直驱永磁风力发电机冷却系统研究

李伟东

摘 要：各种发电机出现的共性问题有两方面，其一是冷却，其二是发热。本文主要分析温升对于大型直驱永磁发电机的主要影响，通过PLC控制变频器驱动的冷却系统将产生的热量通过热变换器从而发散到空气中，把电机的温度尽量控制在正常的范围中，由于电机温度过高会导致电机的永磁材料的损失，使得绝缘材料发生老化的现象。针对以上情况尽量避免电机的温度过高，从而保证风力发电机稳定的运行。

关键词：直驱永磁；温升；变频器

直驱永磁风力发电机是一种由风力直接驱动发电机，其体积相对比较大，具备风速时高效率以及低噪音高寿命、减小机体组体积等优势。目前随着直驱永磁风力的发电机的广泛应用，其大功率也越来越大，最高磁极数也能够达到88级。影响大功率直驱永磁电机的有许多因素组成，因此其因素较趋于复杂化。永磁电机是由多种材料组成的，其材料主要包括永磁体固定树脂以及永磁体，铜线圈等。这些材料往往会随着温度的升高发生变化，从而影响到风力发电机的运行。

1.温升对永磁电机定/转子内部材料的影响

直驱永磁风力发电机一般使用内转子结构进行，其在运行的过程中通常是以叶轮直接进行内传子的旋转，电机温升是包括定子线圈以及定子铁芯等，若定子的温度过高时，则会导致降低电机的绝缘能力。温度的变化会使得膨胀系数之间有差别的材质之间产生的热应力。膨胀系数的以及温度的变化速度都会影响到热应力，若温度处于上升的状态，那么膨胀系数就会产生向外扩张的热应力。若温度处于下降的状态，那么就膨胀系数高的材质收缩就相对比较快，不同的材质之间会因为收缩程度的不同从而留下空隙，那么则会导致电机的内部出现各种故障现象，严重则会使得表面的槽楔出现了涨裂的现象。若温度处于下降的趋势那么则会减小材料的胀缩量从而使得温度的变化速度变得相对缓慢。而最理想的温度变化则是在电机运行的过程中温度稳定。尽量避免电机在运行的过程中出现停机的现象。

2.温升对电机结构尺寸的影响

由于金属的导热性处于一个良好的状态，若温度升高则会使得发电机的铁芯出现热膨胀，其随着材料的温度进而不断的升高，因此金属的尺寸影响到热膨胀量。温度的升高则意味着定子在轴向以及径向等不同方向从而产生一定的膨胀量。材料的线性长度、材料的温度以及材料的线胀系数都会直接的影响到热膨胀量。定子的温度分布会影响到定子的结构，使得定子的结构出现了不对称的情况。因此减少定子的温度差可有效的保证铁芯叠片的稳定，在调节永磁电机的运行过程中温度要保持一个稳定的状态，尽量避免温度过高或过少。由于直驱永磁点击的尺寸相对比较大，因此要减少钉子结构的温度差，采用冷却方式进而保证整个电机处于一个稳定的状态。

3.温升对转子永磁体以及磁极的主要影响

永磁体钕铁棚是一种磁性较高的永磁材料，钕铁棚的温度性能不佳，居里的温度相对比较低，若温度超过了主要的居里點，那么钕铁硼的磁性就会完全的消失，若温度过大，其磁性就会大大的下降，使得固定的永磁体树脂的硬度就会降低，严重情况可导致永磁体的脱落现象。因此降低永磁体运行的温度，减少定子的热传导以及热播射的热量能够确保运行的顺畅。

4.大功率直驱永磁电机的冷却方式

风力发电组的永磁电机工作中的温度受三个因素的影响，其三个因素主要有输出功率、环境温度以及冷却系统性。其中输出功率的大小是由发电状态下的风速大小，而天气的变化会影响到环境的温度，冷却系统性与其他因素不同，它具有一定的可控因素。

大功率直驱永磁电机主要采用冷却的方式，其分为两次冷却，一次冷却为在独立外装的风扇作用下使得电机的内部空气能够循环流动。二次冷却则是根据电机的周围环境，根据在外装风扇的作用下使得空气得到冷却，而永磁发电机的热量经过二次冷却后将空气带走。调集冷却风的流量主要通过变频器的使用，能够改善风扇的转速能力，进而调节冷却风。变频器的使用能够快速的改变冷却风扇的速度，从而不断的将速度调整到精准的速度中来，能够真正的实现电机温度的调节。

5.冷却风流量的温度以及压力的控制方法

永磁发电机在运行的过程中均会受到各种因素的影响，其主要为不均匀发热体以及不同区域中的空气流量，能够围绕铁芯的发热量因素的叠加以及削减，均会导致定子出现温度上的差异，从而导致在运行的过程出现各种障碍。针对以上情况可采用用冷却风道的通风方式，能够减小定子的温度差进而使得保证运行的顺利。将电机的电子温度设为控制量，通过控制器改变输出频率，从而调节各风道的冷却空气流量。能够平衡各个风道中的温度，减小定子的不对称变形量。若电机出现故障时，则可让控制器对反馈信息进行判断后输出保护停机的指令，从而能够保证永磁发电机的顺利进行，防止出现高温的现象。

6.结语

电机的温升影响电机的其寿命以及运行，因此需要技术人员能够准确的判断温度对电机的影响。通过改变风扇的转速功能，使得冷却风机的流量以及压力、功率均发生一定的改变，通过变频器的传动能够有效的控制系统的还热量，控制电机温度的变化频率，从而保证风力发电机能够稳定的运行，延长寿命。

参考文献：

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