供應(yīng)不暢和維護(hù)技術(shù)等因素的限制。我們的設(shè)計(jì)目標(biāo)：使風(fēng)力發(fā)電機(jī)成為一種安裝方便、免維護(hù)、保護(hù)功能完善的傻瓜型產(chǎn)品。成本問題據(jù)統(tǒng)計(jì)，到目前為止，我國(guó)尚有7656萬(wàn)無(wú)電人口、16個(gè)無(wú)電縣、828個(gè)無(wú)電鄉(xiāng)和29783無(wú)電鄉(xiāng)村，它們地處交通不便，無(wú)常規(guī)能源供應(yīng)的邊遠(yuǎn)地區(qū)、深山、沿海島嶼。那里經(jīng)濟(jì)、文化較為落后，收入較低，但當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)能、太陽(yáng)能資源往往較為豐富。如果能提供一種物美價(jià)廉、可靠性高的風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)品，對(duì)解決他們的日常生活用電，豐富他們的文化生活無(wú)疑是一大福音。另外，沿海近海的灘涂養(yǎng)殖場(chǎng)、內(nèi)陸湖泊漁民、沿海地區(qū)居民等，雖然該地區(qū)經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)，且有常規(guī)能源供應(yīng)，如果能提供一種性價(jià)比高、投資回收期短、外觀美的風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)品，則能為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的推廣普及創(chuàng)造良好條件。這樣，就能減輕日趨緊張的城市電網(wǎng)的供電壓力。用風(fēng)能替代一部分使用石化燃料發(fā)電的電能，既符合我國(guó)能源的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，又減少了對(duì)地球不可再生資源的開采和對(duì)大氣環(huán)境的污染。我們的設(shè)計(jì)目標(biāo)：使風(fēng)力發(fā)電機(jī)成為人人用得起，個(gè)個(gè)用得好的優(yōu)秀產(chǎn)品。振動(dòng)和噪音問題微小型風(fēng)力機(jī)往往安裝在住宅的附近、樓頂、花園、停車場(chǎng)、高速公路燈上，要求振動(dòng)小、噪音低。如果風(fēng)力發(fā)電機(jī)噪音大，會(huì)嚴(yán)重干擾居民的日常正常生活；如果風(fēng)力發(fā)電機(jī)振動(dòng)大，易造成緊固件脫松和材料的疲勞損壞，對(duì)的人身、財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成極大的危害。我們的設(shè)計(jì)目標(biāo)：使風(fēng)力發(fā)電機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)達(dá)到近乎無(wú)振動(dòng)、無(wú)噪音狀態(tài)，使風(fēng)力發(fā)電真正成為綠色環(huán)保的清潔能源。壽命、可靠性問題風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由風(fēng)輪轉(zhuǎn)子、三相永磁交流發(fā)電機(jī)、控制器、逆變器、蓄電池組等部件組成。風(fēng)輪轉(zhuǎn)子的功能：接受風(fēng)能，并將風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能；三相永磁交流發(fā)電機(jī)的功能：將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?；控制器的功能：將三相交流電整流、穩(wěn)壓為電壓恒定的直流電；逆變器的功能：將直流電逆變?yōu)槿?00V50HZ的正弦交流電；蓄電池的功能：儲(chǔ)存電能以供用戶在所需時(shí)使用。設(shè)計(jì)制造風(fēng)力發(fā)電機(jī)涉及的學(xué)科較廣，有材料力學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)、電機(jī)學(xué)、微電子學(xué)、電化學(xué)等學(xué)科，兼之使用者所處的地區(qū)，經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)，文化相對(duì)落后，交通運(yùn)輸不便，無(wú)常規(guī)能源供應(yīng)，缺乏必要維修能力。我們的設(shè)計(jì)目標(biāo)：使風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)、可靠性高的特點(diǎn)。綜合以上五點(diǎn)所述，新設(shè)計(jì)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組應(yīng)具有風(fēng)能利用系數(shù)高、體積小、重量輕、外觀美、噪音低、振動(dòng)低、安裝方便、免維護(hù)、壽命長(zhǎng)、可靠性高、性能價(jià)格比高、保護(hù)功能齊全的特點(diǎn)。做到人人用得起，個(gè)個(gè)用得好，為用戶和社會(huì)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)利益和社會(huì)利益。在“敢于開拓，敢于創(chuàng)新；創(chuàng)一流企業(yè)，爭(zhēng)天下第一'的云攀精神激勵(lì)下，憑借著'保護(hù)人類唯一的賴以生存的地球”信念的支持下，云攀人以顧客為關(guān)注的焦點(diǎn)；以市場(chǎng)為導(dǎo)向；以保護(hù)地球，匹夫有責(zé)為己任；時(shí)刻牢記“光明使者”的重任，通過對(duì)現(xiàn)有市場(chǎng)上的微小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)品的技術(shù)狀態(tài)、使用狀況和顧客呼聲、愿望、抱怨、投訴進(jìn)行充分的市場(chǎng)調(diào)查，并對(duì)收集的資料進(jìn)行科學(xué)的匯總、分類、統(tǒng)計(jì)分析，找出其優(yōu)點(diǎn)和存在缺陷。針對(duì)傳統(tǒng)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組存在的問題，我們第一步設(shè)想：利用大、中型風(fēng)力機(jī)槳葉失速控制技術(shù)移植到微小型風(fēng)力機(jī)中，同時(shí)利用發(fā)電機(jī)的飽和特性來(lái)替代微小型風(fēng)力機(jī)的偏側(cè)調(diào)速機(jī)構(gòu)，以達(dá)到限制轉(zhuǎn)速、限制功率的目的。從而將原有的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部件（對(duì)風(fēng)裝置，發(fā)電裝置，偏側(cè)調(diào)速限功裝置）減少為二個(gè)。第二步：采用組合葉素理論和動(dòng)量理論，利用二維機(jī)翼在大功角下的風(fēng)洞試驗(yàn)研究結(jié)果，修正大攻角失速后的空氣動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)，考慮了軸向和切向誘導(dǎo)速度沿軸向的變化，計(jì)及了葉尖損失、風(fēng)切變、尾流等影響風(fēng)力機(jī)效率的因素來(lái)設(shè)計(jì)失速葉片的氣動(dòng)外形和結(jié)構(gòu)，在制造過程中選用高強(qiáng)度工程塑料，采用精密注射工藝成型。在確保葉片強(qiáng)度、剛度、疲勞壽命前提下解決成本與性能問題。同時(shí)利用“錐角效應(yīng)”解決葉片振動(dòng)、噪音問題。第三步，將電動(dòng)機(jī)的碳刷、滑環(huán)機(jī)構(gòu)移植到微小型風(fēng)力機(jī)中，解決電纜纏繞問題。第四步，制造一個(gè)集整流、穩(wěn)壓、報(bào)警、指示、蓄電池保護(hù)功能于一身的控制器，解決蓄電池欠壓、過充問題，從而延長(zhǎng)蓄電池的壽命。第五步，制造一個(gè)智能型正弦波逆變器，并具有過載、短路自動(dòng)保護(hù)功能，解決常規(guī)逆變器的帶感性負(fù)載時(shí)易產(chǎn)生運(yùn)轉(zhuǎn)噪音、效率低、壽命短和可靠性差的問題。第六步，借鑒電器接插件結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)電連接器解決發(fā)電機(jī)與控制器連接的隱患問題；利用密封膠解決電機(jī)密封問題；利用多種防松方法，如防松膠、轉(zhuǎn)向與螺紋旋向相反自緊的原理、非金屬嵌件鎖緊螺母等多種形式解決緊固件松動(dòng)問題。為實(shí)現(xiàn)我們制訂的目標(biāo)，云攀人經(jīng)過不懈努力、屢敗屢戰(zhàn)、精益求精，皇天不負(fù)有心人，終于變美夢(mèng)成真。集微電子技術(shù)、永磁電機(jī)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)、空氣動(dòng)力學(xué)技術(shù)于一身的具有高科技含量、最新一代的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組橫空出世?？刂破魈攸c(diǎn)采用鋁合金擠壓成型的外殼，外形美觀，兼起散熱器自散熱作用，減少了利用軸流風(fēng)扇進(jìn)行強(qiáng)迫冷卻而引起附加電能消耗。利用可控硅半控橋式整流，移相穩(wěn)壓控制技術(shù)（或二極管橋式整流，PWN直流斬波控制技術(shù)）制成的整流、穩(wěn)壓電路，其穩(wěn)壓精度高、效率高、電源質(zhì)量好、可靠性高。具有風(fēng)輪轉(zhuǎn)子發(fā)電指示；三相永磁交流發(fā)電機(jī)的充電指示；蓄電池欠壓、過充狀態(tài)指示功能以及蓄電池的欠壓、過充自動(dòng)保護(hù)功能。配備光伏電池組輸入端子。方便用戶將風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)擴(kuò)充為風(fēng)一光互補(bǔ)型風(fēng)電系統(tǒng)。引入切入風(fēng)速控制系統(tǒng)。其工作原理為風(fēng)輪轉(zhuǎn)子起動(dòng)并連續(xù)旋轉(zhuǎn)后，由于風(fēng)輪轉(zhuǎn)子維持風(fēng)速低于起動(dòng)風(fēng)速，在發(fā)電機(jī)電壓未達(dá)到蓄電池充電電壓時(shí)，使風(fēng)輪轉(zhuǎn)子空轉(zhuǎn)。一旦達(dá)到充電電壓時(shí)，即轉(zhuǎn)換為正常充電工作狀態(tài)。這樣使風(fēng)輪轉(zhuǎn)子能更有效吸地收風(fēng)能。根據(jù)三相交流發(fā)電機(jī)繞組自身特點(diǎn)配以先進(jìn)吸收電路設(shè)計(jì)的制動(dòng)裝置。一方面確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)安裝時(shí)人員的人身安全，另一方面在臺(tái)風(fēng)來(lái)臨時(shí)保護(hù)機(jī)組免受損壞。風(fēng)輪轉(zhuǎn)子的特點(diǎn)1、 選用玻璃纖維增強(qiáng)型工程塑料，經(jīng)精密注射工藝成型的風(fēng)輪葉片，表面噴涂耐侯性能極佳的專用面漆，在確保葉片滿足強(qiáng)度、剛度要求的前提下，減輕了葉片重量。在確保葉片滿足復(fù)雜氣動(dòng)外形尺寸精度的前提下，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。2、 根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉輪轉(zhuǎn)子既具有外流機(jī)翼類似的特性，又具有開式旋轉(zhuǎn)機(jī)械的特點(diǎn)，采用組合葉素理論和動(dòng)量理論，考慮了軸向和切向誘導(dǎo)速度沿軸向的變化，計(jì)及了葉尖損失、尾流損失、風(fēng)切變、尾流與塔架位勢(shì)干擾等影響風(fēng)力機(jī)效率的因素，利用二維機(jī)翼在大功角下風(fēng)洞試驗(yàn)成果來(lái)修正大攻角失速后氣動(dòng)數(shù)據(jù)以及空氣動(dòng)力學(xué)的最新研究成果來(lái)設(shè)計(jì)風(fēng)輪轉(zhuǎn)子葉片的氣動(dòng)外形和結(jié)構(gòu)，并根據(jù)葉片最佳外形尺寸要求進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，兼顧起動(dòng)性能和工作性能兩者之間的關(guān)系，既使風(fēng)輪轉(zhuǎn)子具有重量輕、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、對(duì)風(fēng)速的變化響應(yīng)速度快的特點(diǎn)；同時(shí)又使風(fēng)輪轉(zhuǎn)子具有轉(zhuǎn)換效率高、Cp-l曲線形狀好即曲線平頂范圍較寬。從而降低了起動(dòng)風(fēng)速，增加了年發(fā)電量。3、 利用“錐角效率”優(yōu)化設(shè)計(jì)風(fēng)輪參數(shù)，使風(fēng)輪轉(zhuǎn)子在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)近乎無(wú)振動(dòng)、無(wú)噪音。4、 利用失速葉片的失速特性來(lái)限速、限功，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，減少了零部件的數(shù)量。永磁交流發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)1、 采用專利技術(shù)的徑向式永磁磁路轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，使轉(zhuǎn)子單位每百瓦稀土永磁材料消耗量低、效率高、比功率大、重量輕、體積小，由于風(fēng)輪轉(zhuǎn)子直接套在發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，使風(fēng)輪轉(zhuǎn)子對(duì)風(fēng)速變化的響應(yīng)速度快。其轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速最高可達(dá)10000轉(zhuǎn)/分。2、 采用CAD技術(shù)、有限元分析技術(shù)對(duì)電機(jī)定子進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，重點(diǎn)是如何降低發(fā)電機(jī)的阻轉(zhuǎn)矩，如定子鐵心采用斜槽結(jié)構(gòu)、定子繞組采用分?jǐn)?shù)槽繞組、槽楔采用磁性槽楔、合理選擇定、轉(zhuǎn)子的槽數(shù)和極數(shù)配合。3、 根據(jù)風(fēng)輪轉(zhuǎn)子的功率——風(fēng)速曲線、轉(zhuǎn)速——風(fēng)速曲線來(lái)設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)功率——轉(zhuǎn)速曲線。使兩者具有良好的匹配特性即在一定風(fēng)速、一定風(fēng)輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的前提下風(fēng)輪轉(zhuǎn)子的機(jī)械功率應(yīng)略大于發(fā)電機(jī)的輸入功率。過大，會(huì)出現(xiàn)大馬拉小車現(xiàn)象，白白浪費(fèi)風(fēng)能并造成機(jī)組年發(fā)電量的下降；過小，會(huì)造成風(fēng)輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速突然下降并產(chǎn)生沖擊現(xiàn)象，使風(fēng)輪轉(zhuǎn)子在偏離最佳葉尖速比狀態(tài)下運(yùn)行，同樣降低了機(jī)組的年發(fā)電量。4、 發(fā)電機(jī)的電流一轉(zhuǎn)速曲線形狀好，即能兼顧低、中、高速時(shí)發(fā)電機(jī)輸出特性。5、 采用IP54全密封防護(hù)等級(jí)，前、后端蓋止口與機(jī)座止口、支承座止口接合處，采用密封膠密封。前端蓋與葉片連接法蘭接合外，采用新型防水結(jié)構(gòu)，避免風(fēng)沙、雨水、雪水入侵。6、 采用寬系列橡膠雙密封非接觸式進(jìn)口軸承，使發(fā)電機(jī)在-30C°~+50C°X作環(huán)境下可靠使用。7、 連接件、緊固件全部采用不銹鋼材料，并采用厭氧膠進(jìn)行防松處理。突破傳統(tǒng)界限，創(chuàng)造一個(gè)新時(shí)代綜合利用電機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)、微機(jī)技術(shù)、空氣動(dòng)力學(xué)技術(shù)等綜合技術(shù)創(chuàng)造出一個(gè)近乎完美的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。其特點(diǎn)：體積小、重量輕、外形美觀；起動(dòng)風(fēng)速低、系統(tǒng)效率高、設(shè)備利用率高；正常運(yùn)行接近無(wú)振動(dòng)、無(wú)噪音，真正的綠色環(huán)保、清潔能源；無(wú)電纜纏繞的煩惱；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝維護(hù)方便；壽命長(zhǎng)，可靠性高；智能型正弦波逆變器，具有過載、短路自動(dòng)保護(hù)功能；欠壓、過充保護(hù)功能；風(fēng)一光互補(bǔ)混合型控制器，集整流、穩(wěn)壓、指示、自動(dòng)保護(hù)功能于一身；高效永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)本公司發(fā)電機(jī)分公司是專業(yè)生產(chǎn)風(fēng)力用永磁交流發(fā)電機(jī)的專業(yè)廠家。永磁式發(fā)電機(jī)與電勵(lì)磁式發(fā)電機(jī)的控制原理是不同的，風(fēng)力用電勵(lì)磁式的硅整流發(fā)電機(jī)是通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流來(lái)控制發(fā)電機(jī)的輸出電壓，故而實(shí)現(xiàn)以控制小電流達(dá)到控制大電流的目的；而永磁式發(fā)電機(jī)的整流恒壓是面向主電路的控制，必須面臨直接控制大電流的問題，本公司是通過三相半控整流橋，配合壓控穩(wěn)壓器來(lái)控制發(fā)電機(jī)的輸出電壓，故而實(shí)現(xiàn)以控制微電流達(dá)到控制大電流的目的。永磁式發(fā)電機(jī)的控制原理圖如圖1所示。圖一：永磁發(fā)電機(jī)控制原理圖風(fēng)力用永磁式發(fā)電機(jī)（離網(wǎng)型）使用特點(diǎn)是：應(yīng)用交流發(fā)電機(jī)，經(jīng)整流、穩(wěn)壓后向蓄電池充電，要求發(fā)電機(jī)中、低速發(fā)電性能好；要求發(fā)電機(jī)效率高、重量輕、比功率大；要求發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，壽命長(zhǎng)；要求發(fā)電機(jī)能適應(yīng)惡劣的使用環(huán)境；同時(shí)要求起動(dòng)阻轉(zhuǎn)矩低；與風(fēng)輪轉(zhuǎn)子具有良好的匹配性；轉(zhuǎn)速范圍較窄（0?100r/min）（屬富銅型發(fā)電機(jī)）。二、風(fēng)力用永磁發(fā)電機(jī)具有以下突出的特點(diǎn)：整流、穩(wěn)壓性能方面：利用先進(jìn)的電力、電子器件和開關(guān)電源技術(shù)制成的一體化高精度整流、穩(wěn)壓裝置，能滿足蓄電池對(duì)恒壓充電制的要求。在性能方面：采用新一代高效稀土釹鐵硼材料輔助專利技術(shù)的徑向磁路的永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，無(wú)滑環(huán)，無(wú)勵(lì)磁繞組，定、轉(zhuǎn)子氣隙大，使發(fā)電機(jī)具有中、低速發(fā)電性能好，效率高、比功率大的特點(diǎn)，能適應(yīng)高轉(zhuǎn)速的使用場(chǎng)合。在可靠性方面：使用專用的寬系列雙橡膠圈密封進(jìn)口軸承(內(nèi)含長(zhǎng)壽命、耐高溫潤(rùn)滑脂)；耐溫等級(jí)為軍品級(jí)的電力、電子器件；絕緣等級(jí)為H級(jí)的進(jìn)口漆包線，輔以先進(jìn)真空沉浸工藝使發(fā)電機(jī)具有可靠性高、壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、免維護(hù)的特點(diǎn)，同時(shí)能使發(fā)電機(jī)在極惡劣的環(huán)境條件下可靠工作。三、風(fēng)力用永磁發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)針對(duì)風(fēng)力用永磁發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)要求特點(diǎn)和實(shí)際工作狀態(tài)，如低的起動(dòng)阻轉(zhuǎn)矩；與風(fēng)輪轉(zhuǎn)子的匹配性；和處于繼續(xù)工作；輸出越大，冷卻越好等，對(duì)該發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)中幾個(gè)問題進(jìn)行一些分析。在介紹風(fēng)力用永磁發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的實(shí)際使用情況先介紹一下風(fēng)力發(fā)電機(jī)的特殊要求。1.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速較低，額定轉(zhuǎn)速為500r/min左右，故電機(jī)的線負(fù)荷較大，屬富銅型發(fā)電機(jī)。1.2在定子齒槽設(shè)計(jì)時(shí)，由于電機(jī)電負(fù)荷較高，銅損大，在保證足夠的機(jī)械強(qiáng)度及磁通密度下，應(yīng)盡量減少齒寬和軛厚，以擴(kuò)大槽面積，增大定子繞組的導(dǎo)線面積，降低銅耗，提高發(fā)電機(jī)的效率。1.3由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)要求起動(dòng)阻轉(zhuǎn)矩小，應(yīng)盡量減少由發(fā)電機(jī)齒槽效應(yīng)產(chǎn)生的阻轉(zhuǎn)矩，使得風(fēng)輪在風(fēng)速較低時(shí)，能迅速起動(dòng)，盡快發(fā)電。應(yīng)采用定子分?jǐn)?shù)槽繞組。1.4由于風(fēng)力機(jī)要求發(fā)電機(jī)在低風(fēng)速時(shí)能夠發(fā)電，而在額定風(fēng)速以上輸出特性盡量軟一些，因此設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)時(shí)應(yīng)盡量使磁路飽和些。1.5希望發(fā)電機(jī)P=f(n)在額定點(diǎn)前為二次拋物線關(guān)系，以利用發(fā)電機(jī)與風(fēng)力機(jī)的匹配，獲得最佳風(fēng)能。方案選擇及結(jié)構(gòu)垂直式直葉片風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，在小于額定風(fēng)速，實(shí)現(xiàn)輸出電壓隨風(fēng)速變化而變化。在大于額定風(fēng)速，保持風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出電壓恒定，這樣就可避免在大于額定風(fēng)速時(shí)，輸出電壓過高造成對(duì)蓄電池過充，從而延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命，同時(shí)可減少附加的電阻泄放裝置。因此，選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠的一體化永磁式風(fēng)力發(fā)電機(jī)。為了使發(fā)電機(jī)體積少，重量輕和經(jīng)濟(jì)，在選擇永磁材料時(shí)，要選擇好適宜的永磁材料品種和具體的性能指標(biāo)，以保證發(fā)電機(jī)有足夠大的氣隙磁密，滿足發(fā)電機(jī)的技術(shù)條件要求，并有良好的機(jī)械加工性能和適宜的價(jià)格，為此：.轉(zhuǎn)子磁鋼采用價(jià)格適中、磁能積、剩磁、矯頑力很高的超強(qiáng)磁體——釹鐵硼永磁材料，但應(yīng)注意：同一種牌號(hào)的永磁材料，不同工廠或同一工廠不同批號(hào)之間都會(huì)存在一定的磁性能差別，所以，為提高電機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算的準(zhǔn)確性，需要向生產(chǎn)廠家索取該批號(hào)的實(shí)際尺寸的永磁體在室溫和工作溫度下的實(shí)測(cè)退磁曲線。再有，永磁材料由室溫升到最高工作溫度時(shí)并保溫一定時(shí)間后再冷卻到室溫，其開路磁通允許有5%的可逆損失。因此為了保證永磁電機(jī)在運(yùn)行過程中性能穩(wěn)定，不發(fā)生明顯的不可逆退磁，在使用前先進(jìn)行穩(wěn)磁處理。.從提高氣隙磁密的角度出發(fā)，轉(zhuǎn)子切向結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)子徑向結(jié)構(gòu)相比較在同等尺寸的磁鋼下，其磁路氣隙磁密為徑向結(jié)構(gòu)磁路氣隙磁密的1.6倍，選擇切向結(jié)構(gòu)較為有利，從提高頻率的角度出發(fā)，在轉(zhuǎn)速n一定時(shí)，從f=pn/60可知頻率f和極對(duì)數(shù)P成正比，在設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)時(shí)盡量選擇較多的P，選擇徑向結(jié)構(gòu)較為有利。從性能、工藝、成本多因素綜合考慮，最終決定選用徑向結(jié)構(gòu)。電磁設(shè)計(jì)電磁式同步發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)首先依據(jù)電機(jī)的容量，轉(zhuǎn)速、材料的性能和環(huán)境條件，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇適當(dāng)?shù)碾姶咆?fù)荷As、B8,再進(jìn)一步確定電機(jī)的主要尺寸及參數(shù)。在永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)中，由于永磁體在電機(jī)中既是磁源又是磁路的組成部分，而且它的勵(lì)磁磁場(chǎng)是由永磁體產(chǎn)生的，永磁體的磁性能不僅與生產(chǎn)廠的制造工藝有關(guān)，還與磁體的形狀和尺寸、充磁機(jī)的容量和充磁方法有關(guān)，具體性能數(shù)據(jù)的分散性很大，而且永磁體在電機(jī)中所能提供的磁通量和磁動(dòng)勢(shì)還隨磁路的其余部分的材料性能，尺寸和電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)而變化。因此，永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)一般不是直接選擇電磁負(fù)荷As、B5,而是考慮盡量充分利用永磁材料入手，即永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)的氣隙磁密B5是由永磁材料性能尺寸及磁路結(jié)構(gòu)型式確定的，而且上述因素又確定著磁鋼的工作點(diǎn)。因此，進(jìn)行磁鋼的估算，確定磁鋼的尺寸是首要的，然后再根據(jù)磁鋼尺寸確定電機(jī)的主要尺寸和參數(shù)。3.1確定磁鋼尺寸采用估算的方法計(jì)算給定功率和磁鋼體積的關(guān)系式中：PN—發(fā)電機(jī)的額定容量；。。一漏磁系數(shù)；Kad一直軸電樞磁勢(shì)折算到轉(zhuǎn)子磁勢(shì)的折算系數(shù)FmK；KFd一發(fā)電機(jī)短路時(shí)每對(duì)極的磁鋼磁勢(shì)FmK為直軸電樞磁勢(shì)2Fadk的倍數(shù)；KFd=FmK/2FadKf一頻率；Kp一電壓系數(shù)；K①一波形系數(shù)；C一磁鋼利用系數(shù)；（BH）max—磁鋼最大磁能積；利用上述公式求得Vm，考慮到磁鋼不一定能工作在最佳工作點(diǎn)和電樞反應(yīng)的去磁作用，要有適當(dāng)余量，一般加大20%左右。3.2極對(duì)數(shù)的選擇在轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)一徑向結(jié)構(gòu)和磁鋼材料一釹鐵硼確定后，從式（1）可以看出，增大頻率可以減少需要磁鋼的體積，提高磁鋼的利用程度。在發(fā)電機(jī)直徑及工藝允許的條件下，盡量選取較多的極對(duì)數(shù)P，以縮小發(fā)電機(jī)體積，減輕其重量。3.3轉(zhuǎn)子漏磁和電樞磁勢(shì)折合系數(shù)永磁電機(jī)磁極漏磁的計(jì)算與電磁式相似，所不同的是電磁式的磁極磁導(dǎo)遠(yuǎn)大于氣隙磁導(dǎo)，故其漏磁可以忽略不計(jì)，永磁電機(jī)的磁極磁導(dǎo)接近于氣隙磁導(dǎo)，因此不能忽略不計(jì)。由于永磁式電機(jī)與電磁式電機(jī)的磁通路徑特點(diǎn)不一樣，再考慮到永磁式電機(jī)漏磁不能忽略，因此，永磁式的電機(jī)的電樞反應(yīng)，直軸電樞磁勢(shì)折合系數(shù)，也不同于電磁式，必須在電磁式的基礎(chǔ)上修正。永磁體向外磁路提供的總磁通①m可分為兩部份，一部份與電樞繞組匝鏈主磁通（即每極氣隙磁通）①^，另一部份不與電樞繞組匝鏈的漏磁通①。，而①。實(shí)際上是沿整個(gè)磁鋼分布的，其分布路徑比較復(fù)雜，計(jì)算比較困難，一般為簡(jiǎn)化分析和計(jì)算，采用等效漏磁通的概念，即假定^和①。一樣，全部由磁勢(shì)Fm提供，則Om=O5+Oo。考慮到磁鋼本身的磁阻Rm和電樞反應(yīng)磁勢(shì)Fa，其等值磁路圖如圖2所示。與電磁式電機(jī)一樣，電樞磁勢(shì)Fa可分解為直軸和交軸電樞磁勢(shì)Fad和Faq。圖2由于磁鋼磁阻接近氣隙磁阻，永磁式電機(jī)的Kad比電磁式小，為了簡(jiǎn)化問題，假設(shè)：（1） 電機(jī)磁路不飽和，忽略鐵芯磁阻；（2） 電機(jī)的氣隙是均勻的，不計(jì)齒槽的影響；（3） 電磁式和永磁式具有相同的電樞反應(yīng)磁勢(shì)Fad，對(duì)于均勻氣隙徑向磁路結(jié)構(gòu)；從磁路的特點(diǎn)看，永磁式的交軸磁路和電磁式相仿，可以認(rèn)為K’aq=Kaq，不再討論。確定電機(jī)的主要尺寸4.1磁負(fù)載的選擇對(duì)于小功率的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，一般為低壓大電流，電壓大多采用24V或48V（整流后的直流），因?yàn)樵擃惏l(fā)電機(jī)主要采用蓄電池儲(chǔ)能，