風力發(fā)電機組的設計理念

..;..;..風力發(fā)電機組的設計理念系統(tǒng)效率問題風力發(fā)電機的風輪轉子的風能利用效率對風力發(fā)電機組的系統(tǒng)效率起著打算性作用。由風力發(fā)電機系統(tǒng)效率公式η系=η轉?η控?η逆?η電?η蓄可知，系統(tǒng)效率除與風輪轉子的氣動效率有關外，還與發(fā)電機效率、掌握器效率、逆變器效率、蓄電池的充電效益有關。要大幅度提高后者的效率值，不但技術難度大，而且經濟上不行取。水平式風力發(fā)電機最大風能利用系數理論值為0.593。市場上現有的微小CP0.25~0.350.593還有很大差距,風洞試驗的爭論成果，借鑒大、中型風力發(fā)電機現有技術成果。依據風力機既具有外流機翼特性，又具有內流葉輪的工作特點。承受先進的設計手段、設計方法和優(yōu)化技術以及承受材料、技術、工藝等綜合手段來提高風輪轉子風能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，同時削減了重量和體積，為材料、技術、工藝的應用打下了良好的根底。安裝，維護問題一般使用離網型獨立運行的微小型風力發(fā)電機組的用戶往往地處交通不便，無常規(guī)能源輸送的遙遠地區(qū)、深山、受材料選購困難，配件供給不暢和維護技術等因素的限制。保護功能完善的傻瓜型產品。本錢問題7656萬無電人口、16個無電縣、82829783無電鄉(xiāng)村，它們地處交通不便，無常規(guī)能源供給的遙遠地區(qū)、深山、沿海島嶼。那里經濟、文化較為落后，收入較低，但當地的風能、太陽能資源往往較為豐富。假設能供給一種物美價廉、牢靠性高的風力發(fā)電機產品，對解決他們的日常生活用電，豐富他們的文化生活無疑是一大福音。另外，沿海近海的灘涂養(yǎng)殖場、內陸湖泊漁民、沿海地區(qū)居民等，雖然該地區(qū)經濟較為興旺，且有常規(guī)能源供給，假設能供給一種性價比高、投資回收期短、外觀美的風力發(fā)電機產品，則能為風力發(fā)電機的推廣普及制造良好條件。這樣，就能減輕日趨緊急的城市電網的供電壓力。用風能替代一局部使用石化燃料發(fā)電的電能，既符合我國能源的可持續(xù)進展戰(zhàn)略，又削減了對地球不行再生資源的開采和對大氣環(huán)境的污染。我們的設計目標：使風力發(fā)電機成為人人用得起，個個用得好的優(yōu)秀產品。振動和噪音問題微小型風力機往往安裝在住宅的四周、樓頂、花園、停車場、高速大路燈上，要求振動小、噪音低。假設風力發(fā)電機噪音大，會嚴峻干擾居民的日常正常生活；假設風力發(fā)電機振動大，易造成緊固件脫松和材料的疲乏損壞，對的人身、財產安全構成極大的危害。我們的設計目標：使風力發(fā)電機在正常運行時到達近乎無振動、無噪音狀態(tài)，使風力發(fā)電真正成為綠色環(huán)保的清潔能源。壽命、牢靠性問題風力發(fā)電機組由風輪轉子、三相永磁溝通發(fā)電機、掌握器、逆變器、蓄電池組等部件組成。風輪轉子的功能：承受風能，并將風能轉變?yōu)闄C械能；三相永磁溝通發(fā)電機的功能：將機械能轉變?yōu)殡娔埽徽莆掌鞯墓δ埽簩⑷鄿贤娬?、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的正弦溝通電；蓄電池的功能：儲存電能以供用戶在所需時使用。設計制造風力發(fā)電機涉及的學科較廣，有材料力學、空氣動力學、電機學、微電子學、電化學等學科，兼之使用者所處的地區(qū)，經濟欠興旺，文化相對我們的設計目標：使風力發(fā)電機具有構造簡潔、壽命長、牢靠性高的特點。綜合以上五點所述，設計的風力發(fā)電機組應具有風能利用系數高、體積小、重量輕、外觀美、噪音低、振動低、安裝便利、免維護、壽命長、牢靠性高、性能價格比高、保護功能齊全的特點。做到人人用得起，個個用得好，為用戶和社會制造良好的經濟利益和社會利益。在“敢于開拓，敢于創(chuàng)；創(chuàng)一流企業(yè)，爭天下第一”的云攀精神鼓勵下，憑借著“保護人類唯一的賴以生存的地球”信念的支持下，云攀人以顧客為關注的焦點；以市場為的重任，通過對現有市場上的微小型風力發(fā)電機產品的技術狀態(tài)、使用狀況和顧客呼聲、愿望、埋怨、投訴進展充分的市場調查，并對收集的資料進展科學的匯總、分類、統(tǒng)計分析，找出其優(yōu)點和存在缺陷。針對傳統(tǒng)小型風力發(fā)電機組存在的問題，我們第一步設想：利用大、中型風力機槳葉失速掌握技術移植到微小型風力機中，同時利用發(fā)電機的飽和特性來替代微小型風力機的偏側調速機構，以到達限制轉速、限制功率的目的。從而將原有的三個轉動部件〔對風裝置，發(fā)電裝置，偏側調速限功裝置〕削減為二個。其次步：承受組合葉素理論和動量理論，利用二維機翼在大功角下的風洞試驗爭論結果，修正大攻角失速后的空氣動力學數據，考慮了軸向和切向誘導速度沿軸向的變化，計及了葉尖損失、風切變、尾流等影響風力機效率的因素來設計失速葉片的氣動外形和構造，在制造過程中選用高強度工程塑料，承受周密注射工藝成型。在確保葉片強度、剛度、疲乏壽命前提下解決本錢與性能問題。同時利用“錐角效應”解決葉片振動、噪音問題。第三步，將電動機的碳刷、滑環(huán)機構移植到微小穩(wěn)壓、報警、指示、蓄電池保護功能于一身的掌握器，解決蓄電池欠壓、過充問題，從而延長蓄電池的壽命。第五步，制造一個智能型正弦波逆變器，并具有過載、短路自動保護功能，解決常規(guī)逆變器的帶感性負載時易產生運轉噪音、效率低、壽命短和牢靠性差的問題。第六步，借鑒電器接插件構造形式設計電連接器解決發(fā)電機與掌握器連接的隱患問題；利用密封膠解決電機密封問題；利用多種防松方法，如防松膠、轉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問題。為實現我們制訂的目標，云攀人經過不懈努力、屢敗屢戰(zhàn)、精益求精，皇天不負有心人，最終變美夢成真。集微電子技術、永磁電機技術、計算機技術、電力電子技術、空氣動力學技術于一身的具有高科技含量、最一代的風力發(fā)電機組橫空出世。掌握器特點1.承受鋁合金擠壓成型的外殼，外形美觀，兼起散熱器自散熱作用，削減了利用軸流風扇進展強迫冷卻而引起附加電能消耗。2.利用可控硅半控橋式整流，移相穩(wěn)壓掌握技術〔或PWN直流斬波掌握技術〕制成的整流、穩(wěn)3.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5.引入切入風速掌握系統(tǒng)。其工作原理為風輪轉子起動并連續(xù)旋轉后，由于風輪轉子維持風速低于起動風速，在發(fā)電機電壓未到達蓄電池充電電壓時，使風輪轉子空轉。一旦到達充電電壓時，即轉換為正常充電工作狀態(tài)。這樣使風輪轉子能更有效吸地收風6.依據三相溝通發(fā)電機繞組自身特點配以先進吸取電路設計的制動裝置。一方面確保風力發(fā)電機安裝時人員的人身安全，另一方面在臺風降臨時保護機組免受損壞。風輪轉子的特點１、選用玻璃纖維增加型工程塑料，經周密注射工藝成型的風輪葉片，外表噴涂耐侯性能極佳的專用面漆，在確保葉片滿足強度、剛度要求的前提下，減輕了葉片重量。在確保葉片滿足簡單氣動外形尺寸精度的前提下，提高了生產效率，降低了生產本錢．２、依據風力發(fā)電機葉輪轉子既具有外流機翼類似的特性，又具有開式旋轉機械的特點，承受組合葉素理論和動量理論，考慮了軸向和切向誘導速度沿軸向的變化，計及了葉尖損失、尾流損失、風切變、尾流與塔架位勢干擾等影響風力機效率的因素，利用二維機翼在大功角下風洞試驗成果來修正大攻角失速后氣動數據以及空氣動力學的最爭論成果來設計風輪轉子葉片的氣動外形和構造，并依據葉片最正確外形尺寸要求進展優(yōu)化設計，兼顧起動性能和工作性能兩者之間的關系，既使風輪轉子具有重量輕、轉動慣量小、對風速的變化響應速度快的特點；同時又使風輪轉子具有轉換效率風速，增加了年發(fā)電量。３、利用“錐角效率”優(yōu)化設計風輪參數，使風輪轉子在正常運轉時近乎無振動、無噪音。４、利用失速葉片的失速特性來限速、限功，簡化了構造，削減了零部件的數量。永磁溝通發(fā)電機的特點１、承受專利技術的徑向式永磁磁路轉子構造，使轉子單位體積小，由于風輪轉子直接套在發(fā)電機的轉軸上，使風輪轉子對風速變化的響應速度快。其轉子工作轉速最高可達１００００轉/分。２、承受ＣＡＤ技術、有限元分析技術對電機定子進展優(yōu)化設計，重點是如何降低發(fā)電機的阻轉矩，如定子鐵心承受斜槽構造、定子繞組承受分數槽繞組、槽楔承受磁性槽楔、合理選擇定、轉子的槽數和極數協(xié)作。３、依據風輪轉子的功率——風速曲線、轉速——風速曲線來設計發(fā)電機功率——轉速曲線。使兩者具有良好的匹配特性即在肯定風速、肯定風輪轉子轉速的前提下風輪轉子的機械功率應略大于發(fā)電機的輸入功率。過大，會消滅大馬拉小車現象，白白鋪張風能并造成機組年發(fā)電量的下降；過小，會造成風輪轉子轉速突然下降并產生沖擊現象，使風輪轉子在偏離最正確葉尖速比狀態(tài)下運行，同樣降低了機組的年發(fā)電量。４、發(fā)電機的電流——轉速曲線外形好，即能兼顧低、中、高速時發(fā)電機輸出特性。５、承受ＩＰ５４全密封防護等級，前、后端蓋止口與機座止口、支承座止口接合處，承受密封膠密封。前端蓋與葉片連接法蘭接合外，承受型防水構造，避開風沙、雨水、雪水入侵。６、承受寬系列橡膠雙密封非接觸式進口軸承，使發(fā)電機在-30C°~+50C°工作環(huán)境下牢靠使用。７、連接件、緊固件全部承受不銹鋼材料，并承受厭氧膠進行防松處理。突破傳統(tǒng)界限，制造一個時代綜合利用電機技術、電力電子技術、微機技術、空氣動力學技術等綜合技術制造出一個近乎完善的小型風力發(fā)電機組。特點：體積小、重量輕、外形美觀；起動風速低、系統(tǒng)效率高、設備利用率高；正常運行接近無振動、無噪音，真正的綠色環(huán)保、清潔能源；無電纜纏繞的苦惱；構造簡潔、安裝維護便利；壽命長，牢靠性高；智能型正弦波逆變器，具有過載、短路自動保護功能；欠壓、過充保護功能；風—光互補混合型掌握器，集整流、穩(wěn)壓、指示、自動保護功能于一身；高效永磁風力發(fā)電機設計本公司發(fā)電機分公司是專業(yè)生產風力用永磁溝通發(fā)電機的專業(yè)廠家。永磁式發(fā)電機與電勵磁式發(fā)電機的掌握原理是不同的，風力用電勵磁式的硅整流發(fā)電機是通過調整勵磁電流來掌握發(fā)電機的輸出電壓，故而實現以掌握小電流到達掌握大電流的目的；而永磁式發(fā)電機的整流恒壓是面對主電路的掌握，必需面臨直接掌握大電流的問題，本公司是通過三相半控整流橋，協(xié)作壓控穩(wěn)壓器來掌握發(fā)電機的輸出電壓，故而實現以掌握微電流到達掌握大電流的目的。永磁式發(fā)電機1所示。風力用永磁式發(fā)電機〔離網型〕使用特點是：應用溝通發(fā)電機，經整流、穩(wěn)壓后向蓄電池充電，要求發(fā)電機中、低速發(fā)電性能好；要求發(fā)電機效率高、重量輕、比功率大；要求發(fā)電機構造簡潔，牢靠性高，壽命長；要求發(fā)電機能適應惡劣的使用環(huán)境；同時要求起動阻轉矩低；與風輪轉子具有良好的匹配性；轉速范圍較窄〔0~100r/min〕(屬富銅型發(fā)電機)。二、風力用永磁發(fā)電機具有以下突出的特點：1．整流、穩(wěn)壓性能方面：利用先進的電力、電子器件和開關電源技術制成的一體化高精度整流、穩(wěn)壓裝置，能滿足蓄電池對恒壓充電制的要求。2．在性能方面：承受一代高效稀土釹鐵硼材料關心專利轉子氣隙大，使發(fā)電機具有中、低速發(fā)電性能好，效率高、比功率大的特點，能適應高轉速的使用場合。3．在牢靠性方面：使用專用的寬系列雙橡膠圈密封進口軸承〔內含長壽命、耐高溫潤滑脂〕；耐溫等級為軍品級的電力、電子器件；絕緣等級為H級的進口漆包線，輔以先進真空沉醉工藝使發(fā)電機具有牢靠性高、壽命長、構造簡潔、免維護的特點，同時能使發(fā)電機在極惡劣的環(huán)境條件下牢靠工作。三、風力用永磁發(fā)電機設計針對風力用永磁發(fā)電機的設計要求特點和實際工作狀態(tài)，如低的起動阻轉矩；與風輪轉子的匹配性；和處于連續(xù)工作；輸出越大，冷卻越好等，對該發(fā)電機設計中幾個問題進展一些分析。在介紹風力用永磁發(fā)電機設計時依據風力發(fā)電機的實際使用狀況先介紹一下風力發(fā)電機的特別要求。風力發(fā)電機轉速較低，額定轉速為500r/min左右，故電機的線負荷較大，屬富銅型發(fā)電機。在定子齒槽設計時，由于電機電負荷較高，銅損大，在保證足夠的機械強度及磁通密度下，應盡量削減齒寬和軛厚，以擴大槽面積，增大定子繞組的導線面積，降低銅耗，提高發(fā)電機的效率。由于風力發(fā)電機要求起動阻轉矩小，應盡量削減由發(fā)電機齒槽效應產生的阻轉矩，使得風輪在風速較低時，能快速起動，盡快發(fā)電。應承受定子分數槽繞組。由于風力機要求發(fā)電機在低風速時能夠發(fā)電，而在額定風速以上輸出特性盡量軟一些，因此設計發(fā)電機時應盡量使磁路飽和些。期望發(fā)電機P=f(n)在額定點前為二次拋物線關系，以利用發(fā)電機與風力機的匹配，獲得最正確風能。方案選擇及構造垂直式直葉片風力發(fā)電機組，在小于額定風速，實現輸出電壓隨風速變化而變化。在大于額定風速，保持風力發(fā)電機的輸出電壓恒定，這樣就可避開在大于額定風速時，輸出電壓過高造成對蓄電池過充，從而延長蓄電池的使用壽命，同時可削減附加的電阻泄放裝置。因此，選用構造簡潔、運行可靠的一體化永磁式風力發(fā)電機。為了使發(fā)電機體積少，重量輕和經濟，在選擇永磁材料時，要選擇好適宜的永磁材料品種和具體的性能指標，以保證發(fā)電機有足夠大的氣隙磁密，滿足發(fā)電機的技術條件要求，并有良好的機械加工性能和適宜的價格，為此：(1).轉子磁鋼承受價格適中、磁能積、剩磁、矯頑力很高的超強磁體——釹鐵硼永磁材料，但應留意：同一種牌號的永磁材料，不同工廠或同一工廠不同批號之間都會存在肯定的磁性能差異，所以，為提高電機設計計算的準確性，需要向生產廠家索取該批號的實際尺寸的永磁體在室溫順工作溫度下的實測退磁曲線。再有，永磁材料由室溫升到最高工作溫度時并保溫肯定時間后再冷卻到室溫，其開路磁通允許有5%定，不發(fā)生明顯的不行逆退磁，在使用前先進展穩(wěn)磁處理。(2).從提高氣隙磁密的角度動身，轉子切向構造與轉子徑向構造相比較在同等尺寸的磁鋼下，其磁路氣隙磁密為徑向構造磁路氣隙磁密的1.6倍，選擇切向構造較為有利，從提高頻nf=pn/60可知頻率f和極對數P成正比，在設計發(fā)電機時盡量選擇較多的P，選擇最終打算選用徑向構造。電磁設計電磁式同步發(fā)電機的設計首先依據電機的容量，轉速、材料AsBδ，再進一步確定電機的主要尺寸及參數。在永磁風力發(fā)電機設計中，由于永磁體在電機中既是磁源又是磁路的組成局部，而且它的勵磁磁場是由永磁體產生的，永磁體的磁性能不僅與生產廠的制造工藝有關，還與磁體的外形和尺寸、充磁機的容量和充磁方法有關，具體性能數據的分散性很大，而且永磁體在電機中所能供給的磁通量和磁動勢還隨磁路的其余局部的材料性能，尺寸和電機運行狀態(tài)而變化。因此，永磁風力發(fā)電機的設計一般不是直接選擇電磁負荷As、Bδ，而是考慮盡量充分利用永磁材料入手，即永磁風力發(fā)電機的氣隙磁密Bδ是由永磁材料性能尺寸及磁路構造型式確定的，而且上述因素又確定著磁鋼的工作點。因此，進展磁鋼的估算，確定磁鋼的尺寸是首要的，然后再依據磁鋼尺寸確定電機的主要尺寸和參數。確定磁鋼尺寸承受估算的方法計算給定功率和磁鋼體積的關系式中：PN—發(fā)電機的額定容量；σo—漏磁系數；Kad—直軸電樞磁勢折算到轉子磁勢的折算系數FmK；KFd—發(fā)電機短路時每對極的磁鋼磁勢FmK為直軸電樞磁2Fadk的倍數；KFd=FmK/2FadKf—頻率；Kμ—電壓系數；KΦ—波形系數；〔BH〕max—磁鋼最大磁能積；Vm，考慮到磁鋼不肯定能工作在最正確工作點和電樞反響的去磁作用，要有適當余量，一般加大20%左右。極對數的選擇在轉子構造—徑向構造和磁鋼材料—釹鐵硼確定后，從式〔1〕可以看出，增大頻率可以削減需要磁鋼的體積，提高磁鋼的利用程度。在發(fā)電機直徑及工藝允許的條件下，盡量P，以縮小發(fā)電機體積，減輕其重量。轉子漏磁和電樞磁勢折合系數永磁電機磁極漏磁的計算與電磁式相像，所不同的是電磁式的磁極磁導遠大于氣隙磁導，故其漏磁可以無視不計，永磁電機的磁極磁導接近于氣隙磁導，因此不能無視不計。由于永磁式電機與電磁式電機的磁通路徑特點不一樣，再考慮到永磁式電機漏磁不能無視，因此，永磁式的電機的電樞反響，直軸電樞磁勢折合系數，也不同于電磁式，必需在電磁式的根底上修正。永磁體向外磁路供給的總磁通Φm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〕Φδ，另一部份不與電樞繞組匝鏈的漏磁通Φσ，而Φσ實際上是沿整個磁鋼分布的，其分布路徑比較簡單，計算比較困難，一般為簡化分析和計算，承受等效漏磁通的概念，即假定Φδ和Φσ一Fm供給，則Φm=Φδ+Φσ考慮到磁鋼本身的磁阻Rm和電樞反響磁勢Fa，其等值磁路圖如圖2所示。與電磁式電機一樣，電樞磁勢Fa可分解為Fad和Faq。圖2Kad比電磁式小，為了簡化問題，假設：電機磁路不飽和，無視鐵芯磁阻；電機的氣隙是均勻的，不計齒槽的影響；電磁式和永磁式具有一樣的電樞反響磁勢Fad，對于均勻氣隙徑向磁路構造；從磁路的特點看，永磁式的交軸磁路和電磁式相仿，可以認為K’aq=Kaq，不再爭論。確定電機的主要尺寸磁負載的選擇對于小功率的風力發(fā)電機，一般為低壓大電流，電壓大多承受24V或