电励磁直驱与永磁直驱发电机的研究

2015-08-19都城绿色能源有限公司新疆分公司乌鲁木齐830000

山东工业技术 2015年16期

李钒（都城绿色能源有限公司新疆分公司,乌鲁木齐 830000）

电励磁直驱与永磁直驱发电机的研究

李钒
（都城绿色能源有限公司新疆分公司,乌鲁木齐 830000）

随着社会经济的快速发展，能源问题得到了广泛的关注，风能属于再生能源，它具有清洁、无污染与高效等特点，因此，风力发电系统的发展具有较大的规模，风力发电实现了风能的有效利用。电励磁与永磁直驱发电机作为主要发电机，二者的结构较为简单，效果较高，同时其故障率偏低。本文主要研究了电励磁直驱与永磁直驱发电机，旨在促进风力发电技术的进一步发展，推动风力发电机型的不断创新与改革。

风力发电系统；电励磁直驱发电机；永磁直驱发电机

0 引言

直驱型风力发电机具有一系列的优点，如：低故障率、高可靠性与高传动效率等，在风电领域其发展具有较快的速度。但永磁发直驱型发电机的发展受成本与储量的影响，使电励磁直驱型发电机成为了风力发电的主要趋势。本文对两种机型均进行了研究，旨在促进直驱型发电机的长久与持续发展。

1 风力发电系统的概况

在世界范围内，能源问题直接关系着社会的稳定与经济的发展，在此背景下，可再生能源得到了快速的发展，风能作为清洁能源，其发展得到了广泛的关注。我国对能源的需求与消耗较大，风力发电系统及技术保持着稳定的发展，目前，风力发电机组主要分为两类，以机组的转速是否恒定为依据，分为定速风力发电熊与变速风力发电系统，前者的构成主要包括风力机、变速箱、发电机与并网变压器，该结构具有一定的典型性与简洁性，但其缺点为较低的功率因数，机组的容量扩展较为困难；后者的类型有直驱型、半直驱型与多级增速型，还可以分为全功率变流型与部分功率变流型[1]。

直驱型风力发电系统具有较高的可靠性与较高的效率，但机组的运行转速偏低，机体较大。直驱型主要包括电励磁风力发电系统与永磁型风力发电系统，其中前者与后者相比，前者具备一组励磁装置。

2 电励磁直驱发电机的概况

电励磁直驱风力发电系统的构成主要有风轮机、变流器、风机主控系统、制动器、电励磁同步电机与偏航系统等。该系统的能量流向为：风能向机械能的转化，再由机械能转化为电能，最后电能在变压器的作用下接入电网。风机主控系统主要是以风速的实际情况为依据，保证了风机最大功率点的跟踪，同时，它也负责监控风机的各种故障，如：运行状态与应对系统等。变流器主要是为了控制功率，而变换器为转子绕组提供了直流励磁，通常情况下，变流器为全功率变流器、定子侧变流器与并网逆变器。

电励磁直驱发电机具有一系列的优点，主要有较小的转动惯量、较强的过载能力与较高的功率因数，还体现在较低的系统成本、无失磁风险、可调的励磁电流与；灵活的控制手段等。目前，此类机型的应用较为广泛，在火电、水电与船舶驱动中的应用效果较为显著。电励磁驱动发电系统的结构主要有直流励磁模块、电励磁风力发电机、变流器等。

电励磁直驱发电机的设计主要体现在以下几方面：

其一，设计原则。在永磁直驱风力发电机的基础上，对电励磁直驱风力发电机进行研究，对原有发电机进行改进，此时要使设计目标符合发电机输出功率的要求，主要是对定子与轴承等进行调整；对原有发电机的转子进行调整，使其满足励磁功率的最小化要求，其中的永磁体转换为励磁磁极。

其二，结构设计。电励磁直驱风力发电机的结构为单支撑，利用全功率变频器提供了共模电压，在共模电压和转子耦合后，转轴对地出现了脉冲电压。在转子磁方面，励磁压力为全功率变频器的直流母线电压，其极线圈结构为多层多排，电磁线为漆包线。在通风冷却方面，电励磁直驱风力发电机增加了励磁损耗，在此基础上，要对原有的电机冷却系统进行调整与改进，以此保证系统的散热能力，同时对电磁的损耗与温升计算，根据电磁初步设计方案，对电机散热进行计算，并根据计算结果对电机结构进行调整。在实际设计过程中，对材料有着较高的要求，在此基础上，发电机才能够具有可靠性、安全性与稳定性[2]。

3 永磁直驱发电机的概况

永磁直驱风力发电系统主要有较小的体积与重量、较高的效率、简单的结构、便捷的维护与可靠的运行，在科学技术的支持下，发电机的容量得到扩展，其应用范围日益广泛，近几年，永磁直驱发电机作为重要的机型得到了快速的发展，但其中的关键性材料价格在不断上涨，导致发电机系统的成本逐渐跳，在此基础上，促进了电励磁驱动风力发电系统的出现与发展。

永磁直驱发电机的设计方案具有独特性，采用的极对数较多，在此基础上，其转子速度相对较低，但发电机仍保持着工作。在永磁直驱风力发电系统中实现了风轮机与永磁直驱发电机转子的直接耦合，在齿轮箱省去的前提下，保证了发电机的高效率，同时也减少了发电机的维护，控制了其噪声。与此同时，永磁直驱发电机未安装电励磁，使其重量较轻、效率较高，还具有良好的可靠性。在科学技术的支持下，永磁材料有着较快的发展速度，其中占较高成本的永磁体与开关器件等均有着较大的改变，其性能均有着显著的提高，同时成本也得到了控制，因此，永磁直驱发电机的发展前景较为广阔[3]。