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直驱风力发电机

• 金风62/1200风力发电机是外转子型,转子位于定子 的外部。由于采用这种永磁体外转子结构,与同类电励磁 风力发电机相比,金风62/1200风力发电机组的电机的尺 寸和外径相对较小。下图显示了两种结构的对比。图中两 种结构的气隙直径是相同的,因此功率输出也是相同的。 金风62/1200风力机外转子直径仅仅比气隙直径大了 几厘米,而一般的电机结构高出气隙直径很多。电机直径 小带来的好处就是重量轻,易于运输。
主要零部件
变距系统设计方案 • 驱动装置: 采用三个相互独立的变 频调速电机传动机构。 • 后备储能单元: 采用大容量电容, 免维护,可靠性高。 • 传动方式: 同步齿型带,免维护, 成本低。
主要零部件
机舱底座
主要零部件
轮毂
永磁电机效率对比
1.2MW永磁直接驱动风机功率曲线
发 电 量 对 比
成本问题
由于稀土永磁材料目前的价格还比较贵,稀土永磁 发电机的成本一般比电励磁式发电机高,但这个成会在 电机高性能和运行中得到较好的补偿。在今后的设计中 会根据具体使用的场合和要求,进行性能、价格的比较, 并进行结构的创新和设计的优化,以降低制造成本。 无可否认,现正在开发的产品成本价格比目前通用 的发电机略高,但是我们相信,随着产品更进一步的完 美,成本问题会得到很好的解决。美国DELPHI(德尔 福)公司的技术部负责人认为:“顾客注重的是每公斤 瓦特上的成本。”他的这一说法充分说明了交流永磁发 电机的市场前景不会被成本问题困扰。

因此,必须建立新的设计概念,重新分析和改进磁 路结构和控制系统;必须应用现代设计方法,研究新的分 析计算方法,以提高设计计算的准确度;必须研究采用先 进的测试方法和制造工艺。
永磁材料的技术性能与退磁曲线的形状, 对电机的性 能、外形尺寸、运行可靠性等有很大的影响,是设计与制 造永磁电机时需要考虑的十分重要的参数。对于不同的情 况, 不同的场合, 应采用不同的结构形式和永磁材料。图 给出这几种永磁材料的退磁曲线(还受温度影响)。
6 E
变压器
7 F
电网

多极永磁发电机型风力发电系统结构如图所示。风力 机与发电机直接相连,风力机采用变桨距功率控制方式实 现最有效运行。 • 永磁发电机的定子与普通交流电机相同,转子为永磁 式结构,无需励磁绕组,因此不存在励磁绕组损耗,提高了效 率。转子上没有滑环,运行更安全可靠。但是它的不足之 处是,它因使用磁性材料如钕铁硼和钐钴等而成本很高,而 且电机的电压调节性能差。 • 此外,这种系统的变速恒频控制也在定子电路实现,电 力电子变换器的容量要求与发电机额定容量相同,增加了 系统损耗。
控制问题
永磁发电机制成后不需外界能量即可维持其磁场,但也 造成从外部调节、控制其磁场极为困难。这些使永磁发电机 的应用范围受到了限制。 但是,随着MOSFET、IGBTT等电力电子器件的控制 技术的迅猛发展,永磁发电机在应用中无需磁场控制而只进 行电机输出控制。设计时需要钕铁硼材料,电力电子器件和 微机控制三项新技术结合起来,使永磁发电机在崭新的工况 下运行。
1.2MW直接驱动风机主要技术指标
类 型:三叶片、上风向、变速变桨功率调节、永磁直接驱动。 额定功率: 1200kW 叶轮直径: 62m 传动类型: 直接驱动 发电机类型: 永磁同步发电机 控制系统: 计算机控制,远程监控 偏航系统: 主动对风 切入风速: 3-4m/s 额定风速: 12m/s 切出风速: 25m/s 安全风速: 70m/s(3秒平均值) 最大风能利用系数: Cpmax≥0.44 噪声:LWA≤100dB(A)(距地面10米,8m/s风速标准状况下) 年均可利用率: ≥95% 设计使用寿命: ≥20年
直接永磁技术的优势

结构简单紧凑,可靠性高; 机械传动损耗减少; 电机效率高,运行范围宽; 无需励磁,无碳刷滑环,维护量少; 对恶劣环境的适应性很强; 发电品质高,无需进行无功补偿;
永磁发电机与励磁发电机的最大区别在于它的励磁磁 场是由永磁体产生的。 永磁体在电机中既是磁源,又是磁路的组成部分。永 磁体的磁性能不仅与生产厂的制造工艺有关,还与永磁体 的形状和尺寸、充磁机的容量和充磁方法有关,具体性能 数据的离散性很大。 而且永磁体在电机中所能提供的磁通量和磁动势还随 磁路其余部分的材料性能、尺寸和电机运行状态而变化。 此外,永磁发电机的磁路结构多种多样,漏磁路十分 复杂,而且漏磁通占的比例较大,铁磁材料部分又比较容 易饱和,磁导是非线性的。这些都增加了永磁发电机电磁 计算的复杂性,使计算结果的准确度低于电励磁发电机。
不可逆退磁问题
如果设计和使用不当,永磁发电机在温度过高(钕铁 硼永磁)或过低(铁氧体永磁)时,在冲击电流产生的电 枢反应作用下,或在剧烈的机械振动时有可能产生不可逆 退磁,或叫失磁,使电机性能降低,甚至无法使用。因而, 既要研究开发适合于电机制造厂使用的检查永磁材料热稳 定性的方法和装置,又要分析各种不同结构形式的抗去磁 能力,以便在设计和制造时采用相应措施保证永磁式发电 机不会失磁。

直接驱动永磁发电机
磁钢 铁心 绕组
无需励磁能量 长寿命的低速发电机 高效 抗环境侵蚀和腐蚀保护

外转子发电机,利于磁钢散热 自然空气冷却,大的外表面, 利于散热不必使用强迫风冷
冷却风道
定子
转子
直接驱动风力发电机组 — 结构形式及工作原理
径向永磁电机结构
轴向永磁电机结构



• 定子支架

加 工 完 的 定 子 支 架
多极永磁发电机发电系统
变速恒频闭环控制模型
风 风 机
发电桨距 发电机 转矩需求
桨距执 行机构
桨距 需求
需求 转矩 转速
变流系统原理框图
1
2 A
三相整流
M
B
永磁发电机
~ ~
= =
升降压
3
C
变流器
= ~ ~ ~
逆变
4
5 D
滤波器
MW永磁直驱发电机特点
• • • • 采用永磁体励磁 多极、低速、大容量 外转子内定子结构 与传统的电励磁电机相比,永磁电机结构简单,运行可靠; 体积小、重量轻;损耗少、效率高;提高了功率质量比; 电机形状和尺寸可以灵活选择等优点 • 无需直流电 • 无需无功励磁电流源 • 无需集电环、电刷装置
外转子内定子结构
1.2MW直接驱动型风力发电机组
1.2MW直接驱动型 风力发电机组
直接驱动风力发电机组基本结构
永磁同步发电机
型式:96极永磁同步发电机 定子:三相绕组 转子:永磁,位于绕组外圈 额定功率:1200KW 额定电压:700V 转速范围:11~20rpm 绝缘等级:F 防护等级:IP54 发电机外径:4500mm 定子长度:740-800mm 绕组:采用Rofil线 浸漆方式:普通浸漆
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