李 釩（都城綠色能源有限公司新疆分公司,烏魯木齊 830000）

電勵磁直驅(qū)與永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)的研究

李 釩
（都城綠色能源有限公司新疆分公司,烏魯木齊 830000）

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源問題得到了廣泛的關(guān)注，風(fēng)能屬于再生能源，它具有清潔、無污染與高效等特點(diǎn)，因此，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展具有較大的規(guī)模，風(fēng)力發(fā)電實(shí)現(xiàn)了風(fēng)能的有效利用。電勵磁與永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)作為主要發(fā)電機(jī)，二者的結(jié)構(gòu)較為簡單，效果較高，同時(shí)其故障率偏低。本文主要研究了電勵磁直驅(qū)與永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)，旨在促進(jìn)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，推動風(fēng)力發(fā)電機(jī)型的不斷創(chuàng)新與改革。

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)；電勵磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)；永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)

0 引言

直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，如：低故障率、高可靠性與高傳動效率等，在風(fēng)電領(lǐng)域其發(fā)展具有較快的速度。但永磁發(fā)直驅(qū)型發(fā)電機(jī)的發(fā)展受成本與儲量的影響，使電勵磁直驅(qū)型發(fā)電機(jī)成為了風(fēng)力發(fā)電的主要趨勢。本文對兩種機(jī)型均進(jìn)行了研究，旨在促進(jìn)直驅(qū)型發(fā)電機(jī)的長久與持續(xù)發(fā)展。

1 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的概況

在世界范圍內(nèi)，能源問題直接關(guān)系著社會的穩(wěn)定與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在此背景下，可再生能源得到了快速的發(fā)展，風(fēng)能作為清潔能源，其發(fā)展得到了廣泛的關(guān)注。我國對能源的需求與消耗較大，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及技術(shù)保持著穩(wěn)定的發(fā)展，目前，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要分為兩類，以機(jī)組的轉(zhuǎn)速是否恒定為依據(jù)，分為定速風(fēng)力發(fā)電熊與變速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，前者的構(gòu)成主要包括風(fēng)力機(jī)、變速箱、發(fā)電機(jī)與并網(wǎng)變壓器，該結(jié)構(gòu)具有一定的典型性與簡潔性，但其缺點(diǎn)為較低的功率因數(shù)，機(jī)組的容量擴(kuò)展較為困難；后者的類型有直驅(qū)型、半直驅(qū)型與多級增速型，還可以分為全功率變流型與部分功率變流型[1]。

直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)具有較高的可靠性與較高的效率，但機(jī)組的運(yùn)行轉(zhuǎn)速偏低，機(jī)體較大。直驅(qū)型主要包括電勵磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)與永磁型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其中前者與后者相比，前者具備一組勵磁裝置。

2 電勵磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)的概況

電勵磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成主要有風(fēng)輪機(jī)、變流器、風(fēng)機(jī)主控系統(tǒng)、制動器、電勵磁同步電機(jī)與偏航系統(tǒng)等。該系統(tǒng)的能量流向?yàn)椋猴L(fēng)能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)化，再由機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，最后電能在變壓器的作用下接入電網(wǎng)。風(fēng)機(jī)主控系統(tǒng)主要是以風(fēng)速的實(shí)際情況為依據(jù)，保證了風(fēng)機(jī)最大功率點(diǎn)的跟蹤，同時(shí)，它也負(fù)責(zé)監(jiān)控風(fēng)機(jī)的各種故障，如：運(yùn)行狀態(tài)與應(yīng)對系統(tǒng)等。變流器主要是為了控制功率，而變換器為轉(zhuǎn)子繞組提供了直流勵磁，通常情況下，變流器為全功率變流器、定子側(cè)變流器與并網(wǎng)逆變器。

電勵磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，主要有較小的轉(zhuǎn)動慣量、較強(qiáng)的過載能力與較高的功率因數(shù)，還體現(xiàn)在較低的系統(tǒng)成本、無失磁風(fēng)險(xiǎn)、可調(diào)的勵磁電流與；靈活的控制手段等。目前，此類機(jī)型的應(yīng)用較為廣泛，在火電、水電與船舶驅(qū)動中的應(yīng)用效果較為顯著。電勵磁驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要有直流勵磁模塊、電勵磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)、變流器等。

電勵磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在以下幾方面：

其一，設(shè)計(jì)原則。在永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的基礎(chǔ)上，對電勵磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行研究，對原有發(fā)電機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，此時(shí)要使設(shè)計(jì)目標(biāo)符合發(fā)電機(jī)輸出功率的要求，主要是對定子與軸承等進(jìn)行調(diào)整；對原有發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子進(jìn)行調(diào)整，使其滿足勵磁功率的最小化要求，其中的永磁體轉(zhuǎn)換為勵磁磁極。

其二，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。電勵磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)為單支撐，利用全功率變頻器提供了共模電壓，在共模電壓和轉(zhuǎn)子耦合后，轉(zhuǎn)軸對地出現(xiàn)了脈沖電壓。在轉(zhuǎn)子磁方面，勵磁壓力為全功率變頻器的直流母線電壓，其極線圈結(jié)構(gòu)為多層多排，電磁線為漆包線。在通風(fēng)冷卻方面，電勵磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)增加了勵磁損耗，在此基礎(chǔ)上，要對原有的電機(jī)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整與改進(jìn)，以此保證系統(tǒng)的散熱能力，同時(shí)對電磁的損耗與溫升計(jì)算，根據(jù)電磁初步設(shè)計(jì)方案，對電機(jī)散熱進(jìn)行計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果對電機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，對材料有著較高的要求，在此基礎(chǔ)上，發(fā)電機(jī)才能夠具有可靠性、安全性與穩(wěn)定性[2]。

3 永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)的概況

永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要有較小的體積與重量、較高的效率、簡單的結(jié)構(gòu)、便捷的維護(hù)與可靠的運(yùn)行，在科學(xué)技術(shù)的支持下，發(fā)電機(jī)的容量得到擴(kuò)展，其應(yīng)用范圍日益廣泛，近幾年，永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)作為重要的機(jī)型得到了快速的發(fā)展，但其中的關(guān)鍵性材料價(jià)格在不斷上漲，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的成本逐漸跳，在此基礎(chǔ)上，促進(jìn)了電勵磁驅(qū)動風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的出現(xiàn)與發(fā)展。

永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)方案具有獨(dú)特性，采用的極對數(shù)較多，在此基礎(chǔ)上，其轉(zhuǎn)子速度相對較低，但發(fā)電機(jī)仍保持著工作。在永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了風(fēng)輪機(jī)與永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的直接耦合，在齒輪箱省去的前提下，保證了發(fā)電機(jī)的高效率，同時(shí)也減少了發(fā)電機(jī)的維護(hù)，控制了其噪聲。與此同時(shí)，永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)未安裝電勵磁，使其重量較輕、效率較高，還具有良好的可靠性。在科學(xué)技術(shù)的支持下，永磁材料有著較快的發(fā)展速度，其中占較高成本的永磁體與開關(guān)器件等均有著較大的改變，其性能均有著顯著的提高，同時(shí)成本也得到了控制，因此，永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)的發(fā)展前景較為廣闊[3]。

4 總結(jié)

綜上所述，本文主要研究了電勵磁直驅(qū)與永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)，通過對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的分析，重點(diǎn)介紹了電勵磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)與永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)的概況，相信，隨著不同風(fēng)力發(fā)電機(jī)型的發(fā)展與創(chuàng)新，我國風(fēng)力發(fā)電將得到高效的利用。

[1]趙新.電勵磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)控制技術(shù)研究[D].北京交通大學(xué),2014.

[2]李葛亮.電勵磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制[D].北京交通大學(xué),2014.

[3]肖珊彩,秦明.大型雙定子直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)電磁設(shè)計(jì)與仿真[J].電機(jī)與控制應(yīng)用,2013（02）:45-48+50.